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Capítulo 09 - Estruturas Longe das Condições de Equilíbrio

Tópico 9.1. Introdução

Muitas transformações de fase que ocorrem em materiais de engenharia, durante o processo de solidificação, não produzem estruturas em equilíbrio termodinâmico, sendo denominadas transformações de fase fora de equilíbrio. As microestruturas que resultam dessas transformações podem ser indesejáveis, ou, ao contrário, podem apresentar propriedades tecnológicas interessantes. Assim, por meio do conhecimento e do controle das transformações de fase fora de equilíbrio pode-se atuar sobre as propriedades tecnológicas dos materiais sólidos.
Os diagramas de fases em condições de equilíbrio tratam da situação em que o resfriamento ocorre muito lentamente, representando uma situação para a qual o equilíbrio entre as fases é continuamente mantido. Eles não mostram as fases fora de equilíbrio, metaestáveis, com composições diferentes e em quantidades diferentes das fases de equilíbrio. Mesmo assim, os diagramas de equilíbrio são mapas de referência convenientes, a partir dos quais se consideram os afastamentos das condições de equilíbrio. As estruturas fora de equilíbrio são geralmente produzidas por um resfriamento tão rápido do material que não há tempo ou energia térmica suficientes para que os átomos se redistribuam em uma configuração de equilíbrio. Um exemplo de estruturas fora do equilíbrio são os vidros inorgânicos e orgânicos (Veja Capítulo 6, Sólidos Não-Cristalinos), que não possuem estrutura com ordem atômica a longa distância. Com as alterações na temperatura, ocorrem ajustes nas composições das fases sólida e líquida, e esses ajustes são conseguidos mediante processos de difusão, tanto na fase sólida como na fase líquida, e ainda através da interface sólido-líquido. Como a difusão é um fenômeno dependente do tempo, para que seja mantido o equilíbrio durante o resfriamento, deve-se permitir que o sistema tenha tempo suficiente em uma temperatura específica, para que os devidos ajustes de composição possam acontecer. Na prática, as taxas de resfriamento são tão altas que impedem a manutenção de um estado de equilíbrio. A (Figura 9.a.) é um exemplo de microestrutura cristalina fora do equilíbrio, uma estrutura "zonada" de uma liga cobre (Cu)-níquel (Ni) que será discutida no próximo tópico.

Figura 9.a - Uma liga 70%cobre-30%níquel zonada (Veja explicação sobre o fenômeno no próximo tópico).