Responda:
Qual a solubilidade máxima de carbono na ferrita e austenita? Qual fase apresenta a solubilidade máxima maior e por qué?

Passo 1

O enunciado pede a solubilidade máxima de carbono em duas fases do ferro, ferrita ( \alpha-Fe) e austenita ( \gamma-Fe), e que a gente compare qual delas comporta mais carbono e por quê. Para isso vamos usar o diagrama de fases Fe–C e a teoria de sítios intersticiais em estruturas cristalinas.

Passo 2

A ferrita é ferro \alpha com estrutura cúbica de corpo centrado (BCC). Nessa rede cada átomo de ferro ocupa um vértice e há um átomo no centro do cubo. Os sítios intersticiais que cabem átomos pequenos (como C) são relativamente pequenos e poucos.
Consultando o diagrama de fases Fe--C, a solubilidade máxima de carbono em ferrita ocorre próximo à temperatura eutetoide ( \approx 727^\circ\mathrm{C}) e vale cerca de
0,02\%
em massa. Abaixo dessa temperatura a solubilidade cai ainda mais (em temperatura ambiente é \lesssim 0,008\%).

Passo 3

Já a austenita é ferro \gamma com estrutura cúbica de faces centradas (FCC). Nessa rede há átomos de ferro nos vértices e no centro de cada face, criando sítios intersticiais maiores e em maior número. No diagrama, a solubilidade máxima de carbono na austenita atinge cerca de
2,08\%
em massa, próximo a 1147\circC (limite \gamma–F e_{3}C).
Comparando as duas fases, a austenita apresenta solubilidade de carbono muito maior que a ferrita. O motivo é puramente cristalográfico: a estrutura FCC da austenita tem sítios intersticiais octaédricos maiores e em maior quantidade do que a estrutura BCC da ferrita, permitindo mais átomos de carbono.

Resposta

Ferrita ( \alpha-Fe): solubilidade máxima \approx 0,02 % C.
Austenita ( \gamma-Fe): solubilidade máxima \approx 2,08 % C.
Austenita solubiliza mais carbono porque sua estrutura FCC possui sítios intersticiais maiores e mais numerosos que a estrutura BCC da ferrita.

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