Questão 13. O carbono é um dos principais solutos intersticiais presentes nos aços e possuem enorme importância no comportamento mecânico desses materiais. O Fe , principal constituinte dos aços, possui estrutura CCC em temperatura ambiente e CFC em temperaturas acima de
. Em ambas as estruturas do Fe , o carbono se aloja nos interstícios do tipo octaedral. No caso da estrutura CFC, o interstício octaedral foi definido na questão anterior. Na estrutura CCC os interstícios octaedrais podem ser
definidos pelo ponto de rede do tipo
(isto é, no centro das faces). Considere que o carbono tem raio atômico de
e que o Fe na estrutura CFC possui raio atômico de
e na estrutura CCC possui raio atômico de
. Qual tipo de estrutura do Fe deve ser capaz de dissolver mais carbono em seus insterstícios?
definidos pelo ponto de rede do tipo
Passo 1
Beleza, aqui a ideia é comparar quanto de carbono cabe nos “buraquinhos” octaédricos do ferro nas duas estruturas cristalinas: CCC (ou BCC) e CFC (ou FCC). O conteúdo é geometria de redes cristalinas (interstícios octaédricos) e vamos precisar das seguintes coisas:
- Raio atômico do carbono:
. - Raio atômico do Fe em CFC:
. - Raio atômico do Fe em CCC:
. - As fórmulas que dão o raio máximo do interstício octaédrico em função de
.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar como a gente encontra o raio do interstício octaédrico (
) em cada estrutura.
-
Para CFC (FCC):
- A aresta do cubo vale
, porque os átomos tocam nas faces. - O sítio octaédrico fica no centro da aresta, então o raio do interstício é
- A aresta do cubo vale
-
Para CCC (BCC):
- A aresta do cubo vale
, porque os átomos tocam ao longo da diagonal do corpo. - O sítio octaédrico, por exemplo, está no centro de uma aresta e a distância até o átomo vizinho dá
- A aresta do cubo vale
Passo 3
Agora vamos calcular numericamente:
-
Para CFC:
-
Para CCC:
Passo 4
Comparando com o raio do carbono (
) dá:
- FCC:
é menor que , mas bem mais próximo. - BCC:
é muito menor que .
Ou seja, o interstício na estrutura CFC é bem maior que na CCC, então vai “espaçar” menos o carbono na rede e aceitar mais quantidades (diluções) sem deformar tanto.
Resposta
A estrutura CFC (austenita) dissolve muito mais carbono em seus interstícios do que a estrutura CCC (ferrita).