Considere amostras de ligas \mathrm{Fe}-\mathrm{C} com 0,2 \% e 0,5 \% \mathrm{C}. A- Seria possível criar um experimento onde fosse possível mantê-las em equilíbrio bifásico, onde a fase gama contivesse 0,6 \% C? Como seria, caso seja possível? B- O que seria diferente para as duas ligas nesta situação de equilíbrio?

Passo 1

O enunciado pergunta se, em um aço (liga Fe–C) com teor total de carbono C_0=0{,}2\% ou C_0=0{,}5\%, é possível obter equilíbrio bifásico onde a fase austenita (gama) tenha teor de carbono \,0{,}6\%. O conteúdo que precisamos usar é o diagrama de fases Fe–C e a regra das alavancas para sistemas bifásicos.

Passo 2

No diagrama Fe–C, a austenita \gamma existe entre as linhas A_1 e A_3. Em cada temperatura T desse campo, a composição de carbono da \gamma em equilíbrio vem da interseção da isoterma com a curva de solubilidade da \gamma. Se traçarmos uma vertical em 0{,}6\% C, ela cruza a fronteira \alpha+\gamma num ponto de temperatura T_* tal que
X_\gamma(T_*) = 0{,}6\%\text{ C}.
Logo, existe uma temperatura T_*\approx 740\text{–}780\\ ^\circ\mathrm{C} (leitura aproximada do diagrama) onde a austenita dissolverá exatamente 0{,}6\% de C.

Passo 3

O experimento seria:
  1. Aquecer a amostra (com C_0=0{,}2\% ou C_0=0{,}5\%) acima de A_1 para homogeneizar em \gamma.
  2. Resfriar até T_* e manter isoterma (forjar em forno ou banho termostatizado) para formar equilíbrio \alpha+\gamma.
  3. Nessa condição, a fase \gamma tem composição fixa X_\gamma=0{,}6\%. A fase \alpha terá composição X_\alpha(T_*), que é bem menor (próxima de 0{,}02\% de C).

Passo 4

A fração em massa de cada fase vem da regra das alavancas:
f_\gamma = \frac{C_0 - X_\alpha}{X_\gamma - X_\alpha}, \quad f_\alpha = 1 - f_\gamma.
Adotando X_\alpha\approx0{,}02\% e X_\gamma=0{,}6\%:
  • Para C_0=0{,}2\%:
f_\gamma = \frac{0{,}2 - 0{,}02}{0{,}6 - 0{,}02} \approx \frac{0{,}18}{0{,}58}\approx0{,}31,\quad f_\alpha\approx0{,}69.
  • Para C_0=0{,}5\%:
f_\gamma = \frac{0{,}5 - 0{,}02}{0{,}6 - 0{,}02} \approx \frac{0{,}48}{0{,}58}\approx0{,}83,\quad f_\alpha\approx0{,}17.

Passo 5

O que muda entre as ligas de 0{,}2\% e 0{,}5\% C, quando se está em equilíbrio \alpha+\gamma a T_*, é apenas a fração de cada fase. Em ambas, a \gamma terá 0{,}6\% C e a \alpha cerca de 0{,}02\% C; só que:
  • No aço 0{,}2\%, prevalece a ferrita \alpha, com cerca de 69\% em massa de \alpha.
  • No aço 0{,}5\%, prevalece a austenita \gamma, com cerca de 83\% em massa de \gamma.

Resposta

Sim. Basta aquecer o aço até a região \alpha+\gamma num ponto T_* em que X_\gamma=0{,}6\% C e manter isoterma para atingir equilíbrio bifásico. A diferença entre as ligas de 0{,}2\% e 0{,}5\% C será a fração em massa de cada fase \alpha e \gamma, calculada pela regra das alavancas.

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