A cementita (Fe3C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação:
Fe3C → 3Fe (a) + C (grafite)
O tempo de decomposição é longo e levará muito mais tempo do que a vida útil da aplicação em temperatura ambiente. Alguns outros fatores (altas temperaturas e adição de certos elementos de liga, por exemplo) podem afetar essa decomposição, pois promovem a formação de grafite.
A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.
No sistema ferro-carbono (isto é, aços-carbono e ferros fundidos) é um constituinte comum porque a ferrita pode conter no máximo 0,02% em peso de carbono não combinado. Portanto, em aços carbono e ferros fundidos que são resfriados lentamente, uma porção do carbono está na forma de cementita.
A cementita se forma diretamente da fusão no caso do ferro fundido branco. Com um teor de silício mais baixo (contendo menos de 1,0% em peso de Si – agente grafitizante) e taxa de resfriamento mais rápida, o carbono no ferro fundido precipita do fundido como a cementita de fase metaestável, Fe3C, em vez de grafite. O produto dessa solidificação é conhecido como ferro fundido branco (também conhecido como ferro resfriado).
No aço carbono, a cementita precipita da austenita quando a austenita se transforma em ferrita no resfriamento lento, ou da martensita durante o revenimento. Uma mistura íntima com a ferrita, o outro produto da austenita, forma uma estrutura lamelar chamada perlita.
Em ferros fundidos, a formação de grafite é promovida pela presença de silício em concentrações superiores a cerca de 1% em peso. Além disso, taxas de resfriamento mais lentas durante a solidificação favorecem a grafitização (a formação de grafite).
Outras fases comuns em aços e ferros
O tratamento térmico de aços requer uma compreensão tanto das fases de equilíbrio quanto das fases metaestáveis que ocorrem durante o aquecimento e/ou resfriamento. Para os aços, as fases de equilíbrio estável incluem:
- Ferrita. A ferrita ou α-ferrita é uma fase de estrutura cúbica de corpo centrado do ferro que existe abaixo de temperaturas de 912°C para baixas concentrações de carbono no ferro. A α-ferrita só pode dissolver até 0,02% do carbono a 727°C. Isso ocorre devido à configuração da rede de ferro que forma uma estrutura cristalina BCC. A fase primária de baixo teor de carbono ou aço macio e a maioria dos ferros fundidos à temperatura ambiente é α-Fe ferromagnético.
- Austenita. A austenita, também conhecida como ferro de fase gama (γ-Fe), é uma fase de estrutura cúbica de face centrada não magnética do ferro. A austenita em ligas de ferro-carbono geralmente está presente apenas acima da temperatura eutetóide crítica (723°C) e abaixo de 1500°C, dependendo do teor de carbono. No entanto, pode ser mantido à temperatura ambiente por adições de ligas como níquel ou manganês. O carbono desempenha um papel importante no tratamento térmico, porque expande a faixa de temperatura de estabilidade da austenita. O teor de carbono mais alto reduz a temperatura necessária para austenitizar o aço – de modo que os átomos de ferro se rearranjam para formar uma estrutura de treliça FCC. A austenita está presente no tipo de aço inoxidável mais comumente usado, que é muito conhecido por sua resistência à corrosão.
- Grafite. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade por maior resistência.
- Cementita. A cementita (Fe3C) é um composto metaestável e, em algumas circunstâncias, pode se dissociar ou se decompor para formar α-ferrita e grafite, de acordo com a reação: Fe3C → 3Fe (α) + C (grafite). A cementita em sua forma pura é uma cerâmica e é dura e quebradiça, o que a torna adequada para o reforço de aços. Suas propriedades mecânicas são função de sua microestrutura, que depende de como ele é misturado com a ferrita.
As fases metaestáveis são:
Perlita. Na metalurgia, a perlita é uma estrutura metálica em camadas de duas fases, composta por camadas alternadas de ferrita (87,5% em peso) e cementita (12,5% em peso) que ocorre em alguns aços e ferros fundidos. É nomeado por sua semelhança com a madrepérola.- Martensita. A martensita é uma estrutura metaestável muito dura com uma estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (BCT). A martensita é formada nos aços quando a taxa de resfriamento da austenita é tão alta que os átomos de carbono não têm tempo de se difundir para fora da estrutura cristalina em quantidades suficientes para formar a cementita (Fe3C).
- Bainita. A bainita é uma microestrutura semelhante a uma placa que se forma nos aços a partir da austenita quando as taxas de resfriamento não são rápidas o
suficiente para produzir martensita, mas ainda são rápidas o suficiente para que o carbono não tenha tempo suficiente para se difundir para formar a perlita. Os aços bainíticos são geralmente mais fortes e duros que os aços perlíticos; ainda assim, exibem uma combinação desejável de resistência e ductilidade.
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