Quais são as estruturas cristalinas da ferrita e da austenita? Qual dessas fases possui maior solubilidade de carbono? Explique.

Passo 1

Beleza, vamos lá. A questão pede duas coisas:
  1. Identificar a estrutura cristalina da ferrita e da austenita.
  2. Dizer qual das duas fases solubiliza mais carbono e explicar por quê.
Conteúdo: é um assunto de metalurgia sobre o diagrama ferro-carbono, mais especificamente estruturas cristalinas (empacotamento) e solubilidade intersticial de átomos de carbono. Para resolver vai ser preciso entender o que é BCC e FCC, o que são sítios intersticiais e como isso afeta a quantidade de carbono que cabe na rede.

Passo 2

Estrutura da ferrita (α-ferro)
– A ferrita tem rede cúbica de corpo centrado (BCC, do inglês “Body-Centered Cubic”).
– Na BCC cada célula unitária tem:
• 8 átomos nos vértices (cada um compartilhado com 8 células)
• 1 átomo bem no centro da célula
– Isso dá coordenação 8 (cada átomo “toca” 8 vizinhos).
– Os sítios intersticiais (onde o carbono pode se alojar) são tetraédricos pequenos.
– Como esses espaços são estreitos, a ferrita só dissolve muito pouco carbono (cerca de 0,02 wt% C a 723 °C).

Passo 3

Estrutura da austenita (γ-ferro)
– A austenita tem rede cúbica de faces centradas (FCC, “Face-Centered Cubic”).
– Na FCC cada célula unitária tem:
• 8 átomos nos vértices (compartilhados)
• 6 átomos no centro de cada face (cada um compartilhado com 2 células)
– Isso dá coordenação 12 (cada átomo “toca” 12 vizinhos).
– Os sítios intersticiais octaédricos e tetraédricos na FCC são maiores que na BCC.
– Resultado: a austenita consegue dissolver muito mais átomos de carbono (até ~2,08 wt% C a 1147 °C).

Passo 4

Comparando solubilidades
– A solubilidade do carbono depende do tamanho dos sítios intersticiais na rede cristalina.
– FCC (austenita) tem sítios octaédricos maiores que os tetraédricos da BCC (ferrita).
– Logo, mais átomos de carbono podem “encaixar” sem distorcer demais a rede na austenita.

Resposta

A ferrita (α) é cúbica de corpo centrado (BCC) e solubiliza pouquíssimo carbono.
A austenita (γ) é cúbica de faces centradas (FCC) e tem solubilidade de carbono bem maior, pois seus sítios intersticiais são mais amplos, permitindo acomodar mais átomos de carbono.

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