Questäo: Porque a difusão do carbono na austenita é menor do que na ferrita? Explique.
Passo 1
O enunciado pergunta por que a difusão do carbono em austenita é menor do que em ferrita. O conteúdo envolvido é difusão intersticial em sólidos metálicos e, para resolver, vamos precisar do modelo de Arrhenius para coeficiente de difusão e das características cristalográficas das fases ferrita (estrutura cúbica de corpo centrado – BCC) e austenita (estrutura cúbica de faces centradas – FCC).
Passo 2
Para difusão intersticial, o coeficiente de difusão
obedece à equação de Arrhenius:
onde
é o fator pré-exponencial (frequência de tentativas de salto),
é a energia de ativação para o átomo intersticial pular de um sítio a outro,
é a constante dos gases ideais e
a temperatura absoluta.
Passo 3
A ferrita (BCC) e a austenita (FCC) têm tamanhos e formas diferentes de sítios intersticiais: em BCC existem sítios tetraédricos relativamente espaçados, enquanto em FCC os sítios octaédricos são menores e mais apertados. Como o carbono ocupa esses sítios intersticiais, a geometria mais restrita da FCC implica em maior distorção do retículo quando o átomo de carbono salta de um sítio ao outro.
Passo 4
Essa distorção extra na austenita aumenta a energia de ativação
e costuma reduzir também o fator
, pois o salto exige reorganização maior dos átomos vizinhos. Pela equação de Arrhenius, um
maior e um
menor resultam em
significativamente menor em FCC do que em BCC, ou seja,
Resposta
A difusão do carbono é mais lenta na austenita do que na ferrita porque a estrutura FCC apresenta sítios intersticiais menores e mais restritos, elevando a energia de ativação para o salto do carbono e reduzindo seu coeficiente de difusão em comparação à estrutura BCC.