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Carbono é uma impureza intersticial em ferro e forma uma solução sólida com cada uma
das ferritas α e δ e também com austenita, como indicado pelos campos de monofases α, δ e γ na
Figura 9.20. Na ferrita α CCC, apenas pequenas concentrações de carbono são solúveis; a máxima
solubilidade é 0,022%C em peso a 727 o C (1341 o F). A limitada solubilidade é explicada pela forma
e tamanho das posições intersticiais, que torna difícil acomodar os átomos de carbono. Mesmo
embora presente em relativamente baixas concentrações, o carbono afeta significativamente as
propriedades mecânicas da ferrita. Esta particular fase ferro-carbono é relativamente macia, pode
ser tornada magnética em temperaturas inferiores a 768 o C(1414 o F) e tem uma densidade de
7,88g.cm -3 . Figura 9.21a é uma fotomicrografia da ferrita α.
Figura 9.21 - Fotomicrografia de (a) ferrita α (90x) e (b) austenita (325x). (Copyright 1971 por
United States Steel Corporation).
A austenita, ou a fase γ do ferro, quando em liga justamente com o carbono, não é estável
abaixo de 727 o C(1341 o F), como indicado na Figura 9.20. A máxima solubilidade de carbono na
austenita, 2,11%C em peso a 1148 o C(2098 o F). Esta solubilidade é aproximadamente 100 vezes
maior do que a máxima para a ferrita CCC, de vez que as posições intersticiais CFC têm formato
tal que quando os átomos de carbono os enchem, as deformações impostas sobre os circunvizinhos
átomos de ferro são muito menores. Como demonstrado nas discussões que se seguem,
transformações de fase envolvendo austenita são muito importantes no tratamento térmico dos aços.
De passagem, dever-se-ía mencionar que austenita é não-magnética. Figura 9.21b mostra uma
fotomicrografia desta fase austenita.
A ferrita δ é virtualmente igual à ferrita α, exceto para a faixa de temperaturas na qual
cada uma existe. De vez que a ferrita δ é estável apenas em temperaturas relativamente altas, ela
não é de nenhuma importância tecnológica e não é mais discutida aqui.
Cementita (Fe 3 C) se forma quando o limitede solubilidade de carbono no ferro α é
excedido abaixo de 727 o C(1341) (para composições dentro da região de fase α + Fe 3 C). Como
indicado na Figura 9.20, Fe 3 C também coexistirá com a faseγ entre 727e 1148 o C (1341 e 2098 o F).
Mecanicamente cementita é muito dura e frágil; a resistência de alguns aços é grandemente
melhorada pela sua presença.
Estritamente falando, cementita é apenas metaestável; isto é, ela remanescerá como um
composto indefinidamente à temperatura ambiente. Mas se for aquecida até uma temperatura entre
650 e 700 o C (1200 a 1300 o F) por vários anos, ela irá mudar gradualmente ou transformar-se em
ferro α e carbono, na forma de grafita, que remanescerá no subsequente resfriamento até à
temperatura ambiente. Assim o diagrama de fases da Figura 9.20 não é um de equilíbrio verdadeiro
porque cementita não é um composto de equilíbrio. Entretanto, porquanto a decomposição da
cementita é extremamente vagarosa, virtualmente todo o carbono do aço estará na forma de Fe 3 C
em vez de grafita e o diagrama de fase ferro-carboneto de ferro é, para todos os propósitos
práticos, válido. Como será visto na Seção 12.6,adiçào de silício aos ferros-fundidos grandemente
acelera esta decomposição da cementita para formar grafita.
As regiões bifásicas estão rotuladas na Figura 9.20. Pode-se notar que existe um eutéti co
para o sistema ferro-carboneto de ferro, em 4,30%C, em peso, e 1148 o C(2098 o F); para esta
reação eutétita,
resfriamento