Por que praticamente nenhum Carbono é dissolvido na ferrita, mesmo em temperaturas elevadas?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a ferrita (ferro α, de estrutura cristalina cúbica de corpo centrado) praticamente não dissolve carbono, nem mesmo a temperaturas elevadas. O conteúdo aqui é solubilidade de átomos intersticiais em metais e como a geometria da rede influencia essa solubilidade.

Passo 2

Descrevemos a estrutura da ferrita: ferro α tem estrutura cúbica de corpo centrado (BCC). Nessa rede, existem interstícios tetraédricos e octaédricos, mas ambos têm dimensões muito reduzidas. Para um átomo de carbono — cujo raio atômico efetivo é relativamente grande para um interstício metálico — entrar e permanecer na rede BCC seria exigir grande distorção local e, portanto, alto custo energético.

Passo 3

Compare com a austenita (ferro γ, estrutura cúbica de faces centradas, FCC): a rede FCC possui interstícios maiores e mais volumosos, facilitando a acomodação do carbono e resultando em solubilidade muito maior (até cerca de 2 % em massa a 1147\circC). Já na ferrita, o excesso de tensão elástica gerado pela inserção de carbono torna a solubilidade máxima muito baixa (cerca de 0,02 % em massa a 727\circC).

Passo 4

Mesmo elevando a temperatura, a estrutura BCC da ferrita permanece, e os interstícios continuam pequenos. Embora a solubilidade de um soluto em geral aumente com a temperatura, o ganho térmico não supera o enorme custo elástico de acomodar o carbono em sítios tão apertados. Logo, a solubilidade permanece desprezível em toda a faixa de presença da ferrita no diagrama Fe–C.

Resposta

Praticamente nenhum carbono se dissolve na ferrita porque a sua estrutura cristalina BCC possui interstícios muito pequenos, de modo que acomodar um átomo de carbono exige deformações locais de alto custo energético, limitando severamente a solubilidade mesmo a altas temperaturas.

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