e W têm maior solubilidade na ferrita do que na austenita. Justifique.
Passo 1
O enunciado pergunta por que os elementos de liga Cr, Nb, Mo e W têm maior solubilidade na ferrita (fase
, estrutura BCC) do que na austenita (fase
, estrutura FCC). O conteúdo aqui é o de soluções sólidas substitucionais em ligas de ferro, em que usamos as regras de Hume-Rothery e características cristalográficas para justificar a preferência de cada soluto por uma determinada fase.
Passo 2
Segundo as regras de Hume-Rothery para soluções sólidas substitucionais, quatro condições favorecem alta solubilidade:
. Diferença de raio atômico pequena, tipicamente
Passo 3
Comparando as estruturas cristalinas:
A ferrita tem empacotamento cúbico de corpo centrado (BCC) com fator de empacotamento atômico
A ferrita tem empacotamento cúbico de corpo centrado (BCC) com fator de empacotamento atômico
enquanto a austenita é cúbica de faces centradas (FCC) com
Como a BCC é menos compacta, ela admite mais facilmente átomos substitucionais de raio ligeiramente diferente, pois as folgas na malha são maiores.
Passo 4
Os elementos Cr, Mo e W são, em sua forma pura, cristais BCC e têm raios atômicos próximos ao do ferro BCC; Nb também é BCC e, embora ligeiramente maior, ainda satisfaz razoavelmente a condição de raio. Além disso, todos têm valência igual ou superior à de Fe, o que favorece interação eletrônica e solução na ferrita. Já na austenita (FCC) o empacotamento mais denso e a coordenação
tornam mais difícil acomodar átomos com tamanho e eletrônica diferentes.
Passo 5
Em resumo, Cr, Nb, Mo e W encontram na ferrita BCC um arranjo estrutural e espacial mais compatível (diferença de raio dentro do limite, mesma estrutura cristalina básica e valência próxima ou maior), o que aumenta sua solubilidade nessa fase em comparação com a austenita FCC.
Resposta
Os solutos Cr, Nb, Mo e W satisfazem melhor as regras de Hume-Rothery na malha BCC da ferrita (diferença de raio atômico pequena, mesma estrutura cristalina, valência compatível e maior folga espacial devido ao APF menor), enquanto a austenita FCC, sendo mais compacta, não acomoda tão bem seus átomos, resultando em menor solubilidade nessa fase.