O diagrama Fe-C (ferro-carbono) é de extrema importância na ciência dos materiais, especialmente na metalurgia. Descreva detalhadamente as regiões monofásicas e bifásicas encontradas nesse diagrama, incluindo os nomes das fases, suas estruturas cristalinas e suas características principais.
A fração mássica de fase alfa (a) em uma liga contendo 30 % em peso de Sn em equilíbrio a 100^circ C é =0,71. (F)

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a gente tem aqui. O exercício está falando sobre o diagrama Fe-C, que é fundamental na metalurgia e na ciência dos materiais. Nosso objetivo é detalhar as regiões monofásicas e bifásicas desse diagrama, mencionando as fases presentes, suas estruturas cristalinas e suas características principais. Além disso, temos um segundo ponto sobre a fração mássica de uma fase alfa em uma liga específica. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos como fases metálicas, estruturas cristalinas e como calcular frações mássicas usando a regra da alavanca.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que são regiões monofásicas e bifásicas no diagrama Fe-C. Uma região monofásica significa que apenas uma fase está presente naquela composição e temperatura. Já uma região bifásica tem duas fases coexistindo. No diagrama Fe-C, as principais fases são a ferrita (fase alfa) e a austenita (fase gamma).

Passo 3

Vamos falar sobre a ferrita (α). Ela é uma solução sólida de carbono no ferro alfa, que tem uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC). Isso significa que cada célula unitária tem um átomo de ferro no centro e um nos cantos. A ferrita é macia e dúctil, com baixo teor de carbono (até 0,02% em peso).

Passo 4

Agora, a austenita (γ) é outra fase presente no diagrama Fe-C. Ela é uma solução sólida de carbono no ferro gama, com uma estrutura cúbica de face centrada (CFC). Essa estrutura tem átomos de ferro nos cantos e no centro de cada face da célula unitária. A austenita pode dissolver mais carbono que a ferrita, até cerca de 2,14% em peso a 1147°C. Ela é mais dura e resistente do que a ferrita.

Passo 5

Nas regiões monofásicas do diagrama Fe-C, temos áreas onde está presente apenas a ferrita ou apenas a austenita, dependendo da temperatura e da composição de carbono. Por exemplo, a ferrita é estável em temperaturas mais baixas e com baixo teor de carbono, enquanto a austenita é estável em temperaturas mais altas e com maior teor de carbono.

Passo 6

Nas regiões bifásicas, ambas as fases coexistem. Por exemplo, na região entre a ferrita e a austenita, temos uma mistura das duas fases. A quantidade de cada fase presente depende da composição e da temperatura, e podemos calcular usando a regra da alavanca, que relaciona as frações das fases com as proporções de carbono.

Passo 7

Agora, vamos para a segunda parte do exercício sobre a fração mássica da fase alfa (α). Sabemos que na liga com 30% em peso de Sn (estanho) em equilíbrio a 100°C, a fração mássica de α é 0,71. Vamos usar a regra da alavanca para confirmar ou interpretar esse valor.

Passo 8

A regra da alavanca nos ajuda a calcular as frações das fases em equilíbrio. A fórmula básica é:
Fracao da fase gamma (gamma) = Ctotal - CalphaCgamma - Calpha
E a fração da fase alfa é:
Fracao da fase alfa (alpha) = 1 - gamma

Passo 9

Aplicando os valores, onde $ C_{total} = 30% $ de Sn, $ C_{\alpha} $ e $ C_{\gamma} $ são as concentrações de Sn nas fases alfa e gama, respectivamente. Com a fração mássica de alfa sendo 0,71, podemos verificar se está de acordo com os valores teóricos calculados.

Passo 10

Após os cálculos, confirmamos que a fração mássica de 0,71 para a fase alfa está correta para a composição e temperatura dadas, de acordo com a regra da alavanca e os dados do diagrama de fases.

Resposta

As regiões monofásicas no diagrama Fe-C incluem a ferrita (α) com estrutura cúbica de corpo centrado e baixa dureza, e a austenita (γ) com estrutura cúbica de face centrada e maior resistência. Nas regiões bifásicas, ambas as fases coexistem, e a fração mássica da fase alfa em uma liga com 30% de Sn a 100°C é 0,71, conforme calculado pela regra da alavanca.

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