E5 Diagrama de fase binária

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O diagrama de fases binário para esta liga, mais detalhado do que a regra da alavanca já utilizada por outro modelo neste conjunto, também define as temperaturas de transformação desta liga e a solubilidade máxima do soluto que cada fase pode tolerar em cada temperatura. Entre essas duas curvas de solubilidade, a do sólido e a do líquido, este mesmo diagrama de fases binário também define o coeficiente de partição do soluto entre o sólido e o líquido — a razão entre a concentração de soluto que o sólido pode tolerar e a que o líquido pode tolerar, ambos em equilíbrio à mesma temperatura. O fato de esse coeficiente de partição ser menor que um, com o sólido tolerando menos soluto do que o líquido em equilíbrio, significa que, à medida que este metal se solidifica, o sólido que está se formando rejeita soluto para o líquido que ainda está se solidificando.

O fato de esse coeficiente de partição atuar sem que o soluto já rejeitado no sólido possa se redistribuir por difusão dentro desse mesmo sólido — visto que a difusão no estado sólido é muito mais lenta que a própria solidificação — é o que, segundo a equação de Scheil, produz a segregação durante a solidificação dessa liga: o soluto rejeitado por cada camada de sólido que se forma se acumula no líquido restante, cada vez mais enriquecido, de modo que o sólido que se solidifica ao final contém muito mais soluto do que aquele que se solidificou no início. Quando esse coeficiente de partição se desvia de um, de acordo com a mesma equação de Scheil, essa segregação durante a solidificação torna-se mais severa.

Essa mesma segregação, e em geral qualquer desvio entre a composição local dessa liga e sua composição de equilíbrio de acordo com esse diagrama de fases binário, produz uma supersaturação relativa que impulsiona a força motriz de qualquer transformação de fase subsequente: quanto mais a composição local dessa liga se desvia de sua composição de equilíbrio, mais energia livre se torna disponível para impulsionar essa transformação de fase de volta ao equilíbrio. Uma maior supersaturação relativa também aumenta a força motriz dessa transformação de fase e, consequentemente, faz com que ela ocorra mais rapidamente.

Portanto, este modelo, com seu diagrama de fases binário inicial e coeficiente de partição, forma a base de outro modelo neste conjunto, que descreve em detalhes a solidificação desta liga a partir de seu estado líquido. As temperaturas de transformação e o coeficiente de partição estabelecidos por este modelo, bem como a segregação resultante de acordo com a equação de Scheil e a força motriz que essa segregação gera, são o que este outro modelo utiliza para descrever, passo a passo, como essa mesma solidificação progride.

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