O lado mais rico em ferro do diagrama de fases ferro-carbeto do ferro (1) é apresentado na Figura 16.s. O carbeto do ferro, 
, comumente chamado de cementita, não é estável. Mas em temperaturas ordinárias, a cementita não se decomporá por milhares de anos. Em temperaturas mais altas, ela pode decompor-se em grafita e ferro 
(a ferrita); a grafita, neste caso, é a forma de equilíbrio do carbono. Contudo, a cementita nucleia-se e cresce muito mais rapidamente que a grafita, especialmente em temperaturas mais baixas, sendo a fase mais comum. Conseqüentemente, o diagrama de fase ferro-carbono usual é realmente um diagrama longe do equilíbrio, metaestável, e essencial para as utilizações cotidianas em Metalurgia.
De primordial interesse no diagrama ferro-carbono é a reação eutetóide (2)
(16.6)
que ocorre a 727°C. A temperatura é suficientemente baixa para que a velocidade de formação da grafita seja desprezível. A estrutura eutetóide consiste de camadas alternadas de ferrita e cementita. Essa estrutura é chamada perlita e mostrada na Figura do próximo Tópico. Microestruturas de perlita grosseira formam-se em altas temperaturas, e perlita fina em baixas temperaturas.
Nos aços temperados (resfriamento rápido) (3) outras microestruturas podem ser produzidas além da perlita; são elas a bainita e a martensita. A bainita é o constituinte formado quando uma austenita é resfriada rapidamente até temperaturas na faixa de 200 a 540°C, e mantida nessa temperatura durante algum tempo. Ela é uma dispersão de carbetos submicroscópicos em matriz 
altamente deformada e que contém mais de 0,022%p C. Já a martensita é constituinte formado quando uma austenita é resfriada rapidamente até temperaturas inferiores àquelas em que se formaria a bainita. A martensita é extremamente dura e frágil, com todo o carbono aprisionado em solução sólida supersaturada. Esse carbono em excesso distorce a estrutura cristalina, tornando-a um tetragonal de corpo centrado (TCC) (veja Capítulo 3, Estruturas Cristalinas), sendo que a quantidade de distorção é aproximadamente proporcional ao teor de carbono (4). A transformação de uma austenita em perlita ou bainita, bem como em ferrita ou cementita proeutetóides (5), ocorre por um processo de nucleação e crescimento. Desta forma essas transformações são controladas pela velocidade de difusão e dependem do tempo e da temperatura de transformação. Por outro lado, a transformação da austenita em martensita se dá sem difusão, pois ocorre tão rapidamente que é independente do tempo. A fração de austenita que se transforma em martensita é determinada quase que unicamente pela temperatura, ou seja, quanto mais baixa a temperatura, maior será a fração transformada, até que só se tenha martensita.
Figura 16.s – O diagrama de fases
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