No aço, de que maneira o teor de carbono interfere no seu comportamento quando ensaiado sob condição de tração?

Passo 1

O enunciado pergunta como o teor de carbono no aço altera seu comportamento mecânico num ensaio de tração. O conteúdo é metalurgia de aços, em que precisamos entender como o carbono afeta a microestrutura (fração de ferrita, perlita e cementita) e, consequentemente, as propriedades de resistência e ductilidade.

Passo 2

Quando o teor de carbono aumenta, a microestrutura do aço muda da seguinte forma:
• Em baixos teores (até ∼0,2 % C), predomina a ferrita (fase macia e dúctil) com pouca perlita (camadas alternadas de ferrita e cementita).
• Em teores intermediários (∼0,2 %–0,8 % C), cresce a fração de perlita, reduzindo a ferrita.
• Acima de ∼0,8 % C, forma-se perlita e cementita livre (F e_{3}C), tornando o aço cada vez mais duro e mais quebradiço.

Passo 3

O aumento do carbono fortalece o aço por dois mecanismos principais:
  1. Endurecimento por solução sólida: átomos de C em interstícios da ferrita dificultam o movimento de discordâncias.
  2. Maior percentual e refinamento de perlita: camadas mais finas de ferrita/cementita elevam a resistência.
    Por isso a tensão de escoamento \sigma_y e a resistência máxima à tração \sigma_u crescem com o teor de carbono.

Passo 4

Em compensação, a ductilidade cai. Conforme sobe o teor de carbono:
• A elongação até a ruptura \epsilon_u diminui (o aço de alto carbono pode ter \epsilon_u<5\%, enquanto num aço de baixo carbono fica acima de 20\%).
• A redução de área também se reduz, indicando menor capacidade de deformação plástica antes da fratura.

Passo 5

Além disso, a tenacidade (capacidade de absorver energia até a fratura) diminui com mais carbono, pois a cementita é frágil. O aço fica mais duro (maior dureza Brinell ou Rockwell) mas mais sensível a trincas.

Resposta

Aumentando o teor de carbono no aço, aumentam a tensão de escoamento \sigma_y, a resistência máxima \sigma_u e a dureza, enquanto diminuem a ductilidade ( \epsilon_u e redução de área) e a tenacidade, tornando o material mais forte porém mais quebradiço.

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