Considere um aço hipoeutetoide com 0,4 \% \mathrm{C} resfriado lentamente até 726^{\circ} \mathrm{C} (imediatamente abaixo da eutetóide). Quais são as fases presentes e a composição da fase de Carbono mais baixa?
A. Perlita e Ferrita Proeutetóide; Composição \alpha: 0,022 \% \mathrm{C}.
B. Ferrita ( \alpha ) e Cementita (Fe { }_{3} \mathrm{C} ); Composição \alpha: 0,76 \% \mathrm{C}.
C. Ferrita ( \alpha ) e Cementita ( \mathrm{Fe}_{3} \mathrm{C} ); Composição \alpha: \sim 0,022 \% \mathrm{C}.
D. Austenita (\gamma) e Ferrita (\alpha); Composição \gamma : 0,4 \% C.
Passo 1
O enunciado nos dá as seguintes informações e perguntas:
Temos um aço com composição de carbono \,0,4\%\\ \mathrm{C}.
O aço é resfriado lentamente até \,726^\circ\mathrm{C} (imediatamente abaixo da temperatura eutetóide).
A pergunta é: quais são as fases presentes nessa condição e qual é a composição da fase de carbono mais baixa (ou seja, da fase com menor teor de C)?
Foram dadas quatro alternativas (A, B, C, D) e precisamos escolher a correta.
Passo 2
Entendendo os pontos fixos importantes do diagrama ferro–cementita (informação padrão do diagrama de fases Fe–Fe_3C que usamos aqui):
O ponto eutetóide tem composição \,0,76\%\\ \mathrm{C} e temperatura aproximadamente \,727^\circ\mathrm{C} (o enunciado usa \,726^\circ\mathrm{C} que é imediatamente abaixo desse valor).
onde \gamma é a austenita (fase rica em Fe com mais C), \alpha é a ferrita (fase com baixa solubilidade de C) e \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} é a cementita (fásica rica em C).
No diagrama, a composição de equilíbrio da ferrita no ponto eutetóide é cerca de \,0,022\%\\ \mathrm{C}. Isso é um dado do diagrama de fases (a solubilidade do C na ferrita a 727^\circ\mathrm{C} é muito baixa).
Passo 3
Definição e consequência de ser “hipoeutetóide”:
Um aço hipoeutetóide tem composição de C menor que a composição eutetóide. Aqui \,0,4\% < 0,76\%, logo o aço é hipoeutetóide.
Para aços hipoeutetóides, ao resfriar lentamente desde a região \gamma (austenita) acima do ponto eutetóide, forma-se primeiramente ferrita proeutetóide (\alpha) enquanto ainda existe austenita, até chegar à temperatura eutetóide.
Passo 4
Sequência de transformações ao resfriar lentamente até logo abaixo de \,727^\circ\mathrm{C}:
Acima de \,727^\circ\mathrm{C}: toda a massa é \gamma (austenita).
Ao resfriar, para um aço com \,0,4\%\\ \mathrm{C}, quando a temperatura cruza a linha A_3 (acima do eutetóide) começa a precipitar ferrita proeutetóide (\alpha) porque a ferrita tem menor teor de C; essa ferrita se forma enquanto ainda existe austenita.
Ao atingir a temperatura eutetóide (\approx 727^\circ\mathrm{C}) a austenita remanescente, que tem composição próxima à composição eutetóide, sofre a reação eutetóide e se transforma em perlita. Perlita é a mistura lamelar de \alpha (ferrita) + \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} (cementita).
Como o resfriamento é lento, formam-se: ferrita proeutetóide + perlita (a perlita é o produto da transformação eutetóide da austenita remanescente).
Passo 5
Identificação explícita das fases em \,726^\circ\mathrm{C} para o aço \,0,4\%\\ \mathrm{C}:
Fases presentes: perlita (que é \alpha + \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} em escala lamelar) e ferrita proeutetóide (\alpha) formada antes da transformação eutetóide.
Portanto as fases macroscopicamente presentes são: perlita e ferrita proeutetóide.
Passo 6
Determinação da composição da fase de carbono mais baixa:
A fase com menor teor de C é a ferrita (\alpha).
A composição de equilíbrio da ferrita no ponto eutetóide (valor lido no diagrama de fases Fe–Fe_3C) é aproximadamente \,0,022\%\\ \mathrm{C}.
A ferrita proeutetóide formada ao resfriar até pouco abaixo do ponto eutetóide tem praticamente essa composição de equilíbrio (ou seja, \alpha\approx 0,022\%\\ \mathrm{C}) — ferrita tem solubilidade muito baixa de carbono.
Passo 7
Comparação com as alternativas e conclusão:
Alternativa A: “Perlita e Ferrita Proeutetóide; Composição \alpha: 0,022\% \mathrm{C}.” — corresponde exatamente ao que deduzimos.
Alternativa B e C apresentam apenas “Ferrita e Cementita” sem indicar perlita / proeutetóide corretamente; além disso B dá composição \alpha:0,76\% que é a composição da austenita eutetóide, não da ferrita, logo está errada. C dá composição aproximada correta para \alpha mas descreve as fases de forma imprecisa (deveria falar em perlita + ferrita proeutetóide).
Alternativa D diz que há austenita e ferrita e que \gamma tem \,0,4\%\\ \mathrm{C}; imediatamente abaixo da temperatura eutetóide austenita já se transformou em perlita (não permanece como fase majoritária), então D está errada.