16.14. Endurecimento por Precipitação

As transformações de fase que ocorrem pela mobilidade individual dos átomos (veja Capítulos 14 e 15), por difusão (1), podem ser totalmente (ou quase totalmente) inibidas por um resfriamento rápido do sólido (têmpera) até uma temperatura muito mais baixa que a temperatura de fusão do metal ou da liga metálica. Um proveito prático é tirado deste fenômeno nas ligas denominadas ligas endurecidas por precipitação. A explicação para a precipitação está indicada no diagrama de fases hipotético da Figura 16.p. Uma liga de composição pode ser solubilizada na temperatura , ou seja, todos os átomos de B estarão em solução sólida (veja Figura 8.e, Capítulo 8, Diagramas de Equilíbrio). A temperatura deve ser um pouco abaixo da temperatura eutética, para evitar que a liga esteja fortemente zonada (2) (veja Tópicos 9.1 e 9.2, Capítulo 9, Estruturas Longe do Equilíbrio).
Em primeiro lugar, trataremos a situação em que o resfriamento ocorre muito lentamente, representando uma situação onde a proximidade com o equilíbrio entre fases é continuamente mantida. Com o início do resfriamento, a liga solubilizada permanecerá monofásica até que seja atingida a curva ou linha solvus MN, que marca o limite de solubilidade de B em . Com o prosseguimento do resfriamento, a solubilidade máxima em equilíbrio de B em cai mais ainda, e mais átomos de B são rejeitados sob a forma de partículas da fase . Reduzindo-se ainda mais a temperatura, nova quantidade de será precipitada para se manter o equilíbrio.
Para a maioria dos sistemas binários a solubilidade de um ou de ambos os componentes decresce com o decréscimo da temperatura. O material de composição existe como solução sólida única em equilíbrio somente em temperaturas acima da curva solvus MN, que separa as regiões das fases e . Se a temperatura ficar abaixo da curva solvus, a solução sólida é supersaturada; como foi observado acima, ela reduzirá este desequilíbrio pela precipitação da fase , a partir da fase . A precipitação de ocorre por nucleação e crescimento. Como é muito mais rico no componente B que , é necessário um fluxo de átomos B através da fase . Um precipitado grosseiro será formado em altas temperaturas e um precipitado fino em baixas temperaturas (temperaturas, evidentemente, abaixo da linha solvus MN). Se a temperatura for reduzida novamente, a velocidade de nucleação fica desprezível e a solução sólida permanece super-saturada. Na prática, o controle da precipitação possibilita triplicar a resistência mecânica útil de ligas de alumínio (Al) e de cobre (Cu). Com tratamento térmico adequado, ligas de cobre (Cu)-berílio (Be) podem ser tão resistentes quanto alguns aços para ferramentas. Ligas de alumínio, endurecidas por envelhecimento (3), chamadas duralumínios, têm sido o material fundamental da estrutura de aviões, desde a Segunda Guerra Mundial. Há muitas variações contendo cobre, manganês, prata, magnésio, cromo, silício, ferro, zinco, em misturas binárias, ternárias ou multicomponentes. Para obter alta resistência mecânica, dois fatores são importantes: 1 – O tamanho do precipitado deve ser muito pequeno, pois as partículas deste devem interferir com o movimento de deslocações. 2 – A dispersão dos precipitados não deve ser completa, isto é, deve-se formar agregados de precipitados para que se desenvolvam campos de tensão no seu entorno. Um valor intermediário chamado de dispersão crítica deverá dar maior resistência à liga.

Figura 16.p – Tratamento térmico e envelhecimento de uma liga endurecida por precipitação.