Como são formadas a ferrita ( \alpha ), austenita ( \gamma ), perlita, bainita, cementita globulizada (esferoidita) e martensita. Exemplifique e explique.

Passo 1

O enunciado pede para explicar como se formam, em ligas ferro-carbono, as fases ou microestruturas: ferrita \alpha, austenita \gamma, perlita, bainita, esferoidita (cementita globulizada) e martensita. Vamos usar o diagrama de fases Fe–C e os tratamentos térmicos (aquecimento, resfriamento lento, têmpera e recozimento) para descrever cada formação.

Passo 2

Formação da ferrita \alpha
Quando se resfria lentamente uma austenita rica em \gamma abaixo da linha A_{3} (cerca de 912^\circ\mathrm{C} em fe puro), o ferro cúbico de corpo centrado \alpha precipita. O carbono, pouco solúvel em \alpha, difunde para a matriz e, em ligas com baixo teor de C, a ferrita surge em contornos de grão ou como grãos equiaxiais no interior dos grãos de \gamma.

Passo 3

Formação da austenita \gamma
Ao aquecer o aço até acima da linha A_{3} (para ligas hipoeutetóides) ou A_{1} (para ligas hipereutetóides), a ferrita e/ou cementita se dissolvem entrando em solução sólida no ferro de estrutura cúbica de faces centradas \gamma. A difusão de C nessa fase é rápida, resultando em uma fase homogênea.

Passo 4

Formação da perlita
Resfriando muito lentamente a austenita contendo cerca de 0{,}8\% de C, no ponto eutetóide A_1\approx727^\circ\mathrm{C}, ocorre a transformação eutetóide:
\gamma \;\longrightarrow\; \alpha + \mathrm{Fe}_3\mathrm{C}
A perlita é o arranjo lamelar alternado de finas camadas de ferrita \alpha e cementita \mathrm{Fe}_3\mathrm{C}, formado por difusão de C, com aspecto de “lamelas”.

Passo 5

Formação da bainita
Em resfriamentos moderadamente rápidos até temperaturas entre aproximadamente 350^\circ\mathrm{C} e 550^\circ\mathrm{C}, a transformação da austenita não ocorre como perlita, mas forma bainita em placas ou agulhas finas. Há duas faixas: bainita superior (placas grossas, alguma difusão de C) e bainita inferior (placas finas, quase sem difusão). A matriz é ferrítica com carbonetos dispersos, conferindo maior dureza que a perlita.

Passo 6

Formação da esferoidita (cementita globulizada)
Partindo de perlita ou bainita, um recozimento prolongado a temperaturas próximas a 700^\circ\mathrm{C} (abaixo de A_1) permite que as finas lamelas de \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} se aglutinem em partículas esféricas dentro da ferrita. Essa globulização minimiza a energia interfacial e reduz a dureza, melhorando a usinabilidade.

Passo 7

Formação da martensita
Na têmpera, resfria-se austenita rapidamente (por imersão em água ou óleo) até temperaturas bem abaixo de M_s (temperatura de início de martensita). A transformação é difusão-livre e difusiva-inibida: o carbono fica aprisionado na rede tetragonal de ferro, gerando uma estrutura de martensita supersaturada, muito dura e frágil.

Resposta

Ferrita \alpha: precipita sob resfriamento lento abaixo de A_{3}, formando grãos CFC de ferro pobre em C.
Austenita \gamma: forma-se por aquecimento acima de A_{3}/ A_{1}, fase CFC rica em C.
Perlita: lamelas alternadas de \alpha e \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} na transformação eutetóide em 727^\circ\mathrm{C}.
Bainita: placas finas de \alpha e carbonetos em resfriamento intermediário 350 550^\circ\mathrm{C}.
Esferoidita: recozimento prolongado de perlita/bainita abaixo de A_1, globulizando \mathrm{Fe}_3\mathrm{C} em esferas.
Martensita: têmpera da \gamma resfriada rapidamente, gerando rede tetragonal supersaturada de C, muito dura.

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