O aço e o ferro fundido tem como principais componentes o ferro e o carbono. Explique, de que forma o carbono interfere nas propriedades destes materiais?

Passo 1

O enunciado diz que tanto o aço quanto o ferro fundido são ligas de ferro com carbono. Nosso conteúdo é a influência do teor de carbono %C na microestrutura e nas propriedades mecânicas dessas ligas. Para resolver, vamos ver como o carbono se dissolve no ferro, que fases ele forma e como isso afeta dureza, resistência, ductilidade e outras características.

Passo 2

O carbono entra como átomo intersticial no ferro e, dependendo do %C e da temperatura, gera diferentes fases:
– No ferro quase puro (baixo %C) forma-se ferrita \alpha-Fe), que tem pouca dureza e alta ductilidade.
– Em torno de \,0,8\% de carbono (eutetoide) aparece perlita (mistura de ferrita e cementita Fe_3C, equilibrada em dureza e ductilidade.
– Acima de \,0,8\% e até \,2,06\% de C (região hipereutetoide) cresce a fração de cementita, endurecendo a liga.
– A partir de \,2,06\% até cerca de \,6,7\% de C temos o ferro fundido, onde o excesso vira grafita (no cinzento) ou cementita (no branco), conferindo características específicas de cada tipo.

Passo 3

Quando o %C aumenta dentro da faixa do aço <2,06\%:
– A dureza e a resistência à tração sobem, pois a cementita é muito dura e faz barreira ao movimento de discordâncias.
– A ductilidade e a tenacidade caem porque há menos ferrita “macia” e mais fases duras e frágeis.

Passo 4

No ferro fundido >2,06\%C, o carbono em excesso precipita como grafita ou cementita:
– Grafita (ferro fundido cinzento) melhora a amortização de vibrações e a usinabilidade, mas mantém baixa resistência ao choque.
– Cementita (ferro fundido branco) deixa a peça muito dura e resistente ao desgaste, porém extremamente frágil.
Em ambos os casos, a alta %C favorece a fluidez do metal fundido e facilita moldagem, mas aumenta a fragilidade.

Passo 5

Além das propriedades mecânicas, o teor de carbono também afeta:
– Soldabilidade: aços de alto %C soldam com dificuldade e podem trincar; já os de baixo %C são mais fáceis de unir.
– Tratamentos térmicos: quanto maior o carbono, mais possibilidades de têmpera e revenido para ajustar dureza.
– Usinabilidade: um pouco de carbono melhora a usinagem do aço, mas excesso (ferro fundido branco) dificulta.

Resposta

O carbono modifica a microestrutura do ferro criando ferrita, perlita, cementita ou grafita. Em aços <2,06\%C ele aumenta dureza e resistência, mas reduz ductilidade e tenacidade. Em ferros fundidos >2,06\%C sua forma (grafita ou cementita) define se o material terá boa amortização e usinabilidade (cinzento) ou será muito duro e frágil (branco). Além disso, o %C influencia soldabilidade, usinagem e resposta a tratamentos térmicos.

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