Compare a solubilidade dos aços inoxidáveis duplex com a dos aços inoxidáveis austeníticos e explique como a composição do aço duplex afeta sua solubilidade.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente comparar a “solubilidade” dos aços inox duplex com a dos aços inox austeníticos e dizer de que forma a composição do duplex muda essa solubilidade.
Matéria: metalurgia de aços inoxidáveis, mais especificamente solubilidade de elementos intersticiais (C, N) em estruturas cristalinas (fcc vs bcc) e efeito dos principais elementos de liga (Cr, Ni, Mo, N).
O que vamos usar:
Matéria: metalurgia de aços inoxidáveis, mais especificamente solubilidade de elementos intersticiais (C, N) em estruturas cristalinas (fcc vs bcc) e efeito dos principais elementos de liga (Cr, Ni, Mo, N).
O que vamos usar:
- Entender que austenita = rede cúbica de face centrada (fcc) tem muito mais espaço pra átomos intersticiais que a ferrita = rede cúbica de corpo centrado (bcc).
- Saber como Cr, Ni, Mo e N influenciam o quanto de carbono e nitrogênio o aço consegue dissolver.
Passo 2
Primeiro, o básico de solubilidade intersticial:
- Em fcc (austenita) há 1 sítio octaédrico a cada átomo de ferro, já em bcc (ferrita) só existem sítios tetra e octa em número muito menor. Isso faz com que, a uma dada temperatura, a austenita aceite bem mais carbono ou nitrogênio dissolvidos no metal do que a ferrita.
- Tipicamente, a 1148 °C:
• C𝘴ₒₗ ₍γ₎ ≈ 2,06 % em austenita
• C𝘴ₒₗ ₍α₎ ≈ 0,02 % em ferrita
E o mesmo vale pra N, embora os valores absolutos sejam diferentes.
Passo 3
Agora, o que acontece em cada tipo de aço:
- Aço inox austenítico: 100 % fcc → sua solubilidade máxima de C (ou N) é a que vale pra fcc, ou seja algo na casa de “até 2 % de C a altas T”.
- Aço inox duplex: mistura de cerca de 50 % fcc (γ) e 50 % bcc (α). Logo, sua solubilidade global fica no meio termo. Se chamarmos fₐ = fração de ferrita (≈0,5) e fγ = fração de austenita (≈0,5), a solubilidade efetiva aproximada é
Substituindo:
Passo 4
Como a composição do duplex difere de um austenítico puro, temos:
- Menor teor de Ni → menos estabilização de γ e, portanto, mais ferrita (α) → reduz o total de sítios disponíveis para C e N.
- Teores altos de Cr e Mo → aumentam a tendência de formar carbonetos e nitretos, consumindo parte do carbono/nitrogênio e baixando ainda mais a solubilidade em solução sólida.
- Adição de N → compensa um pouco a baixa de Ni, mas só na fase γ; na α o N ainda encontra menos sítios que o C.
Resposta
Os aços inox austeníticos, por serem totalmente fcc, têm solubilidade de intersticiais (C, N) muito maior que os duplex. Os duplex, por conterem cerca de metade de ferrita (bcc), exibem uma solubilidade global intermediária – calculada em torno de 1 % de C a alta temperatura contra ~2 % no austenítico – e ainda têm essa solubilidade reduzida pela alta liga de Cr/Mo (formação de carbonetos) e menor Ni (menos γ).