Aços e Transformações Metalurgicas

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Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC 
Florianopólis - SC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESPECIFICAÇÃO E ESTRUTURA DOS MATERIAIS 
 
 
Aços e Transformações Metalúrgicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
REGINALDO PINTO BARBOSA 
Maio / 1995 
 
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S U M Á R I O 
1. Classificação dos aços ......................................................................................................... 4 
1.1. Tipos de Constituintes ...................................................................................................................4 
a) Ferrita ....................................................................................................................................................... 4 
b) Cementita .................................................................................................................................................. 4 
c) Perlita ........................................................................................................................................................ 4 
d) Austenita ................................................................................................................................................... 5 
e) Martensita ................................................................................................................................................. 5 
f) Ledeburíta ................................................................................................................................................. 5 
2. Influência dos Elementos de Liga....................................................................................... 5 
2.1. Alumínio .........................................................................................................................................6 
2.2. Cromo .............................................................................................................................................6 
2.3. Cobalto............................................................................................................................................6 
2.4. Manganês........................................................................................................................................7 
2.5. Molibdênio......................................................................................................................................7 
2.6. Níquel..............................................................................................................................................8 
2.7. Fósforo ............................................................................................................................................8 
2.8. Silício...............................................................................................................................................8 
2.9. Tungstênio ......................................................................................................................................9 
2.10. Vanádio.........................................................................................................................................9 
2.11. Cobre ............................................................................................................................................9 
2.12. Titânio.........................................................................................................................................10 
2.13. Boro.............................................................................................................................................10 
2.14. Cério e Zircônio .........................................................................................................................10 
2.15. Nióbio..........................................................................................................................................10 
2.16. Selênio.........................................................................................................................................11 
2.17. Fatores que Alteram a Posição das Curvas TTT....................................................................11 
2.18. Influência do Elemento com a Finalidade de Melhorar ou Modificar Propriedades 
Específicas do Aço .....................................................................................................................11 
3. Transformações que Ocorrem com Aquecimento ............................................................. 12 
4. Transformações que Ocorrem com Resfriamento............................................................. 16 
4.1. Transformação Perlítica .............................................................................................................17 
4.2. Transformação Bainítica ............................................................................................................17 
4.3. Transformação Martensítica ......................................................................................................19 
4.4. Austenita Retida ..........................................................................................................................20 
4.5. Meios de Resfriamento de Têmpera ..........................................................................................22 
4.6. Transformações de Fase durante o Revenimento... ..................................................................22 
5. Tipos de aço e suas aplicações .......................................................................................... 23 
5.1 Aços Fundidos ...............................................................................................................................23 
 
3 
5.2. Aços Estruturais ..........................................................................................................................23 
5.3. Aços Microligados........................................................................................................................24 
5.4. Aços Bifásicos...............................................................................................................................26 
5.5. Aços para Tubos ..........................................................................................................................26 
5.6. Aços para Arames e Fios.............................................................................................................27 
5.7. Aços para Molas...........................................................................................................................27 
5.8. Aços para Usinagem Fácil...........................................................................................................28 
5.9. Aços para Cementação................................................................................................................28 
5.10. Aços para Nitretação .................................................................................................................29 
5.11. Aços para Ferramentas e Matrizes ..........................................................................................30 
5.12. Aços Resistentes ao Desgaste ....................................................................................................31 
5.13. Aços Resistentes à Corrosão .....................................................................................................32 
5.14. Aços Resistentes ao Calor .........................................................................................................33 
5.15. Aços Ultra Resistentes e Aços Criogênicos..............................................................................34 
6. Diagrama Ferro Carbono ................................................................................................. 35 
 
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1. CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOSNa comparação de dois aços fabricados com base em diferentes normas, deve-se levar em 
consideração os seguintes pontos: 
� Composição química 
� Propriedades mecânicas 
� Propriedades de endurecimento por conformação a frio (encruamento) 
� Existência ou não de tratamento térmico 
� Campo de aplicação 
� Dimensões 
� Processo de fabricação 
 
Os aços são normalmente classificados em três grandes grupos, a saber: 
� Aço carbono comum 
� Baixo C (C ≤ 0,20 %) 
� Médio C (0,20 < C < 0,50 %) 
� Alto C (C ≥ 0,50%) 
� Baixa liga: somatório elementos de liga < 5 % 
� Alta liga: somatório elementos de liga ≥ 5 % 
 
1.1. Tipos de Constituintes 
a) Ferrita 
 
A ferrita é na realidade uma solução sólida de carbono no ferro alfa, sua solubilidade a 
temperatura ambiente é tão pequena que não chega a dissolver Cx %1003,2 7− (literatura 0,008% C). A 
máxima solubilidade do carbono no ferro alfa é de 0,02 % a 723ºC. 
A ferrita é o mais brando e dúctil constituinte dos aços. Cristaliza na rede cúbica corpo centrado. 
Tem uma dureza de 90 HB e uma resistência a ruptura de 28 kg/mm², chegando a apresentar um 
alongamento de 35 a 40%. 
 
b) Cementita 
 
É um carboneto de ferro, CFe3 , e contém portanto 6,67 % de carbono e 93,33 % de ferro. É o 
constituinte mais duro e frágil dos aços, alcançando uma dureza brinell de 700 (68 HRC). Cristaliza na 
rede ortorrômbica. É magnética até 200ºC, temperatura a partir da qual perde o magnetismo. 
 
c) Perlita 
 
É um constituinte composto por 88 % de ferrita e 12 % de cementita. A perlita tem uma dureza 
de aproximadamente 200 HB, com uma resistência a ruptura de 80 kgf/mm² e um alongamento de 15 
%. 
Cada grão de perlita está formada por lâminas ou placas alternadas de cementita e ferrita. Esta 
estrutura lamelar se observa na perlita formada por resfriamento muito lento. Se o resfriamento é 
brusco, a estrutura é mais porosa e se denomina perlita sorbítica. Se a perlita lamelar se aquece durante 
algum tempo a uma temperatura um pouco inferior à crítica (inferior a 723ºC), a cementita adota a 
forma de glóbulos incrustados na matriz de ferrita, recebendo, dessa forma, a denominação de perlita 
globular. 
 
 
5 
d) Austenita 
 
Este é o constituinte mais denso dos aços, e é formada por uma solução sólida intersticial de 
carbono no ferro gama. A proporção de carbono dissolvido varia de 0 a 1,76 %, correspondendo este 
última valor à máxima solubilidade à temperatura de 1130ºC. 
Pode-se obter uma estrutura austenítica nos aços à temperatura ambiente resfriando muito 
rapidamente uma amostra de aço com alto conteúdo de carbono ou mais alta liga desde uma 
temperatura acima da crítica superior ( )ouAcmA3 , pelo fato da austenita não ser estável, com o tempo, 
se transforma em ferrita e perlita ou cementita e perlita. 
Excepcionalmente existem alguns aços ao Cr - Ni denominados austeníticos, cuja estrutura é a 
austenita à temperatura ambiente. 
A austenita é formada por cristais cúbicos de ferro gama com os átomos de carbono intercalados 
nas arestas e no centro. Tem uma dureza de 300 HB, uma resistência de 100 kgf/mm² e alongamento de 
30%. Não é magnética. 
 
e) Martensita 
 
Depois da cementita, é o constituinte mais duro dos aços. A martensita é uma solução sólida 
supersaturada de carbono no ferro alfa. Se obtém por resfriamento muito rápido dos aços, uma vez 
elevada a temperatura o suficiente para se conseguir o constituinte austenita. 
Se apresenta sob a forma de agulhas e cristaliza na rede tetragonal em vez da rede cúbica 
centrada devido à deformação produzida em sua rede cristalina pelos átomos intersticiais de carbono. 
A proporção de carbono da martensita não é constante, sendo que varia até um máximo de 0,89 
%, aumentando sua dureza, resistência mecânica e fragilidade com o conteúdo de carbono. Sua dureza 
varia de 50 a 68 HRC, sua resistência mecânica de 175 a 250 kgf/mm² e seu alongamento de 2,5 a 0,5 
%. 
 
f) Ledeburíta 
 
A ledeburita não é um constituinte dos aços e sim dos ferros fundidos. Se encontra nas ligas 
ferro-carbono quando a porcentagem de CFe3 é superior a 25 %, ou seja, com um conteúdo total de 
carbono superior a 1,76 %. A ledeburita é uma liga eutética, palavra que em grego significa fluidez 
perfeita e se emprega para designar um mesclado de componentes que passam sem decomposição e 
nem segregação do estado sólido ao líquido. 
A ledeburita se forma ao resfriar uma liga de ferro fundido líquido de 4,3% C desde 1130 º até 
723 ºC, decompondo-se a partir desta temperatura em ferrita e cementita. A ledeburita contém 52 % de 
cementita e 48 % de austenita de 1,76% C. O teor total de carbono da ledeburita é de 4,3% C. 
 
 
2. INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA 
 
Todos os elementos de liga deslocam o ponto eutetóide para a esquerda, o que implica dizer, 
baixos teores de carbono. Isto leva à redução do teor de cementita na perlita, originando lamelas mais 
finas. Estas lamelas finas constituem um a menor barreira à movimentação das discordâncias. 
 
Elementos Alfagêneos: deslocam o ponto eutetóide para cima, ampliando o campo da ferrita, 
aumentando a temperatura para ocorrer a reação eutetóide. Ex.: Cr, W, Mo, Al, Co, V, Ta, Nb, Ti. 
 
Elementos Gamagêneos: deslocam o ponto eutetóide para baixo, ampliando o campo da 
austenita. Ex.: Ni, Mn, N. 
 
 
6 
As solução sólida substitucional ocorrem normalmente como carbonetos e/ou carbonitretos. 
Dentro os elementos de liga somente o Ni e o Si não possuem a característica de formador de 
carbonetos. Os carbonetos formam-se mais facilmente na seqüência: Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Ti. 
 
Os principais efeitos dos elementos de liga nos aços são: 
 
� Aumentar dureza e resistência mecânica 
� Conferir resistência uniforme ao longo da seção 
� Diminuir peso 
� Conferir resistência à corrosão 
� Aumenta resistência ao calor e ao desgaste 
� Aumenta capacidade de corte 
� Melhorar capacidade eletromagnéticas 
 
2.1. Alumínio 
 
� É utilizado no estado metálico como desoxidante. 
� Refinador de grão, pois se formam partículas de alumina e/ou nitretos de Al que atuam como 
centros de cristalização. 
� Como elemento de liga nos aços para nitretação é usado até 1,2 %. 
� Dissolve-se no Feσ até 36 % (ação endurecedora) e no Feγ apenas 1,1 %, crescente com o teor de 
carbono. 
� É grafitizante, pois nos ferros fundidos o alumínio é desestabilizador de carbonetos. 
� Aços que contém mais de 0,40 % de Al são difíceis de soldar. 
 
2.2. Cromo 
 
� Forte formador de carbonetos. 
� Possui grande efeito sobre a temperabilidade dos aços, deslocando as curvas em "C" para a direita, 
facilitando a obtenção da estrutura Martensítica. 
� Apresenta alta resistência a corrosão, formando camada apassivadora quando em teores acima de 12 
%. 
� Em aços com alto teor de carbono, aumenta a resistência ao desgaste. 
� Solubilidade na fase gama é de 13 % e na fase alfa, sem limites. 
� Aumenta a dureza do aço, formando carbonetos muito duros e fortalecendo a ferrita. 
� Limita o crescimento de grão e retarda a descarbonetação superficial. 
 
2.3. Cobalto 
 
� Solubilidade sem limites no Feγ e 75 % no Feγ. 
� Endurece a ferrita por solução sólida, porém, possui ação fragilizante. 
� É o único elemento que desloca as curvas TTT para a esquerda, aumentando a velocidade crítica de 
têmpera e diminuindo a temperabilidade. 
� Diz-se que aumenta a resistência a quente dos aços. Fato contraditório devido não ser o cobalto, um 
elemento formador de carbonetos. 
� É usado na fabricação de imã na faixa de 18 a 30 %. 
� Constitui elemento de liga nos aços "maraging". Estes aços possuem estrutura martensítica cúbica 
ao invés de tetragonal, devido à precipitação de partícula de 2ª fase. 
 
 
7 
2.4. Manganês 
 
� Apresenta solubilidade sem limites no Feγ e até 3% no Feγ. 
� Sua presença é útil para neutralizar o enxofre, combinando-se com ele na forma de sulfeto de 
manganês, adicionando em muitos casos quantidades suplementares de manganês ao aço quando de 
sua elaboração. 
� Atuatambém como desoxidante absorvendo oxigênio contido na massa de aço fundido e evitando 
que ao se desprenderem os gases durante a solidificação se produzem porosidades ou vazios 
internos. 
� Teores de manganês inferiores a 5 % deslocam as curvas TTT para a direita, portanto, diminuem a 
velocidade de têmpera e aumenta a temperabilidade. 
� Em aços com teores de C = 1,2 % a 1,4 % e Mn = 12 %, apresenta estrutura austenítica meta 
estável. Esta estrutura pode tornar-se Martensítica devido à deformação plástica por maclas. 
� Atua favoravelmente sobre a temperatura de transformação dúctil/frágil. 
� Aumenta a resistência a tração e eleva o limite elástico dos aços. 
� Adição de Zn endurece o Mn, que forma estrutura poligonal (não deformável - aços microligados). 
 
2.5. Molibdênio 
 
� Formador de carbonetos. 
� Apresenta solubilidade no Feγ de 3 %, aumentada pela presença de carbono (8 % para 0,3% C) e no 
Feσ de 37,5 %. 
� Como elemento estabilizador da ferrita, eleva a temperatura para obtenção da austenita. 
� Molibdênio aumenta a resistência a tração, o limite elástico e a dureza aços, mantendo os mesmos 
valores a temperaturas elevadas. Isto é devido ao fortalecimento da ferrita, a formação de 
carbonetos muito duros e à ação estimulante que exerce o molibdênio sobre os demais elementos de 
liga que o acompanham. 
� Forma carbonetos com boa estabilidade térmica, de forma poligonal e não esférica. Esta forma do 
carboneto favorece a resistência a fluência dos aços devido ao efeito equicoesivo (resistência à 
mudança de forma x temperatura). 
 
 
 
 
� Molibdênio é o substituto parcial do tungstênio nos aços rápidos, na proporção de uma parte de W 
por duas de Mo. 
 
8 
� Aço ao molibdênio é altamente sensível à descarbonetação. 
� Atua como refinador de grão devido à formação de partículas de 2ª fase. 
� Atua favoravelmente, nos aços inox, reduzindo a corrosão localizada (pite). Por ser mais estável do 
que o cromo, evita a formação de carboneto de cromo nestes aços evitando o fenômeno da 
sensitização (corrosão intercristalina). 
� Aumenta a resistência ao desgaste. 
� Aumenta a temperabilidade do aço quando aquecido a uma temperatura suficiente para conseguir a 
diluição dos carbonetos. 
 
2.6. Níquel 
 
� Não é formador de carbonetos. Dissolve-se sem limites no Feσ. 
� É o elemento principal dos aços inoxidáveis austeníticos devido ao fato de ser estabilizador da 
austenita. 
� Aumenta a resistência ao impacto na razão de 1 % para cada 40 MPa. 
� A baixas temperaturas, o níquel é mais eficiente no deslocamento da curva de transformação dúctil 
frágil para a esquerda. 
� Grande fortalecedor da ferrita, o que se traduz em uma notável melhora da tenacidade. 
� Se emprega na fabricação de aços de muito baixo coeficiente de dilatação ou de coeficiente igual ao 
do vidro, porcelana, etc. 
 
2.7. Fósforo 
 
� Aumenta a resistência a corrosão atmosférica. 
� Fósforo é um elemento endurecedor da ferrita devido a sua baixa solubilidade no ferro, originada 
pela grande diferença de raios atômicos. 
� Provoca o zoneamento da perlita, formando bandas. 
� Em teores superiores a 0,08 % produz fragilidade a frio por sua tendência a engrossar o grão e 
diminuir a plasticidade da ferrita. 
� Não forma carbonetos. 
� Em altos teores, pode formar a steadita que é um constituinte de baixo ponto de fusão. 
� É utilizado nos aços para usinagem fácil, em proporções tais que fragilizam os cavacos evitando a 
formação de cavacos contínuos. 
 
2.8. Silício 
 
� Dissolve-se no ferro gama até 2 % ou 9 % com 0,35% C e no ferro alfa até 18 %. 
� Não é formador de carbonetos. 
� Se dissolve na ferrita endurecendo-a. 
� Elemento altamente grafitizante. 
� É desoxidante, sendo usado na produção de aços acalmados. 
� Somente é considerado como elemento de liga quando em teores superiores a 1 %. 
� Combinado com o manganês, tem efeito positivo sobre a temperabilidade dos aços aumentando-a 
quando em teores superiores a 0,4 %. 
� O silício eleva o limite elástico dos aços, o que o torna indesejável nas chapas destinadas a 
embutimento profundo empregadas para fabricação de carrocerias de automóveis. 
� Quando em porcentagens de 1 a 1,5 % tornam os aços muito resistentes ao desgaste. 
� Os aços ao silício em porcentagens de 1 a 5 % têm uma resistividade elevada, uma permeabilidade 
magnética boa e uma força coersitiva fraca e, portanto, as perdas por histereses são pequenas. 
� Em aços com 0,1% C e 2% Si, obtém-se estrutura totalmente ferrítica. 
� É usado na fabricação de aços refratários. 
 
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� Toma parte também na composição dos aços inoxidáveis em proporções de 0,5 a 2%, melhorando a 
resistência a quente. 
 
2.9. Tungstênio 
 
� Apresenta solubilidade no ferro gama de 6 % ou 11 % com 0,25% C, e no ferro alfa de 33%. 
� Em percentagens pequenas aumenta a temperabilidade dos aços, porém à medida que sua 
porcentagem aumenta formam-se carbonetos que diminuem a temperabilidade necessitando aquecer 
a altas temperaturas para que se diluem. 
� Forma carbonetos muito estáveis e de grande dureza que se mantêm a elevada temperatura, sendo 
portanto, o principal elemento quando se quer resistência a quente. 
� Apresenta efeito de carbonetos secundários no revenido causando um aumento da dureza devido a 
formação de finíssimos carbonetos dispersos. 
 
 
 
� Se emprega para a fabricação de aços rápidos em teores de 15 a 20 %; aços resistentes a altas 
temperaturas como na fabricação de válvulas de automóveis, em teores de 2 a 16 %; para fabricação 
de ferramentas, junto com outros elementos como Cr, Mn, etc.; para fabricação de imãs em teores 
de 6 %. 
 
2.10. Vanádio 
 
� Reduz drasticamente o campo gama, tendo uma solubilidade de apenas 1 % no ferro gama, 
aumentada para 4 % com 0,2% C. Sua solubilidade no ferro alfa é sem limites. 
� Forte formador de carbonetos, sendo mais estável que os carbonetos de W. 
� Promove endurecimento secundário. 
� A presença de carbonetos de vanádio ( )34CV diminuem a temperabilidade do aço, devido ao 
empobrecimento de carbono da matriz ao forma-se os carbonetos, e por constituir estes, partículas 
que facilitam a transformação do ferro gama em alfa. Se a temperatura de têmpera é 
suficientemente elevada, os carbonetos se dissolvem e a temperabilidade é pelo menos igual a dos 
aços carbono de idêntica composição. 
� Pelo fato de exercer uma grande influência na limitação do crescimento de grão, produz também 
uma melhora na tenacidade dos aços. 
� É empregado em teores de 0,15 a 0,25 % na fabricação de aços para molas. 
 
2.11. Cobre 
 
� É usado em aços até 1,5 % e em 050 .. FF até 3 %. 
� Possui solubilidade na ferrita até 0,25 % com resfriamento muito lento. 
 
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� Como o cobre se dissolve até ~ 0,15 % no ferro σ, teores excedentes deste elemento precipitam 
como partículas metálicas de cobre puro, finamente dispersas. Isto contribui para o aumento da 
resistência mecânica. 
� A partir de porcentagens de 0,10 até 0,60 % de cobre, aumenta a temperabilidade do aço. 
� Cobre eleva a resistência a tração e o limite elástico dos aços. 
� Aumenta também a resistência contra a corrosão atmosférica, sendo suficiente para isto, 
porcentagens de 0,20 a 0,60 % pois não se observa a partir desta última porcentagem nenhuma 
melhora apreciável. Esta resistência a corrosão é reforçada se o aço contém um teor de fósforo 
superior a 0,06 %. 
� Utiliza-se o cobre para produção de aços especiais para construções metálicas expostas a 
intempéries, na proporção de 0,6 %. 
 
2.12. Titânio 
 
� Titânio é adicionado ao aço na forma de ferro-titânio com alguma dificuldade, sendo a sua pequena 
densidade e sua facilidade de oxidação a causa desta dificuldade. Para sanar este problema, 
costuma-se adicionar o titânio em vácuo ou atmosfera de argônio. 
� Diminui a temperabilidade do aço por formar carbonetos, que diminuem o percentual de carbono da 
austenita. 
� Uma porcentagem de titânio da ordem de 0,1 a 0,2 % refina o grão dos aços. 
� Uma pequenaporcentagem de titânio eleva o limite elástico dos aços de construção com baixo 
carbono. 
� Emprega-se o titânio para estabilizar o carbono, introduzindo uma quantidade igual a 4 x % C. Esta 
propriedade é usada na fabricação de aços inoxidáveis para evitar a corrosão intergranular, e para a 
elaboração de aços insensíveis ao envelhecimento depois de laminado a frio. 
� Usado em aços microligados (até 0,15 %). 
 
2.13. Boro 
 
� Boro exerce uma grande influência sobre a temperabilidade dos aços, bastando teores muito 
pequenos (a partir de 0,0005 %) para aumentá-la notavelmente. Sua eficiência para melhorar a 
temperabilidade é 50 vezes maior que a do Mo e do Cr, 5 vezes maior que a do Mn e 500 vezes 
maior que a do Ni. 
 
2.14. Cério e Zircônio 
 
� Cério exerce sobre o aço uma influência análoga a do manganês, pois unindo-se ao enxofre impede 
a formação de FeS, que tanto prejudicam ao aços. 
� Cério se comporta como uma inclusão não metálica, pois não tem nenhuma influência sobre os 
pontos críticos e sobre as propriedades mecânicas dos aços. 
� A influência do zircônio nos aços é conseqüência de suas propriedades desulfurantes, 
desnitrogenantes e desfosforantes. 
� Ce e o Zr são endurecedores do MnS fazendo com que os mesmos não se deformem plasticamente. 
 
2.15. Nióbio 
 
� Nióbio é empregado para elevar a temperatura limite de viscosidade dos aços, elevando-se, 
portanto, ao mesmo tempo a resistência a quente. 
� É usado em aços microligados até 0,06 % e em aços inoxidáveis na proporção de 10 x % C. 
 
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2.16. Selênio 
 
� Selênio produz efeitos similares aos do enxofre sobre a usinabilidade dos aços. 
� É empregado em teores de 0,20 % na produção de aços de usinagem fácil. 
� É empregado na produção de aços inox, para melhorar a usinabilidade. 
 
2.17. Fatores que Alteram a Posição das Curvas TTT 
 
A composição química, o teor de carbono, a homogeneidade da austenita e o tamanho de grão da 
austenita são fatores que alteram de modo significativo a posição das curvas TTT. 
O aumento do teor de carbono tende a deslocar a curva em "C" para a direita, ou seja, quanto 
menor o teor de carbono tanto mais difícil obter por resfriamento, ainda que rápido, estrutura única de 
martensita. 
Com relação à composição química todos os elementos de liga que são adicionados no aço, com 
exceção do cobalto deslocam as curvas de início e fim de transformação para a direita retardando a 
transformação da austenita. 
A explicação deste comportamento é que quase todos os elementos de liga se dissolvem na 
austenita e ainda o fato de apresentarem tendências diferentes no resfriamento quando estão na zona 
crítica. Há elementos que se dissolvem no ferro σ e outros que tendem a formar carbonetos. 
O tamanho de grão austenítico também altera a posição das curvas TTT. Para explicar esta 
influência, basta lembrar que a transformação austenita→ferrita + cementita é uma reação que ocorre 
por nucleação e crescimento e que, a nucleação da perlita se dá heterogeneamente junto aos contornos 
de grão da austenita. A velocidade de nucleação será tanto maior quanto menor (mais fino) for o grão 
austenítico, pois maior superfície total estará disponível para a nucleação da perlita. Se por um lado um 
grão austenítico, este efeito é acompanhado por variações desfavoráveis em outras propriedades como 
aumento da fragilidade do aço, ocorrência de trincas, etc. 
De maneira semelhante, pode-se explicar a influência da homogeneidade da austenita sobre sua 
instabilidade abaixo da zona crítica. Como a reação austenita→ferrita + cementita ocorre por nucleação 
heterogênea, quanto menos homogênea for a austenita, isto é, quanto maior a quantidade de carbonetos 
não dissolvidos ou de áreas mais ricas em carbono, maior será o número de regiões capazes de se 
constituírem em núcleos das novas fases. Em resumo, quanto maior a heterogeneidade da austenita, 
menor será o tempo de incubação e mais rápida será a decomposição da austenita. 
 
2.18. Influência do Elemento com a Finalidade de Melhorar ou Modificar Propriedades 
Específicas do Aço 
 
Sabe-se que a adição de elementos de liga permite obter maiores teores de perlita para um menor 
teor de carbono. Essa situação é interessante, porém, pode não ser tão efetiva na realidade tendo em 
vista o custo do elemento de liga. 
Hoje consegue-se melhorar a resistência de um material, mantendo-se uma boa ductilidade, 
através do tratamento de têmpera, ou seja, através da obtenção da camada martensita limite. 
Para obter-se maior resistência mecânica com uma estrutura uniforme ao longo de toda a seção e 
com possibilidade de redução de peso, faz-se uso dos aços baixa liga. Já para obtenção em condições 
específicas como alta resistência ao desgaste, alta resistência a baixa temperatura, alta resistência a altas 
temperaturas ou resistência a corrosão faz-se uso de aços alta liga, por exemplo, aços inoxidáveis e de 
aços para ferramentas. 
Há duas formas mais importantes de eliminarmos óxidos e partículas metálicas precipitadas que 
possam ter uma ação secundária: formando solução sólida substitucional ou na forma de carbonetos (ou 
carbonitretos). 
Praticamente todos os elementos formam em maior ou menor grau solução sólida substitucional. 
Existem contudo dois elementos que não são formadores de carbonetos: níquel e silício. 
 
12 
Sabe-se que na cerâmica fina forma-se carbonetos de silício, porém, nos aços ele se dissolve na 
ferrita, endurecendo-a . 
 
 
3. TRANSFORMAÇÕES QUE OCORREM COM AQUECIMENTO 
 
Uma mudança de fase, salvo algum caso particular, é um processo termicamente ativado. Isto 
significa que, para que uma mudança de fase ocorra é necessário aquecer o metal até uma certa 
temperatura no intervalo de estabilidade da fase ou fases a obter, durante um certo tempo. Este tempo é 
necessário para a nucleação da fase. Dessa forma, tendo-se austenita inicialmente e mantendo-a a uma 
dada temperatura em que deve ser produzida a perlita, haverá um certo tempo de retardamento antes 
que a austenita comece a se decompor, devido ao processo de nucleação sendo necessário um certo 
tempo para que se transformem numa porcentagem dessa austenita em perlita, uma vez que este é um 
processo termicamente ativado. 
Quando aquece-se a altas temperaturas mais distante fica-se da situação de equilíbrio e, 
consequentemente, a força motriz que se tem para o processo é maior. A força motriz é função da 
energia de ativação presente às temperaturas mais altas. A cinética é aumentada, o que implica no 
aumento da velocidade de nucleação com formação de grãos mais finos da austenita. 
Então, quando se tem uma maior velocidade de aquecimento tem-se também, um retardo da 
transformação da austenita uma vez que não se tem tempo suficiente para estabelecer o equilíbrio entre 
as fases presentes. 
Este retardo na transformação leva-nos a temperaturas mais elevadas e isto significa que a 
cinética das reações vai ocorrer a maiores velocidades, além disso, vamos ter uma grande quantidade de 
energia interna no sistema que culmina numa nucleação mais intensa. 
Observa-se porém, que à temperaturas mais altas ocorre o crescimento primário dos grãos a uma 
taxa relativamente alta, podendo também ocorrer o crescimento secundário dos grãos, que não é muito 
interessante. Associado a todos estes fatores tem-se o problema da capacidade térmica do sistema. 
Como exemplo, considera-se o aquecimento de uma peça de espessura muito grande num forno 
que necessita de 3 a 4 dias para chegar na temperatura de trabalho. Neste caso, ter-se-á uma nucleação 
muito pequena com crescimento exagerado dos grãos. Além disso, como a velocidade de aquecimento 
na periferia da peça é maior que no seu núcleo, a taxa de crescimento de grãos na superfície será maior 
do que no centro da peça. 
Por isto, que se utiliza hoje o processo de aquecimento por indução a média freqüência que 
possui maior poder de penetração, porém, com pouca penetração. 
Com superaquecimento não se tem a macro difusão,ou seja, o carbono da ferrita não se difunde 
para a cementita e vice-versa sem que haja homogeneização das lamelas. O que ocorre é apenas a micro 
difusão que é a difusão de apenas uma fase, ou seja, apenas há o arranjo dos átomos nas lamelas de 
cementita e nas lamelas de ferrita. Portanto, ocorre a transformação da fase γ sem difusão e sem 
homogeneização. Só mudando de fase cúbica. 
Os elementos de liga formadores de carbonetos têm um papel importante na nucleação da fase 
austenita. Uma vez que os carbonetos são formados preferencialmente nos contornos de grão e sendo 
esta região favorável à nucleação, eles tendem a acelerar o processo proporcionando, inclusive, um 
refino da austenita. 
Obviamente que a ação dos carbonetos dependerá de sua estabilidade. Como exemplo, citamos o 
cromo que forma os seguintes carbonetos: 23CCr (ortorrômbico), 37CCr (triclínico) e 623CCr 
(cúbico). A adição de cromo até 6 %, aumenta a velocidade de transformação da austenita. Na faixa de 
6 a 11 %, há um retardo com formação do 37CCr que é um carboneto perlítico, muito estável e 
portanto de difícil solubilidade. Em teores superiores a 11 %, ocorre novamente um aumento da 
velocidade de transformação com formação do 623CCr que possui menor estabilidade, dissolvendo 
com maior facilidade. 
Também a forma da estrutura tem influência na velocidade de transformação: 
� Martensita revenida → mais rápida a transformação da austenita 
 
13 
� Ferrita + CFe3 globular → transformação rápida, porém mais lenta do que martensita 
revenida 
� Ferrrita + perlita lamelar → mais lenta 
 
Um dos problemas que pode surgir com o aquecimento é o empenamento. O empenamento é 
conseqüência de problemas ou regiões com tensões variadas. Essas tensões são oriundas de processos 
de conformação que o material sofre ou de dilatações térmicas. Normalmente não se pode dizer que 
existe um aço mais ou menos sensível ao empeno, portanto, deve-se ter as devidas precauções ao 
realizar tratamentos térmicos no que diz respeito à velocidade de aquecimento. Materiais com regiões 
de espessuras diferentes ou com presença de elementos fragilizantes em grande quantidade, pode levar a 
formação de trincas de tensão. 
Para aquecimento a altas temperaturas, deve-se evitar a presença de tensões internas residuais 
provenientes ou não de processos de conformação. Caso o material apresente tensões residuais deve-se 
proceder ao tratamento de alívio de tensão. 
No caso de peças usinadas, deve-se fazer um pré-aquecimento para eliminar ou reduzir as tensões 
residuais da superfície provenientes do processo de usinagem. Somente após isto, deve-se proceder ao 
aquecimento até a temperatura final. 
Resumindo, quando se tem material com diferença de espessura deve-se atentar para o fato que 
quanto maior o teor de elementos de liga maior a possibilidade de se formar carbonetos e uma dilatação 
diferenciada pode gerar campos de tensões que não são suportados por materiais frágeis. Já o material 
mais dúctil acomodaria essas tensões através de deformações plásticas localizadas. 
A figura 1 representa a quantidade de austenita transformada em função do tempo para 
temperaturas de 735 a 850ºC. 
São curvas do tipo signoidais já que o processo é termicamente ativado envolvendo a difusão. 
Observa-se que para uma estrutura com 50 % de austenita transformada gasta-se 55 s para a 
transformação a 735ºC e 5s para 850ºC. A reação é inicialmente lenta, acelerando-se posteriormente 
para ser novamente lenta quando se aproxima de 100% de transformação da austenita. 
 
 
 
Verifica-se pela figura 2 que para 0,35 % C, tem-se a máxima velocidade de transformação. Isto 
está associado, a priori, a dois fatores: a) a distância em relação ao equilíbrio da ferrita pura ; b) a 
distância para a perlita pura. 
A transformação da austenita em aços carbono comuns será mais lenta para aqueles que 
apresentam estruturas próximas ao equilíbrio da ferrita e perlita pois a cinética das reações é 
influenciada pela distância entre as lamelas da cementita. 
 
 
14 
 
Observa-se pela figura 3 que para cada velocidade de aquecimento tem-se um teor máximo de 
carbono. Isto significa que ao aquecermos um material ocorre uma variação do teor de carbono ao longo 
do mesmo. Para velocidades de aquecimento lento seria linear. Com o aumento da velocidade reduziu-
se ainda mais a homogeneização e houver um deslocamento para temperaturas mais altas. 
 
 
A variação da dureza não é linear com o mecanismo de desgaste maior, sendo que à medida que 
se aumenta a dureza o desgaste decresce. 
Em termos práticos, ganhos de 2,3 pontos na escala de dureza (Rc por exemplo) pode ser muito 
significativo em termos de resistência ao desgaste. 
 
 
Nos aços ligados, um aquecimento com alta velocidade produz uma martensita tremendamente 
fina, conhecida como "hardenita". 
Analisando a curva TTA (Tempo – Temperatura – Autenitização) para o aço 4140 (C = 0,40%, 
Cr ≅ 1,0% e Mo = 0,25%), observa-se que o aumento da velocidade de aquecimento implica no 
aumento da temperatura de solubilização da austenita. Verifica-se também que aquecermos este aço até 
 
15 
uma temperatura de 850ºC a uma velocidade tal que nos situarmos na faixa de austenita não 
homogênea, pode-se conseguir a solubilização da austenita mantendo-se o aço nesta temperatura por 
um longo tempo. O inconveniente deste procedimento seria o crescimento do grão pois nesta faixa já 
não se tem carbonetos pois eles já foram solubilizados. 
Quanto maior a velocidade de aquecimento, menor será o tamanho do grão da austenita. 
A temperatura de início da transformação da martensita é função da composição química do 
material. 
A homogeneidade da austenita também interfere no início de transformação da austenita. Caso a 
estrutura esteja homogênea, a transformação se dá a temperaturas menores. 
Outro fator importante a ser considerado na transformação da martensita é a quantidade de 
austenita retida. Chama-se de austenita retida à fração da austenita que não se transformou em 
martensita. 
A austenita retida pode ser benéfica para o material no que tange às tensões internas, pois por ser 
um constituinte dúctil ela diminui o empenamento e as possibilidades de ocorrência de trincas. 
Como todo aço temperado sofre um revenido, austenita retida transforma-se em bainita em torno 
de 300ºC para os aços baixa liga. 
Em aços alta liga, a presença de carbonetos estáveis (de alto ponto de fusão) permite-nos 
trabalhar a altas temperaturas para obtermos a homogeneização da austenita sem que ocorra um 
crescimento exagerado dos grãos. 
Quanto maior a quantidade de elementos de liga dissolvidos na austenita mais baixa é a 
temperatura de início de transformação da martensita. Também maior será a quantidade de austenita 
retida uma vez que esta é função da supersaturação da austenita. Portanto com altas velocidades de 
aquecimento e elevadas temperaturas, dissolvendo-se todos os elementos presentes no aço alta liga, o 
início da transformação da martensita dar-se-á em temperaturas próximas a 250ºC. 
Aços alta liga, AISI H11 por exemplo, apresentam em media 5 % de carbonetos quando 
aquecidos com baixa velocidade de aquecimento. À medida que elevo a temperatura esse percentual vai 
se reduzindo até atingir cerca de 1 % para 1000ºC Vale ressaltar que sempre deve-se preservar um certo 
percentual de carbonetos para evitar o crescimento dos grãos pois é de todos conhecido que altas 
temperaturas a cinética de crescimento de grão é acelerada. 
Nos aços baixa liga, deseja-se através da mudança de estrutura obter uma maior resistência 
mecânica. A otimização da resistência mecânica de um aço baixa liga pode ser avaliada pelas curvas 
tensão x deformação, uma vez que, o importante do ponto de propriedades mecânicas é conhecer a 
capacidade de absorção de energia de deformação a qual está associada à área sob a curva. 
No caso de um aço baixa liga temperado/revenido e recozido, as curvas σ x ε de cada um são 
mostradas abaixo:Observa-se que a curva do aço temperado/revenido apresenta uma maior energia de deformação 
se comparado com o recozido. Acontece, porém, que no aço temperado revenido a ruptura pode ocorrer 
abruptamente enquanto que no recozido nos é dado um aviso representado pelo limite de escoamento. 
Nos aços alta liga pretende-se obter elevada resistência ao desgaste e para tal necessita-se de 
elementos de elevada dureza que são os carbonetos. 
Necessita-se de alta dureza associada ao desgaste. 
A estrutura martensítica é a ideal, pois a mesma apresenta alta resistência além de reter os 
carbonetos, reduzindo os problemas de abrasão como a erosão. 
 
16 
Um dos aços alta liga muito comum é o aço inox martensítico que pode ser do tipo turbina e do 
tipo cutelaria. 
Ao tipo turbina associa-se cromo com baixo teor de carbono pois, neste caso, pretende-se uma 
martensita sem a presença de carbonetos. A precipitação de carboneto nos contornos de grão da 
martensita leva à fragilização do material e aí, por ação do impacto, reduz-se drasticamente a vida útil 
do material. 
Já no aço inox martensítico do tipo cutelaria, pretende-se que se tenha martensita e carbonetos pis 
requer grande resistência ao desgaste necessária ao efeito de corte. Neste caso os teores de cromo e 
carbono são maiores. 
 
 
4. TRANSFORMAÇÕES QUE OCORREM COM RESFRIAMENTO 
 
Todo processo que implique na diminuição do número de deslocações, ou no aumento do 
tamanho de grão, é um processo termicamente ativado e, portanto, depende da temperatura de forma 
exponencial 







=
−
RT
Q
AeV . Devido a isto um metal deformado mecanicamente só recobra suas 
propriedades mecânicas anteriores, quando aquecido a determinadas temperaturas. 
Denomina-se recozimento pleno aquele no qual o aço é austenitizado e depois resfriado 
lentamente através da região de transformação. 
 
 
Diagramas TTT Isotérmico 
 
Nos diagramas TTT, em que as fases são obtidas pela decomposição isotérmica da austenita, 
existe um período inicial variável para cada temperatura, durante o qual não ocorre nenhuma 
transformação observável. Após este período de incubação é que se detectam os primeiros indícios da 
transformação austenita-perlita. Este tempo de início de transformação passa por um mínimo, 
aumentando novamente para temperaturas mais baixas. Este comportamento é ditado pelos fatores 
termodinâmicos e cinéticos responsáveis pela transformação. 
 
Resfriando-se a austenita a uma temperatura abaixo de A1, ela torna-se termodinamicamente 
estável. Esta instabilidade é medida pela diferença entre a energia livre da fase estável à esta 
temperatura e à energia livre da austenita. Esta diminuição da energia livre do sistema, que é a força 
impulsora (driving force) da transformação, aliada à necessidade de difusão para se efetivar a 
transformação austenita-perlita, são responsáveis pela existência de um mínimo no diagrama. 
Na transformação isotérmica da austenita, o produto será sempre a mistura de duas fases - ferrita 
e cementita. Porém, em função da temperatura que ocorre a transformação, há diferenças entre os 
constituintes. Isto deve-se ao fato de que haverá diferentes valores para a velocidade de nucleação e 
para a velocidade de crescimento de grão. 
 
17 
Para temperaturas próximas de Ar, no diagrama TTT, a diminuição da energia livre do sistema é 
pequena por estar próximo do equilíbrio. Neste caso a velocidade de nucleação é pequena. Mas, devido 
às altas temperaturas, a difusão é grande, proporcionando uma alta velocidade de crescimento dos 
cristais da nova fase. Daí resulta o fato do produto de transformação para temperaturas próximas a Ar1 
ser perlita grosseira, formada por lamelas espessas de ferrita e cementita. 
Na faixa de 500 a 220 ºC, o constituinte que se forma é a bainita. A bainita é uma mistura de 
ferrita e cementita com grau de finura (ou de dispersão) grande. Esta dispersão é devida à baixa 
mobilidade atômica que se verifica a temperaturas mais baixas. Como a reação austenita-bainita ocorre 
por difusão do carbono, não é possível a redistribuição do mesmo para grandes distâncias. Em função 
da temperatura de transformação, a bainita pode-se apresentar como um agregado de ferrita em forma 
de pena (350 a 450 ºC) ou como placas de ferrita na forma de agulhas (inferior a 300ºC). 
 
4.1. Transformação Perlítica 
 
1. A cementita nucleia-se nos contornos de grão da austenita formando uma rede que desloca a 
composição da austenita adjacente para o lado hipoeutetóide do diagrama Fe-C. 
2. A ferrita nucleia-se na interface entre a cementita e austenita e cresce ao longo desta interface 
isolando a cementita da austenita remanescente. 
3. Durante o seu crescimento, a ferrita pode alcançar uma descontinuidade na rede de cementita 
ou um contorno agudo de cementita que não permite o completo isolamento da cementita. Dessa forma 
um braço de cementita cresce tentando manter o contato com a austenita. 
4. Durante o crescimento da ferrita, a composição da austenita pode mover-se novamente para o 
lado hipereutetóide do diagrama Fe-C favorecendo o crescimento do braço de cementita ao longo da 
interface entre ferrita e austenita. Isto permite o isolamento da ferrita da matriz. 
5. Devido à pequena fração volumétrica, a cementita tem mais dificuldade do que a ferrita para 
formar uma camada completa e então isolar a outra fase. Face a isto, forma-se uma estrutura que 
contém unidades alternadas de CFe3 e αFe , ambas em contato com a austenita. 
6. Durante o crescimento posterior, mais ramificações ocorrem até que o espaçamento se 
aproxima de um valor característico desta temperatura. 
 
 
Quando a austenita forma perlita em uma temperatura constante, os espaçamento entre as lamelas 
adjacentes de cementita é, com bastante aproximação, constante. Quanto menor for a temperatura de 
transformação da austenita, menor será o espaçamento interlamelar da perlita e, portanto, mais duro será 
o material. 
 
4.2. Transformação Bainítica 
 
O produto da transformação Bainítica, chamada bainita, não é uma fase, mas uma mistura de 
ferrita e carbonetos. Na transformação Bainítica o carbono que estava homogeneamente distribuído na 
austenita se concentra em regiões de alto teor de carbono (as partículas de carbonetos) originando uma 
matriz isenta de carbono (a ferrita). A bainita é uma estrutura ferrítica supersaturada. 
 
18 
As mudanças de composição que ocorrem na transformação Bainítica não envolvem elementos 
de liga substitucionais que possam estar presentes no metal. Como esses elementos não se redistribuem 
a composição da ferrita e dos carbonetos permanecem a mesma da austenita original. 
A bainita obtida por resfriamento isotérmico apresenta-se sob a forma de agulhas, sendo 
classificada em bainita inferior e superior. Com resfriamento contínuo obtém-se bainita na forma 
globular. 
A bainita cresce em plaquetas. A formação das plaquetas é acompanhada de distorção superficial, 
fazendo supor que envolve um cisalhamento do reticulado. 
A bainita superior forma-se a uma temperatura de transformação relativamente alta ( ~ 460 ºC) 
apresentando-se como plaquetas em cujos contornos localizam-se os carbonetos. 
 
 
Dimensão dos carbonetos: 
500 ºC → espessura = 0,1 µm comprimento = 0,5 µm 
400 ºC → espessura = 0,05 µm comprimento = 0,2 µm 
 
Quando a bainita se forma em temperaturas mais baixas ( ~ 250 ºC), as plaquetas de ferrita 
assumem um formato acicular mais regular, sendo chamada bainita inferior. 
 
 
As partículas de carboneto de ferro que se encontram distribuídas na matriz ferrítica tornam-se 
menores e parecem estrias que formam um ângulo de cerca de 55º com o eixo da plaqueta. 
Na bainita inferior, um outro carboneto, que não a cementita, pode-se formar. Esse carboneto é 
usualmente o carboneto ε , que possui uma estrutura hexagonal ao invés da estrutura ortorrômbica da 
cementita. O teor de carbono é cerca de 8,4 %. 
A ferrita das plaquetas de bainita tem uma orientaçãodiferente da ferrita que ocorre na perlita. 
Como essa orientação é semelhante à da ferrita que se nucleia diretamente da austenita, crê-se que a 
nucleação da bainita ocorra pela formação da ferrita. 
 
 
 
19 
 
A bainita não se forma até que a temperatura da reação isotérmica se situe abaixo de 
sB (temperatura de início da reação Bainítica). Acima de sB , a austenita não origina bainita. Além 
disso, a temperatura logo abaixo de sB , a austenita não se transforma completamente em bainita. A 
quantidade de bainita aumenta quando a temperatura da reação diminui até um limite inferior 
fB (temperatura final da reação Bainítica). 
O fato de que a transformação Bainítica não se completa no intervalo entre as temperaturas sB e 
fB implica que, nesse intervalo, tanto a nucleação como o crescimento se paralisam antes que toda a 
austenita seja consumida. 
Uma plaqueta de bainita pode crescer até interceptar outra plaqueta ou um contorno de grão da 
austenita. 
A velocidade de transformação da bainita cresce com a composição química e diminuição da 
temperatura. Porém, a presença de uma austenita deformada, ou seja, encruada, limita esta velocidade 
de transformação. 
 
A temperatura de início da transformação Bainítica é mais alta quando se tem maior conteúdo de 
carbono, tendo em vista que o processo ocorre por difusão do carbono. 
 
4.3. Transformação Martensítica 
 
Em uma estrutura totalmente austenitizada, tem-se um arranjo CFC. Com o abaixamento da 
temperatura, forma-se uma estrutura tetragonal de corpo centrado devido à mudança de ligações 
atômicas preferenciais. Como o resfriamento diminui o espaçamento atômico, o carbono intersticial 
deforma a rede por cisalhamento, originando uma estrutura supersaturada e com elevadas tensões 
internas. Esta é a transformação Martensítica. 
 
 
A figura acima mostra que a austenita pode ser visualizada como uma estrutura tetragonal de 
corpo centrado, com os átomos de carbono situados ao longo dos eixos verticais e nos centros das faces 
normais a este eixo. 
A estrutura da martensita é tetragonal por causa da presença dos átomos de carbono nas posições 
indicadas, que impedem que a transformação da austenita em uma estrutura CCC se complete. A 
presença dos átomos de carbono na estrutura deforma a rede cristalina causando a tetragonalidade, que 
é variável com o teor de carbono. 
 
20 
O plano de hábito ou o plano no qual as plaquetas de martensita se formam é admitido como um 
plano não distorcido, ou seja, todas as direções neste plano permanecem inalteradas pela transformação. 
A deformação que ocorre na formação da plaqueta de martensita parece ser um cisalhamento paralelo 
ao plano de hábito, associado a uma deformação por tração ou compressão simples (uniaxial), 
perpendicular ao plano de hábito. Uma deformação deste tipo é chamada deformação plana invariante. 
A transformação da austenita em martensita ocorre pela formação quase instantânea (em torno de 
710− segundos) de placas de agulhas de martensita, pelo escorregamento das deslocações de 
transformação que provocam um cisalhamento no material ou, mais rigorosamente, produzem uma 
deformação plana invariante. A transformação prossegue pelo aparecimento de novas plaquetas ou 
agulhas e não pelo aparecimento dos cristais. As placas de martensita têm seu desenvolvimento limitado 
pelos contornos de grão bem como pelas primeiras agulhas formadas. 
Por causa da velocidade de transformação da martensita não há tempo para a separação dos 
átomos da solução sólida e então, a composição da martensita é idêntica à da austenita de que se 
originou. 
A alta dureza da martensita nos aços pode ser associada a duas causas principais: 
� Elevada densidade das deslocações na estrutura, ordem de 10¹¹ a 10¹² deslocações/cm², 
comparável à densidade que se encontra em um metal severamente deformado a frio. 
� A presença dos átomos de carbono na martensita. Estes átomos, em solução intersticial na 
estrutura do ferro, causam uma deformação na rede, que tende a ser aliviada por uma 
redistribuição dos próprios átomos de carbono para posições favoráveis junto às deslocações. 
Na transformação Martensítica ocorre uma expansão volumétrica em relação ao reticulado, 
originando uma martensita homogênea supersaturada com carbono intersticial e elementos de liga 
aprisionados - que não formaram fases intermetálicas ou precipitados de 2ª fase - originando um estado 
de tensões internas. No entanto, esse aprisionamento faz com que parte da austenita não se transforme 
(austenita retida), proporcionando um alívio de tensões internas. 
Podem ocorrer fraturas em materiais com velocidades de resfriamento diferentes entre núcleo e 
periferia. Isto pode ser explicado pelo fato de que a periferia já se transformou totalmente enquanto o 
núcleo ainda está se expandindo devido à transformação, originando estados de tensão tais que 
provocam as trincas superficiais. Isto é mais crítico para grandes velocidades de resfriamento. 
Pode-se evitar este problema de surgimento de trincas no resfriamento, não temperando o núcleo. 
Para tal, pode-se fazer uma têmpera superficial, onde em vez de ter-se tensão de tração residual, ter-se-
ia estados de compressão. 
Em caso de aços hipereutetóides, devido à supersaturação da austenita retida, podem ocorrer 
flutuações do teor de carbono entre a austenita e a martensita, em conseqüência de uma pequena 
difusão. 
Com adição de Mn em altos teores ocorre a formação da martensita ε , de estrutura hexagonal 
compacta, ocorrendo a retração do reticulado. 
Com o tratamento termomecânico obtém-se uma martensita de grãos finos devido ocorrer uma 
nucleação pela introdução de tensões no material. O tratamento termomecânico consiste no 
aquecimento do aço até a temperatura de austenitização, seguido de um resfriamento até a temperatura 
de austenitização, seguindo de um resfriamento até ~ 500ºC e conformação do material com 
conseqüente resfriamento. 
 
4.4. Austenita Retida 
 
Denomina-se austenita retida à fração de austenita não transformada durante a reação 
Martensítica. 
 
 
21 
 
O percentual de carbono, o grau de deformação plástica (tratamento termomecânico) e 
homogeneização da estrutura alteram a quantidade de austenita retida. 
A austenita retida é desfavorável do ponto de vista de desgaste, não possuindo resistência 
mecânica. É um constituinte meta estável e deve ser eliminada no revenido pois pode causar problemas 
com controle dimensional e tensões residuais. 
Durante a transformação Martensítica acorre um aumento de volume. Quando se faz o 
revenimento, ocorre uma contração da martensita em função da precipitação de carbonetos secundários, 
o que pode gerar empenamentos. Neste caso; a presença de austenita retida favorece o processo tendo 
em vista que quando a mesma transformação em martensita ocorre novamente a expansão volumétrica, 
o que compensa a contração anterior, minimizando o empeno. Isto caracteriza os aços indeformáveis. 
 
O volume de austenita retida pode ser calculado pela equação: 
AV = exp L - K . 10
2− (Mi - Tr), onde: RT = temperatura de resfriamento 
 
Esta equação comprova matematicamente que nunca ocorre 100 % de martensita. 
 Aços baixa liga: austenita retida → bainita 
 Aços alta liga: austenita retida → martensita 
 
A formação da austenita retida pode ocorrer por dois processos, a saber: 
� Estabilização térmico, variação da energia livre da austenita. 
� Estabilização mecânica. Quando começa a transformação da martensita, as agulhas da 
martensita provocam deformação plástica sobre a austenita que ainda não se transformou provocando o 
seu encruamento com conseqüente formação de discordâncias que impedem a continuidade do 
crescimento das agulhas de martensita, estabilizando a austenita. Para superar este problema deve-se 
fornecer mais energia para continuidade do processo de transformação Martensítica, o que é conseguido 
com menores temperaturas de resfriamento (subzero). 
Ex.: Estabilização mecânica.Seja o aço com a composição C = 0,05%, Cr = 9,0% e Ni = 13,7%. 
� Austenitização a 1100ºC, Mi = -10ºC 
� Resfriamento em nitrogênio líquido → martensita 
� Reaquecimento a 750ºC → ocorreu a transformação da martensita em austenita 
� Novo resfriamento, verificou-se Mi = -60ºC 
� Repetindo-se este ciclo várias vezes, chegou-se a Mi = -183ºC 
� Reaquecendo-se novamente a 1100ºC, verificou-se Mi = -10ºC 
 
Isto é explicado pelo fato de que com reaquecimentos de 750ºC, não se conseguia eliminar o 
encruamento da austenita provocando pelas sucessivas transformações martensíticas. Sabe-se que os 
defeitos cristalinos causam a estabilização mecânica da austenita. No reaquecimento a 1100ºC, 
eliminou-se as discordâncias e demais defeitos. Deve-se, pois, reaquecer-se a uma temperatura maior 
para abaixar Mi. 
 
22 
4.5. Meios de Resfriamento de Têmpera 
 
Etapas da remoção de calor da peça austenitizada durante resfriamento da peça a temperar em um 
meio líquido: 
A. Inicialmente forma-se uma película de vapor em volta do metal e o resfriamento da peça se dá 
por condução através da película, ocorrendo também radiação; 
B. Rompe-se a película de vapor e o líquido de resfriamento entra em ebulição, formando-se 
bolhas na superfície do metal. Este será molhado pelo líquido e o resfriamento prosseguirá 
pela produção de vapor na superfície metálica. Esta é a etapa de resfriamento mais rápida; 
C. Quando a temperatura da peça se torna inferior à de ebulição do líquido, o resfriamento passa 
a ser bem mais lento, sendo o calor extraído do metal principalmente por convecção. 
 
4.6. Transformações de Fase durante o Revenimento 
1ª Etapa: Precipitação de um carboneto especial, denominado carboneto ε 
 
Ocorre na faixa de temperatura de 20 ºC até cerca de 200 ºC e envolve o aparecimento do 
carboneto ε ( )25CFe , cuja formação é mais favorecida nestas temperaturas que a cementita
 ( )CFe3 . A formação do carboneto ε reduz o número de átomos de carbono na rede 
Martensítica, que se torna menos tetragonal. Os produtos da primeira etapa do revestimento são 
martensita de baixo teor de carbono e carboneto ε , sendo usual denominar-se a microestrutura de 
"martensita revenida". A dureza do aço começa a cair. 
 
2ª Etapa: Decomposição da austenita retida em bainita 
 
Na faixa de temperaturas 200 ºC – 300 ºC ocorre a segunda etapa do revenimento, com a 
transformação da austenita retida em bainita, consistindo esta de uma mistura de ferrita e carboneto ε . 
 
3ª Etapa: Formação de ferrita e cementita a partir dos produtos formados nas duas 
etapas anteriores 
 
A terceira etapa se inicia entre 250 a 350 ºC, quando se precipita um carboneto em forma de 
bastão, metaestável, que se forma a partir dos átomos de carbono segregados junto às deslocações e 
contorno de placas. Nesta etapa ocorre a redissolução dos carbonetos ε e a martensita de baixo teor de 
carbono perde seu excesso de carbono, formando-se ferrita e cementita. Aumentando um pouco mais a 
temperatura, o carboneto em forma de bastão se redissolve e é substituído por um precipitado de 
cementita de forma esferoidal. O produto final da terceira etapa de revenimento será uma mistura de 
grãos de ferrita equi-axiais e um grande número de partículas arredondadas de cementita. 
 
4ª Etapa: Crescimento das partículas de cementita 
 
A quarta etapa do revenimento consiste no crescimento das partículas de cementita num processo 
denominado coalescimento. A dureza cai consideravelmente nesta etapa: 
 
5ª Etapa: Formação de carbonetos especiais (aços alta liga) 
 
Consiste na formação de carbonetos especiais, dando origem a endurecimento secundário. 
Verifica-se um aumento de dureza após revenimento a temperaturas elevadas (acima de 500 ºC) de aços 
com alto teor de elementos formadores de carbonetos que é explicado pela precipitação de grandes 
quantidades de carbono especiais na martensita. 
Os elementos de liga podem estar presentes no aço como solução sólida intersticial, 
substitucional inclusões não metálicas, precipitado de 2ª fase intermetálicas, partículas metálicas 
dispersas. 
 
23 
5. TIPOS DE AÇO E SUAS APLICAÇÕES 
5.1 Aços Fundidos 
 
Aço fundido é aquele que é vazado em moldes de areia ou metálicos, onde solidifica e adquire a 
forma exata da cavidade do molde, de modo a apresentar a forma definitiva sem necessidade de 
qualquer transformação mecânica posterior. 
Seu emprego deve-se ao fato de se poder produzir por fundição, peças de grande variedade de 
forma e dimensões, com razoável resistência e tenacidade a custo relativamente baixo. 
As peças de aço fundido devem possuir certos requisitos ou mais importantes dos quais são: 
� Homogeneidade (seção sã em toda a sua extensão), o que é conseguido mediante projeto 
adequado da peça e do molde, com canais convenientemente localizados e apropriada 
desoxidação do aço na fusão; 
� Granulação fina; 
� Completa isenção de tensões internas. 
Os defeitos causados pela contração ocorrem em locais onde há excesso de massa de metal, 
denominados "pontos superaquecidos", os quais devido à massa adicional que apresentam, são as 
últimas seções a solidificar. 
Os aços carbono baixo carbono apresentam boa soldabilidade e podem sofrer endurecimento 
superficial por cementação. São normalmente recozidos ou normalizados para refinar e normalizar a 
estrutura e aliviar as tensões internas. 
Os aços liga para fundição foram desenvolvidos para suportarem maiores pressões, maiores 
esforços de tração, temperaturas de serviço tanto baixas como elevadas, apresentando maior dureza, 
maior tenacidade, maior resistência ao desgaste e ao choque, assim como superior temperabilidade. 
Estes aços são normalmente produzidos com baixos teores de carbono. Como as regiões com 
menor conteúdo em carbono tendem a solidificarem primeiro, há geração de regiões segregadas. 
O manganês é usado em teores de 1 a 2 %, principalmente para aumentar temperabilidade e 
evitar a fragilidade a quente causada pelo enxofre. Outros elementos adicionados são: V, Ti, Al quando 
se deseja refino de grão, Ni, Mo, Cr e Cu. 
O carbono é o elemento crítico tendo em vista a formação da cementita. 
As contrações de solidificação e resfriamento devem ser levadas em conta. Deve-se evitar tempos 
longos a altas temperaturas visando eliminar a possibilidade de fusão da areia junto à interface metálica 
com conseqüente formação de defeito na peça, tais como inclusão de areia. 
Deve-se utilizar coquilhas para favorecer uma disposição do calor maior em regiões de parede 
fina, onde a mesma é mais difícil. O molde de areia deve ter boa permeabilidade de forma a favorecer a 
saída dos gases. 
Durante o resfriamento não ocorre problemas de crescimento de grão, uma vez que o 
resfriamento é contínuo e as transformações ocorrem em sua ordem natural: Feδ, Feγ, Feα e carbonetos. 
Os principais objetivos do tratamento térmico das peças de aço fundido são refinar a granulação, 
destruindo a textura bruta ou dendrítica de fusão e eliminar as tensões internas causadas pelas diferentes 
velocidades de resfriamento nas diversas seções. 
Peças de aço fundido são freqüentemente soldadas, porém, observa-se que à medida que aumenta 
o teor de carbono, o aço torna-se cada vez mais difícil de ser soldado, devido ao efeito do 
endurecimento pelo resfriamento após a soldagem na zona afetada pela solda. 
 
5.2. Aços Estruturais 
 
Concentram-se nos aços com conteúdo de carbono na faixa de 0,15 a 0,40 %. 
Devem apresentar boas características de trabalhabilidade, disponibilidade, resistência mecânica, 
tenacidade, etc. Necessitam às vezes de boa resistência à corrosão. 
Os aços estruturais devem apresentar uma boa relação entre resistência e ductilidade. Para tal, 
tende-se a buscar a formação de perlita e/ou bainita superior. A ductilidade destes aços garante 
 
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excelente trabalhabilidade em operação tais como corte, furação, dobramento, etc., sem que se origine 
fissuras ou outros defeitos. 
Uma das principais aplicações dos açoscarbono estruturais é em concreto armado. Para tal, estes 
podem ser classificados em: aços de dureza natural (laminados a quente), aços encruados a frio e aços 
patenteados. 
Quando pretende-se aumentar a resistência mecânica sem comprometer o peso, melhorar a 
resistência a corrosão atmosférica, melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga além de 
aumentar a relação Fe/Fr sem perda de ductilidade são de grande utilidade os aços estruturais de alta 
resistência e baixo teor em liga. 
O baixo custo é uma característica importante dos aços estruturais. 
 
5.3. Aços Microligados 
 
Os aços microligados contém pequenas adições (abaixo de 0,25%) de vanádio ou nióbio, às vezes 
em combinação com pequenas quantidades de nitrogênio. 
Ao contrário de outros tipos de aços de alta resistência e baixo teor em liga, os aços microligados 
não exigem tratamentos térmicos, ou seja, nas condições laminada ou forjada já apresentam 
propriedades mecânicas superiores. 
Devido ao fato das microadições retardarem a recristalização da austenita, resultando em 
granulação mais fina da ferrita, ocorre um aumento da dureza e do limite de escoamento. 
A melhora das propriedades mecânicas nos aços microligados deve-se à interação dessas 
microadições com o carbono e nitrogênio com a precipitação de fases secundárias durante o 
processamento do aço, tais como carbonitretos de nióbio e vanádio. 
Utiliza-se o vanádio como elemento refinador de grão, em teores de ~0,15 etc. O vanádio não é 
interessante do ponto de vista da laminação controlada. 
Foi utilizado o titânio que agia sobre o retardo da transformação γ→α bem como no da 
recristalização. O incoveniente do titânio era que, em aços sujeitos a operações de soldagem, ele 
provocava o endurecimento da ZTA com conseqüente fragilização da mesma. 
Os parâmetros atômicos dos carbonitretos de Nb, Ti e V são decrescentes nesta ordem; sendo 
que, à medida que se aumenta o teor de nitrogênio o parâmetro atômico de cada um dos carbonitretos 
tendem a um ligeiro decréscimo. 
 
 
 
O tempo de endurecimento máximo provocado pelos elementos Nb, V e Ti, é maior para o nióbio 
e menor para o titânio. 
O teor de nióbio é da ordem de 0,035 %, sendo o teor de titânio 2 a 3 vezes o teor de nióbio. 
Em condições de recozimento, a formação de carbonitretos de titânio é mais eficiente do 
que os carbonitretos de Nb e V, conforme observa-se na figura abaixo. 
 
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O nióbio é mais eficiente no refino de grão da ferrita do que o titânio e o vanádio, tanto no estado 
laminado como normalizado. Pequenos teores de nióbio já são suficientes para aumentar o limite de 
escoamento dos aços, enquanto que os teores de vanádio e titânio devem ser ~ 2 vezes maiores para 
provocar o mesmo efeito. 
 
 
A ação do nióbio dissolvido na solução sólida em relação à resistência mecânica é muita menor 
(em torno de ∆σ 2,0 = 10kgf/mm²) do que para o nióbio precipitado em carbonitretos (~∆σ 2,0 = 
28kgf/mm²). 
Na laminação controlada evita-se que a recristalização completa ocorra nos passes 
intermediários, deixando para o último passe esta transformação. Como o nióbio retarda a 
transformação γ→α, o mesmo tem grande eficiência na laminação controlada. 
A transformação dúctil-frágil é um importante fator a considerar no estudo dos aços 
mecroligados. Também aqui, o nióbio é mais eficiente no deslocamento das curvas de transformação 
dúctil frágil (temperatura de transição) para a esquerda. 
 
 
26 
 
 
 
5.4. Aços Bifásicos 
 
Aços compostos por estrutura ferrítica e 15 a 20% de martensita. A martensita proporciona 
melhora da resistência mecânica e ductilidade. 
Composição característica: C = 0,06/0,08%; Mn = 1,1%; Si = 1,0%; Mo = 0,4%; Cr = 0,4% e Al 
= 0,02% min. 
Apresenta alta taxa de encruamento, boas propriedades mecânicas (resistência) e ausência de 
ponto de escoamento, além de baixa relação σ 2,0 /σr up (0,5 a 0,6). 
Os valores típicos de propriedades mecânicas são: σ 2,0 = 400 a 500 MPa; σr = 600 a 800 MPa e 
Al = 25% min.. 
Tem como desvantagens o fato de somente poder ser obtido no processo de fabricação exigindo 
controle na laminação a quente e velocidade de resfriamento controlada (30 a 40ºC/s), o que provoca 
instabilidade de propriedades. 
 
5.5. Aços para Tubos 
 
Em fusão do seu processo de fabricação, os tubos podem ser classificados em: 
• Tubos interiços ou sem costura, fabricados a partir de tarugos cheios através de extensão, 
mandrilagem ou perfuração. Diâmetro máximo de 26” (660 mm). 
• Tubos soldados ou com costura, obtidos a partir de tiras de aço laminadas a quente as quais 
são dobradas na forma de um cilindro e as suas extremidades são soldadas. Diâmetro máximo 
de 30” (762 mm). 
 
Para aplicações mais comuns, o aço para tubo é o aço carbono baixo carbono (resistência a tração 
de 35 a 50 kgf/mm²) com teor de carbono de 0,10 a 0,25%, no caso de aplicações de maiores 
responsabilidades, usa-se o aço carbono médio carbono (0,30 / 0,50 %) com resistência a tração de 50 a 
60 kgf/mm². 
 
 
27 
Para aplicações a altas temperaturas onde deseja-se resistência à fluência, usa-se aço ligado com 
molibdênio. O mais usado é o 13Mo4. Quando se quer resistência a oxidação e a corrosão o elemento 
utilizado é o cromo com teores máximo de 9 %. 
 
Nos tubos utilizados em caldeiras deve-se ter baixos teores de carbono de forma a evitar a 
decomposição da cementita com conseqüente grafitização. Este fato pode levar ao rompimento do tubo 
devido à superposição dos efeitos da temperatura e da pressão. 
 
Freqüentemente os tubos são estirados a frio com os objetivos: 
a) Produzir paredes mais finas; 
b) Melhorar o acabamento superficial; 
c) Produzir diâmetros muito pequenos; 
d) Obter tolerâncias dimensionais mais rigorosas; 
e) Melhorar certas propriedades mecânicas, como a resistência à tração. 
 
5.6. Aços para Arames e Fios 
 
São normalmente utilizados na forma recozida devido à necessidade de se ter boa 
conformabilidade (arames galvanizados). Já os arames farpados que necessitam de alta resistência 
mecânica apresentam-se na forma encruada. 
Os fios para cabos de aço podem ser fabricados na forma encruada, patenteado ou 
temperado/revenido. A principal propriedade que se deve ter nos fios para cabos de aço é a tensão de 
escoamento ou limite elástico. 
O patenteamento é um tratamento que visa a obtenção de perlita fina ou bainita, estruturas estas 
que combinam alta resistência à tração com suficiente ductilidade, além de elevada tenacidade. 
Os problemas que podem surgir na operação de patenteamento são: 
� Temperatura de aquecimento insuficiente, não permitindo completa austenitização, resultando 
em diversidade de tamanho de grão que produz uma matriz heterogênea. O material torna-se 
quebradiço não permitindo redução acentuada de área na trefilação. 
� Temperatura de aquecimento elevada ou tempo de aquecimento muito longo causando queima 
do material que, por sua vez, implica em queda do alongamento do arame e crescimento 
exagerado dos grãos. 
� Temperatura do banho de chumbo muito baixa pode produzir uma estrutura bainítica de 
características inadequadas para trefilação intensa. 
� Tempo longo de transferência do material do forno ao banho de chumbo causa formação de 
perlita grossa na superfície e perlita fina no núcleo implicando em heterogeneidade no material. 
Os cabos de aço patenteados apresentam melhores resistência à fadiga e tenacidade permitindo 
um melhor enrolamento no tambor ou mesmo martelamento até ficarem achatados sem que apareçam 
fissuras. 
 
5.7. Aços para Molas 
 
As molas devem apresentar alto valores para limite de elasticidade, alto limite de fadiga e elevada 
resistência ao choque. 
Aços para molas apresentam teor de carbono de 0,50 a 1,20 %. As molas de menor solicitação 
podem ser produzidas com aços 1070, 1080 ou 1090; já para as aplicações mais críticas usa-se o SAE 
5160, 5150 ou 6150. 
Normalmente usa-se aços com maiores teores de manganês, resistência mecânica de 250 a 300MPa. 
A nucleação de trincas por fadiga pode ser originada pelo fenômeno de intrusão e extrusão que 
ocorre em grãos da superfície criando pontos favoráveis à propagação das trincas. Para tanto deve-se ter 
 
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uma superfície perfeita, isenta de irregularidades tais como descarbonetação superficial, marcas de 
ferramentas, riscos de matrizes de trefilação, pequenas fissuras, etc. 
 
5.8. Aços para Usinagem Fácil 
 
Usinabilidade é a propriedade que relaciona a facilidade de um metal ser cortado, de acordo com 
dimensões, forma e acabamento superficial requeridos comercialmente. 
Os dois fatores metalúrgicos que influenciam na usinabilidade são a dureza e a microestrutura. 
O efeito da microestrutura pode ser resumido da seguinte forma: 
� Aços com carbono muito baixo (< 0,20 %) apresentam melhor usinabilidade no estado 
encruado. 
� Aços com carbono entre 0,20 e 0,30 % são melhores usinados quando apresentam estruturas 
perlítica (d > 75 mm) ou normalizada (d < 75 mm). 
� Aços médio carbono (0,30 a 0,40 %) devem apresentar estrutura perlítica grosseira. 
� Aços de carbono entre 0,40 a 0,60 % são mais facilmente usinados quando apresentam 
estrutura perlita lamelar esferoidita grosseira. 
� Aços alto carbono ( > 0,60 %) devem apresentar estrutura esferoidizada. 
 
A introdução controlada de inclusões não metálicas ou metais moles (Pb e Bi) melhora 
apreciavelmente a usinabilidade dos aços. Estes aços são chamados aços de usinagem fácil. 
Pretende-se obter com os aços de usinagem fácil uma força de corte mais reduzida, porém, com 
boa velocidade de avanço e penetração, além de cavacos quebradiços. O desgaste das ferramentas 
também deve ser levado em conta. 
Normalmente, utiliza-se aços com baixos teores de carbono associado à adição de fósforo e 
enxofre. O fósforo atua como endurecedor da ferrita e o enxofre como formador de sulfetos de 
manganês, os quais são insolúveis no aço. As inclusões de Mn tornam o cavaco quebradiço e atuam 
como lubrificante, impedindo que o cavaco se adere à ferramenta e destrua o gume cortante. 
A adição de chumbo constitui outro meio de melhorar a usinabilidade dos aços baixo carbono, 
uma vez que o mesmo sendo insolúvel no aço forma uma fina dispersão de partículas. Devido à baixa 
temperatura de fusão do chumbo (260ºC), seu uso é limitado a baixa temperatura. 
Pode-se adicionar, ainda, selênio ou telúrio na faixa de 0,04 / 0,06 %. O tratamento térmico de 
normalização pode ser efetuado visando o refino da estrutura. 
 
5.9. Aços para Cementação 
 
O enriquecimento superficial de carbono nos aços, proporcionado pela cementação, visa produzir 
uma superfície de alta dureza e resistência ao desgaste, suportada por um núcleo tenaz. 
Dois fatores devem ser levados em conta para se escolher um aço para cementação: 
a) Meio de resfriamento - deve-se considerar forma e dimensões da peça ou distorções e 
empenamentos toleráveis. 
Quando as peças são de forma mais simples e apresentar seções apreciáveis ou quando a 
possibilidade de empenamento é menor, usa-se a água ou soluções aquosas como meio de 
resfriamento. O óleo é recomendável quando as peças apresentam seções complexas ou mais 
finas, as quais são mais susceptíveis ao empenamento. 
b) Tipo e grau de tensões - devem ser levados em conta a espessura e estrutura metalográfica da 
camada cementada, propriedades mecânicas do núcleo e característicos da zona de transição. 
Quando se visa em primeira lugar a resistência ao desgaste, deve-se ter uma camada cementada 
de espessura razoável e estrutura hipereutetóide. Quando o requisito for a tenacidade, a estrutura deve 
ser eutetóide ou ligeiramente hipoeutetóide. 
A presença de austenita retida na camada cementada pode produzir uma ação de amortecimento, 
o que diminui as tensões internas ou mesmo a formação de fissuras nas agulhas de martensita. 
 
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A produção de um núcleo mais tenaz tem menor importância em relação à produção de uma 
camada cementada muito dura e convenientemente suportada. 
O melhor suporte para a camada cementada é dado por uma zona de transição gradual e 
resistente, a qual é melhorada quanto maior for a temperabilidade do aço. 
Dentre os aços carbono para cementação são usado aqueles com conteúdo de carbono entre 0,10 
a 0,25 %, visando criar um gradiente de concentração entre a superfície do material e o meio 
carbonetante. Se a difusão for insuficiente favorecerá o lascamento da superfície. 
A adição de elementos de liga favorece a cementação tendo em vista a sua afinidade pelo 
carbono. 
Trabalha-se a altas temperaturas visando obter a austenita. Normalmente cementa-se apenas o 
flanco da engrenagem visando evitar geração de trincas de tração na têmpera. 
A espessura da camada cementada igual é 0,8 mm (1,0 mm máx.). A fadiga de rolamento é 
aumentada para camadas cementadas mais espessas. 
O tratamento térmico típico para cementação é apresentado no diagrama abaixo: 
 
 
1- Normalização para refino de grão. 
2- Cementação propriamente dita, seguida de resfriamento até a temperatura ambiente. 
3- Normalização para refino da núcleo. 
4- Normalização para refino da superfície. 
5- Têmpera para adquirir resistência. 
6- Revenimento a baixas temperaturas para alívio de tensões. Devido à baixa temperatura não se 
consegue um alívio de tensão eficiente. 
 
5.10. Aços para Nitretação 
 
Em relação a cementação, o tratamento de nitretação tem como vantagens ser efetuado a baixas 
temperaturas o que reduz as probabilidades de empenamento das peças apresentarem maior dureza a 
qual se mantém ao longo do tempo. Como desvantagem apresenta a necessidade de um tempo longo 
para a difusão do nitrogênio, provoca expansão volumétrica da superfície e não suporta grandes 
pressões subsuperficiais. 
Os aços para nitretação contém, além de teores relativamente elevados de carbono, os elementos 
alumínio, cromo, titânio, zircônio, molibdênio e vanádio que são formadores de nitretos. 
O conjunto de operações que normalmente se utiliza para efetuar a nitretação das peças são: 
� Recozimento ou normalização; 
� Têmpera em água ou óleo; 
� Revestimento, dependendo da dureza a ser obtida no núcleo; 
� Usinagem grosseira; 
� Usinagem final e retificação; 
� Nitretação. 
Devido às baixas temperaturas, praticamente não ocorrem problemas de empenamentos ou 
oxidação. 
 
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Os principais elementos de liga dos aços para nitretação conhecidos como "Nitralloy" são o 
cromo e o alumínio. Estes aços são os que apresentam a camada nitretada mais dura e o núcleo com 
resistência mecânica mais adequada. 
 
5.11. Aços para Ferramentas e Matrizes 
 
São as seguintes, as característicos fundamentais dos aços para ferramentas e matrizes: 
a) Dureza à temperatura ambiente. A dureza da ferramenta ou matriz deve ser superior à dureza 
da peça sobre a qual exerce sua força de corte, usinagem ou conformação. A dureza depende 
essencialmente do teor de carbono, exceção para os aços com elevados teores de elementos de liga. 
b) Resistência ao desgaste. A obtenção de resistência ao desgaste é um dos objetivos primordiais 
aos aços ferramenta, sendo por isto usado elementos formadores de carbonetos. 
c) Temperabilidade. É um requisito indispensável pois uma maior penetração de dureza garante 
perfeita uniformidade de resistência mecânica sem seções apreciáveis. A adição de cromo na faixa de 1 
a 4 % é feita com a finalidade de aumentar a temperabilidade. 
d) Tenacidade. Os aços ferramenta devem apresentar elevada tenacidade, ou seja, capacidade de 
absorver considerável quantidade de energia sem se romper. Tendo em vista o fato de se ter uma 
martensita com alto valor de tensões internas, torna-se necessário uma granulação fina para se conseguir 
a devida resistência ao impacto. 
e) Resistência mecânica. Uma elevada resistência mecânica bem como alto valores de limites 
elásticos e de escoamento são indispensáveis aos aços ferramenta, uma vez que os mesmos não podem 
apresentar falhas ou deformação permanente. 
f) Dureza a quente. Característico