Ligas Ferrosas: Alotropia, Fases e Microestruturas

Uma vez que se tenha conhecimento das Estruturas Cristalinas é possível entender as Formas Alotrópicas do Ferro. O Ferro possui 2 Formas quanto a Estrutura Cristalina. Tanto pode se apresentar como CCC, como CFC.

– FERRO ALFA (Feα): É o ferro quando apresenta Estrutura Cristalina do tipo CCC, existindo desde temperaturas negativas até 912 °C.

– FERRO BETA (Feβ): É o ferro quando deixa de ser magnético. Apresenta Estrutura Cristalina do tipo CCC, no intervalo de 768 °C Até 912 °C. Essa terminologia, na prática, não é muito utilizada. Para fins práticos o Ferro Beta é chamado de Ferro Alfa.

– FERRO GAMA (Feγ): É o ferro quando apresenta Estrutura Cristalina do tipo CFC, o que ocorre nas temperaturas de 912 °C até 1394 °C.

– FERRO DELTA (Feδ): É o ferro quando volta a apresentar Estrutura Cristalina do tipo CCC, em temperaturas de 1394 °C até 1539 °C. A diferença da Estrutura Cristalina do Ferro Alfa e do Ferro Delta reside no Parâmetro de Rede (a). No Ferro Alfa o Parâmetro de Rede é menor, devido a menor temperatura.

Essas são as Fases do Ferro, onde Feα e Feγ são as mais importantes e de uso bastante prático e corriqueiro. Entretanto, uma liga ferrosa possui mais do que Ferro, possui, além do Ferro, Carbono, sem considerar os demais elementos de liga. E, uma vez que haja a junção destes dois elementos – Fe e C – esta nomenclatura, ainda que útil, muda um pouco. Assim para cada Fase do Ferro e sua correspondente Estrutura Cristalina existe uma nomenclatura correlata quando da inserção do elemento Carbono.

– FERRITA: Do Latim, Ferrum, que significa, Ferro; ita do grego; “aquele que vem de; originado de”. É o Ferro encontrado na natureza. Sua Estrutura Cristalina é CCC. A Ferrita é uma solução sólida de Carbono intesrticial em Feα. Portanto tudo que é válido para uma Estrutura Cristalina de tipo CCC, vale também para a Ferrita.

Possui pequeno volume; pois possui Estrutura tipo CCC. Esse pequeno volume difculta a entrada de Carbono nos interstícios. Isso resulta em uma baixa solubilidade do Carbono na Ferrita. Por apresentar baixa solubilidade ao Carbono, a Ferrita apresenta baixa resistência mecânica porém possui ótima tenacidade e elevada ductilidade.

Apresenta rotação orbital (spin) de forma que lhe é permitida a propriedade de ser ferromagnética, ou seja é, atraída por ímãs. Entretanto, com o aumento da temperatura essa propriedade vai sendo reduzida, já que a rotação orbital (spin) altera sua velocidade rotacional e, por fim, acaba por mudar de sentido, perdendo, assim, totalmente a propriedade de ser ferromagnética, o que ocorre à temperatura de 768 °C, onde é atribuída a nomenclatura de Feβ, a qual não é muito utilizada.

A temperatura máxima em que existe Ferrita é 912 °C. A máxima solubilidade de Carbono é 0,0218%, em uma temperatura de 727 °C. À temperatura ambiente a solubilidade do Carbono em Ferrita é 0,008%. Para o caso do Feδ a solubilidade máxima é 0,007% a 1487 °C. Outra diferença entre elas é o tamanho do Parâmetro de Rede (a), onde no Feδ esse é maior, devido a maior temperatura. Ambas são ferromagnéticas.

– AUSTENITA: Nome dado em homenagem ao metalurgista britânico, Robert Austen, (1697 – 1743), cujo significado literal é: Aquele que vem (é originado) de Austen. Sua Estrutura Cristalina é CFC. A Austenita é uma solução sólida de Carbono intesrticial em Feγ. Portanto tudo que é válido para uma Estrutura Cristalina de tipo CFC, vale também para a Austenita.

Possui volume maior por possuir Estrutura CFC; portanto a Austenita é maior quando comparada com a Ferrita. Por ter maior volume a Austenita possui maior facilidade em solubilizar Carbono; pois facilita a inserção deste em seus interstícios, tendo; pois, uma capacidade muito maior que a da Ferrita, aproximadamente 100 vezes mais. Por conseguir reter mais Carbono possui uma boa resistência mecânica e mantém, ainda, uma elevada ductilidade e tenacidade.

Ao contrário da Ferrita não possui a propriedade de ser ferromagnética, exatamente pelo fato de apresentar rotação orbital (spin) em sentido oposto ao da Ferrita. Essa característica ajuda, por exemplo a distinguir, na prática, através do uso de um ímã, se um aço inoxidável é Ferrítico ou Austenítico. Se houver atração é Ferrítico, caso contrário é Austenítico. Para aços inoxidáveis Martensíticos estes são reconhecidos pela resistência.

A temperatura máxima em que existe Austenita é 1394 °C. A máxima solubilidade de Carbono é 2,11%, em uma temperatura de 1148 °C. Possui ainda limite inferior de temperatura, sendo esta 727 °C. Portanto; à temperatura ambiente, em condições normais, ou seja, sem a presença de elementos de liga, não existe Austenita.