MATERIAIS METÁLICOS

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DESCRIÇÃO
Apresentação das principais ligas ferrosas e não ferrosas, suas composições químicas, propriedades
mecânicas, físicas e químicas; entendimento da potencialização de algumas propriedades mecânicas e
principais aplicações dessas ligas nos diversos ramos da Engenharia.
PROPÓSITO
Caracterizar as ligas de ferros-carbono (aços e ferros fundidos) pela composição química e pelo
entendimento das propriedades associadas, e as principais ligas não ferrosas (alumínio, cobre e
magnésio), mostrando que propriedades se destacam em relação às ligas ferrosas, para demonstrar as
principais aplicações de cada liga estudada na Engenharia.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Categorizar os aços e aços-liga
MÓDULO 2
Listar os ferros fundidos
MÓDULO 3
Identificar as ligas metálicas
MÓDULO 4
Relacionar os materiais metálicos e as suas aplicações em Engenharia
INTRODUÇÃO
Materiais Metálicos
AVISO: orientações sobre unidades de medida.
MÓDULO 1
 Categorizar os aços e aços-liga
ORIENTAÇÕES SOBRE UNIDADES DE MEDIDA
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de
tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e
a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem
seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades.
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AÇOS E AÇOS-LIGA
LIGAS METÁLICAS E ENGENHARIA
A compreensão das ligas metálicas e de suas propriedades é fundamental para as diversas Engenharias,
dentre as quais a mecânica, a metalúrgica, a civil e a aeronáutica, visto que são os materiais mais
utilizados nelas. Em particular, as ligas ferrosas de Fe-C (ferro-carbono) apresentam especial interesse. Em
linhas gerais, existem os aços-carbono, os aços para ferramentas, os aços inoxidáveis e os aços-liga. Veja
na figura o exemplo de uma etapa da fabricação de um aço para a utilização em ferrovias.
 
Foto: Pixabay
 Figura 1 – Produção de aço.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E DIAGRAMA DE FASES
DO AÇO
Simplificadamente, a liga denominada aço é basicamente composta dos elementos ferro (Fe) e carbono
(C), em que o C varia, em peso, de 0,008% a 2,11%. Contudo, vários outros elementos estão presentes
nessa liga ferrosa com percentuais muito baixos (traços), tais como silício (Si), enxofre (S) e fósforo (P).
 SAIBA MAIS
Para alguns aços especiais, como o aço inoxidável, o níquel (Ni) e o cromo (Cr) estão presentes.
A figura a seguir apresenta o diagrama de fases para a liga ferro-carbono (Fe-C), onde as várias fases são
mostradas, para temperaturas e composições distintas.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 272
 Figura 2 – Diagrama de fases Fe-C.
Diferentes informações podem ser extraídas do diagrama.
ELEMENTOS PRESENTES
Estão presentes: a ferrita ( ), a austenita ( ) e a cementita (carbeto de ferro – ).
TEMPERATURA DE FUSÃO
A temperatura de 15380C é a temperatura de fusão do ferro puro.
SOLUBILIDADE DO C NO FE
A linha solvus (indicada pela seta azul) mostra que, a partir da temperatura ambiente, a solubilidade do C
no Fe ( ) é de aproximadamente 0,008%, aumentando até cerca de 0,022% quando a temperatura é de
7270C. Com um novo aumento de temperatura, a solubilidade no ferro ( ) volta a diminuir. O ponto em
destaque no diagrama de fases apresenta composição aproximadamente de 0,76% de C.
α γ Fe3C
α
α
REAÇÃO EUTETOIDE
Diminuindo-se gradualmente a temperatura, ocorre uma reação que transforma uma fase sólida (austenita -
) em duas outras fases sólidas (ferrita - e cementita - ). É a denominada reação eutetóide, sendo
a composição (0,76%p C) e a temperatura eutetoide de 7270C.
Veja a reação eutetoide esquematizada a seguir:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 ATENÇÃO
Note que no diagrama de fases do ferro-carbono (ponto em destaque), na Figura 2, também apresenta a
reação denominada eutética.
Assim, a transformação isotérmica de uma fase líquida em duas fases sólidas (e vice-versa):
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Hipoeutetoides
As transformações do aço com composições químicas abaixo da eutetoide são ditas hipoeutetoides.

Hipereutetoides
As ligas Fe-C com composições superiores a 0,76%p de C são denominadas hipereutetoides.
Agora será apresentada cada uma das três reações citadas, mostrando os constituintes formados durante
o resfriamento lento. Inicialmente, a reação eutetoide será avaliada.
Na figura seguinte, um resfriamento lento é feito seguindo a reta .
γ α Fe3C
γ (0,76%p C)↔ α (0,022%p C)+ Fe3C (6,7%p C)
Líquido  ↔  γ +  Fe3C 
 x _ x’
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 272
 Figura 3 – Diagrama de fases Fe-C (eutetoide).
Para a composição eutetoide (0,76%p C), a partir da reta ocorrerá o resfriamento lento e gradual.
Dois pontos são destacados: e .
Ponto 
No ponto , a liga é formada inteiramente pela austenita (γ).

Ponto 
Ao atravessar a temperatura eutetoide de 7270C (ponto ), ocorre a transformação em lamelas compostas
pela ferrita ( ) e (cementita) , denominada perlita.
A figura a seguir mostra uma fotomicrografia (470 vezes de aumento) de um aço eutetoide.
Observe as lamelas da perlita.
x _ x’
a b
a
a
b
b
α Fe3C
 
Imagem: CALLISTER, W.D., RETHWISCH, D.G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. 8a
ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016, p. 275.
 Figura 4 – Fotomicrografia de aço eutetoide.
A mesma análise feita para as ligas Fe-C eutetoides será apresentada para as ligas hipoeutetoides, a partir
do diagrama de fases da figura 5.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 276.
 Figura 5 – Diagrama de fases Fe-C (hipoeutetoide).
Para a composição hipoeutetoide (menor que 0,76%p C), a partir da reta será realizada uma
análise considerando-se um resfriamento lento e gradual. Alguns pontos são destacados: , , e .
 y _ y’
c d e f
1
O ponto apresenta apenas a austenita ( ).
Ao atravessar a linha (ver gráfico), inicia-se a formação da ferrita proeutetoide , numa matriz de
austenita.
2
3
Os pontos e representam a reação.
Note que no ponto , mais próximo da temperatura eutetoide, há maior quantidade de ferrita.
4
5
Por fim, ao atingir a região abaixo da temperatura eutetoide, há a formação das lamelas da perlita junto à
ferrita.
A figura seguinte mostra uma fotomicrografia (635 vezes de aumento) de um aço hipoeutetoide (0,38%p
C). Perceba as áreas claras (ferritas proeutetoides) e as regiões lamelares (perlita).
c γ
OM α
c d
e
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 342.
 Figura 6 – Fotomicrografia de aço hipoeutetoide (0,38%p C).
CEMENTITA
A cementita (carbeto de ferro) apresenta comportamento frágil, alta dureza e baixa ductilidade.
FERRITA
A ferrita é macia, tenaz e ferromagnética.
AUSTENITA
A austenita possui boa resistência mecânica, tenaz e não é ferromagnética.
MARTENSITA
A martensita é um microconstituinte que ocorre para resfriamento bruscos (fora do equilíbrio e sem tempo
para a difusão) a partir da austenita.
Observe agora a forma típica da martensita: acicular (agulhas).
 
Imagem: COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4a Ed. São Paulo, SP. Edgard
Blucher, 2008. P. 193
 Figura 7 – Martensita em aço.
Veja o diagrama de fases binário do Fe-C. Será feita uma análise dos aços hipereutetoides (composição de
C, em peso, na faixa de 0,76% a 2,11%).
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 278.
 Figura 8 – Diagrama de fases Fe-C (hipereutetoide).
É possível fazer algumas inferências do diagrama de fases dessa figura.
1
Tomando-se a linha vertical e admitindo-se a concentração de carbono de 1,1%p, será feito um
resfriamento lento e gradual a partir da região austenítica do diagrama.
O ponto em destaque apresenta apenas a austenita (γ).
2
3
Continuando o resfriamento, chega-se ao ponto , onde a matriz continua a ser a austenita nucleada por
cementita proeutetoide , que vaiaumentando com a diminuição da temperatura.
Ao cruzar a temperatura eutetoide, a austenita transforma-se em perlita (ponto ).
4
A figura a seguir mostra a fotomicrografia de um aço hipereutetoide com 1,4%p C.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 276.
 Figura 9 – Fotomicrografia de aço hipereutetoide (1,4%p C).
z _ z’
g
h
(Fe3C)
i
 DICA
A regra da alavanca pode ser aplicada ao diagrama de fases Fe-C.
A tabela a seguir relaciona algumas propriedades mecânicas do aço em função do percentual de carbono
(C) presente na liga ferrosa.
Carbono
Limite de
escoamento
Limite de
resistência à
tração Alongamento
em 2”%
Estricção
%
Dureza
brinell
MPa MPa
0,01 12,5 125 28,5 275 47 71 90
0,20 25,0 250 41,5 405 37 64 115
0,40 31,0 300 52,5 515 30 48 145
0,60 35,0 340 67,0 660 23 33 190
0,80 36,5 355 80,5 785 15 22 220
1,00 36,5 355 75,5 745 22 26 195
1,20 36,0 350 71,5 705 24 39 200
1,40 35,0 340 69,5 685 19 25 215
kgf/mm2 kgf/mm2
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Tabela 1 – Relação entre propriedades mecânicas dos aços e o percentual de C.
Extraída de Van Vlack, 2000, p. 34.
 RESUMINDO
O percentual de aço influencia diretamente no limite de resistência à tração, e na dureza. De maneira
inversa a ductilidade diminui com o aumento do carbono no aço.
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
A nomenclatura dos aços é uma sequência de algarismos, sendo a American Iron from Steel Institute
(AISI), a Society of Automotive Engineers (SAE) e American Society for Testing (ASTM) as principais
sociedades que classificam e denominam tais aços.
AÇOS-CARBONO COMUNS
Os principais elementos presentes no aço-carbono são o ferro e o carbono, e outros elementos são os
residuais, com concentrações mínimas (traços).
 SAIBA MAIS
Alguns autores fazem referência à dureza do aço, nomeando-os de aços doces, aços meio-duros e aços
duros.
Sua nomenclatura é 10XX, sendo XX o percentual de carbono multiplicado por 100.
 EXEMPLO
Um aço-carbono com 0,40%p C tem nomenclatura SAE 1040.
Os aços-carbono são divididos em baixo teor de carbono, médio teor de carbono e alto teor de carbono.
Veja cada um deles:
AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO
Apresentam, em média, um valor máximo de 0,25%p C. Possuem resistência e dureza baixas e ductilidade
e tenacidade altas. Não respondem bem ao tratamento térmico para a formação da martensita (aumento da
resistência). Em geral, o aumento da resistência mecânica é conseguido com deformação a frio. Exemplo:
aços AISI 1010, ASTM 1020 etc.
AÇOS COM MÉDIO TEOR DE CARBONO
Apresentam, em média, concentração de carbono, em peso, na faixa de 0,25% a 0,60%. Respondem bem
aos tratamentos térmicos para a melhora de suas propriedades mecânicas. Exemplo: aços AISI 1040 e
AISI 4340. Este último apresenta alguns elementos de ligas:
Cromo (Cr) – 0,70 % a 0,90 %
Níquel (Ni) – 1,65% a 2,00 %
Molibdênio (Mo) – 0,20% a 0,30%
Manganês (Mn) – 0,60% a 0,80%
Carbono (C) – 0,37% a 0,43%
A presença de alguns elementos de liga pode tornar os aços mecanicamente mais resistentes do que os
aços de baixo teor de carbono, porém diminuindo a ductilidade/tenacidade.
AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO
Apresentam a composição percentual do carbono dentro da faixa 0,60 a 1,40. Em termos de propriedades
mecânicas, são os mais resistentes e mais duros, porém os menos dúcteis em relação aos aços-carbono.
Quando adicionados alguns elementos de liga (V, Cr e W), são utilizados com aços ferramenta devido à
formação de carbetos metálicos que são extremamente duros.
AÇOS-LIGA
São ligas de ferro e carbono que apresentam outros elementos de liga que melhoram suas propriedades,
como a resistência à corrosão, a resistência ao impacto, a ductilidade etc. Entre os principais elementos de
liga, tem-se o cromo (Cr), o níquel (Ni), o vanádio (V), o molibdênio (Mo) etc.
Os aços-liga costumam ser nomeados de acordo com o elemento de liga predominante, por exemplo, aço-
manganês, aço-níquel, aço-cromo, aço-cromo-vanádio etc.
AÇOS INOXIDÁVEIS
São ligas compostas de ferro, carbono e cromo (percentual mínimo em torno de 11%) cuja característica
mais conhecida é a de resistir a ambientes corrosivos, sem sofrer oxidação/corrosão.
A presença do elemento de liga cromo (Cr) promove uma camada, denominada passivadora, que
apresenta grande resistência à oxidação. Funciona como uma barreira ao , presente na atmosfera.
Outros elementos de liga podem estar presentes, como níquel (Ni), molibdênio (Mo), alumínio (Al), silício
(Si) que potencializam algumas propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis.
 SAIBA MAIS
O alumínio e o silício aumentam a resistência à oxidação em ambientes a altas temperaturas. O cobre e o
molibdênio aumentam a resistência à corrosão quando o ambiente externo é líquido.
A figura abaixo ilustra o aço inoxidável em uma planta química.
 
Foto: Pixabay
 Figura 10 – Aço inoxidável – aplicação industrial
Em linhas gerais, os aços inoxidáveis podem ser classificados como:
O2
FERRÍTICOS
Aços em que o níquel (Ni) pode ultrapassar 25%p, e o carbono (C) chegar até 0,20%C. São exemplos os
aços da série AISI 400 (405, 409, 430 etc.). Eles são ferromagnéticos e têm sua resistência mecânica
aumentada por deformação a frio por não serem tratáveis termicamente.
AUSTENÍTICOS
Os elementos de liga são Fe, C, Ni e Cr. Apresentam cerca de 18% de Cr e 8% de Ni (que potencializa a
resistência à oxidação). Não são ferromagnéticos e têm sua resistência mecânica aumentada por
deformação plástica. Exemplos típicos são os da série AISI 300: 304 (indústria de criogênicos), 304L, 316
(indústria química), 316L etc.
MARTENSÍTICOS
Podem ser tratados termicamente e a sua estrutura é a da martensita, o que o caracteriza como um aço de
alta dureza. São ferromagnéticos e apresentam, em média, composição em peso de Cr entre 12% e 17% e
0,1 a 0,5% de carbono (em certos casos, até 1% de carbono). Em relação à soldabilidade, é pior que os
outros aços inoxidáveis. São exemplos os da série AISI 400 (414, 416 e 420).
 ATENÇÃO
Os aços inoxidáveis duplex apresentam as microestruturas ferrítica e austenítica.
 SAIBA MAIS
Aços maraging
É uma classe de aço martensítico de ultrarresistência, de baixo carbono, altamente ligado, em que o
endurecimento ocorre por meio de tratamento térmico de envelhecimento (precipitação de compostos
intermetálicos). Apresenta-se classificado nas séries 200, 250, 300 etc. Em média, a sua composição
química é:
Níquel (Ni) - de 13 a 18%
Molibdênio (Mo) - de 3 a 5%
Cobalto (Co) - 8,5 a 12,5 %
Titânio (Ti) - 0,2 a 1,6%
Alumínio (Al) - 0,1%
A alta resistência dessa classe de aços deve-se à presença da martensita e do envelhecimento (formação
de compostos intermetálicos). Além disso, apresentam propriedades magnéticas e alta tenacidade. Suas
principais aplicações estão nas indústrias aeronáutica, aeroespacial, metalmecânica etc.).
Cada elemento de liga potencializa uma ou mais propriedades do aço:
 EXEMPLO
O cromo aumenta a resistência à corrosão.
O tungstênio forma carbetos muito duros, aumentando a dureza.
O vanádio também forma carbetos, tornando o aço mais resistente à fadiga.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1) A LIGA FE-C É A MAIS UTILIZADA EM ENGENHARIA, TANTO NOS AÇOS-CARBONO
COMUNS COMO NOS AÇOS-LIGA. O AÇO INOXIDÁVEL TEM COMO CARACTERÍSTICA
PRINCIPAL A ALTA RESISTÊNCIA A AMBIENTES CORROSIVOS. SÃO CLASSIFICADOS
COMO FERRÍTICOS, MARTENSÍTICOS E AUSTENÍTICOS. O ELEMENTO DE LIGA
PREDOMINANTE É O CROMO (CR). QUANTO ÀS PROPRIEDADES MAGNÉTICAS, INDIQUE
A ALTERNATIVA CORRETA:
A) Austenítico (ferromagnético) – ferrítico (ferromagnético) – martensítico (ferromagnético)
B) Austenítico (ferromagnético) – ferrítico (não ferromagnético) – martensítico (ferromagnético)
C) Austenítico (ferromagnético) – ferrítico (ferromagnético) – martensítico (não ferromagnético)
D) Austenítico (não ferromagnético) – ferrítico (ferromagnético) – martensítico (ferromagnético)
E) Austenítico (não ferromagnético) – ferrítico(ferromagnético) – martensítico (não ferromagnético)
2) AS LIGAS FERROSAS (AÇO E FERRO FUNDIDO) SÃO AS MAIS UTILIZADAS NA
ENGENHARIA. A MICROESTRUTURA DO AÇO REVELA MUITO SOBRE SUAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS. UMA POSSÍVEL CLASSIFICAÇÃO PARA OS AÇOS É A
PARTIR DA COMPOSIÇÃO DENOMINADA EUTETOIDE (0,77%P DE C). SOBRE OS AÇOS,
SÃO FEITAS AS SEGUINTES AFIRMATIVAS:
I – AÇOS HIPOEUTETOIDES APRESENTAM EM SUA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
PERCENTUAL DE CARBONO MENOR QUE 0,76 E, SOB RESFRIAMENTO LENTO, FORMAM
A CEMENTITA E A PERLITA.
II – NA REAÇÃO EUTETOIDE, SOB RESFRIAMENTO LENTO, A FASE GAMA DO AÇO
TRANSFORMA-SE EM DUAS FASES SÓLIDAS (ALFA E CEMENTITA), OU SEJA, 
 + 
III – A FOTOMICROGRAFIA DE UM AÇO EUTETOIDE, SOB CONDIÇÕES ADEQUADAS DE
RESFRIAMENTO, APRESENTA-SE EM FORMA LAMELAR, DENOMINADA PERLITA.
SÃO CORRETAS AS AFIRMATIVAS:
A) Apenas a afirmativa II.
B) Apenas a afirmativa III.
C) Apenas a afirmativa I e II.
D) Apenas as afirmativas I e III.
E) Apenas as afirmativas II e III.
GABARITO
1) A liga Fe-C é a mais utilizada em Engenharia, tanto nos aços-carbono comuns como nos
aços-liga. O aço inoxidável tem como característica principal a alta resistência a ambientes
corrosivos. São classificados como ferríticos, martensíticos e austeníticos. O elemento de
liga predominante é o cromo (Cr). Quanto às propriedades magnéticas, indique a
alternativa correta:
γ (0,76%p C) ↔ α (0,022%p C) Fe3C (6,7%p C)
A alternativa "D " está correta.
Em função da microestrutura do aço inoxidável (rico no elemento de liga Cr), ele pode apresentar
propriedades magnéticas ou não. O aço inoxidável austenítico não é ferromagnético, enquanto os aços
ferríticos e martensíticos apresentam propriedades magnéticas.
2) As ligas ferrosas (aço e ferro fundido) são as mais utilizadas na Engenharia. A
microestrutura do aço revela muito sobre suas propriedades mecânicas. Uma possível
classificação para os aços é a partir da composição denominada eutetoide (0,77%p de C).
Sobre os aços, são feitas as seguintes afirmativas:
I – Aços hipoeutetoides apresentam em sua composição química percentual de carbono
menor que 0,76 e, sob resfriamento lento, formam a cementita e a perlita.
II – Na reação eutetoide, sob resfriamento lento, a fase gama do aço transforma-se em
duas fases sólidas (alfa e cementita), ou seja, + 
III – A fotomicrografia de um aço eutetoide, sob condições adequadas de resfriamento,
apresenta-se em forma lamelar, denominada perlita.
São corretas as afirmativas:
A alternativa "E " está correta.
Os aços são ligas ferrosas que contêm carbono na faixa de 0,008% a 2,11%. Aços com percentual de
carbono igual a 0,76 (ou 0,77 para alguns autores) são denominados eutetoides. Quando o percentual é
menor, são denominados hipoeutetoides. Os aços em que a presença do carbono, em peso, é maior que
0,76% são chamados hipereutetoides. Na composição eutetoide, a 7270C, ocorre a reação 
. Aços hipoeutetoides apresentam ferrita e perlita, eutetoides perlita e hipereutetoides
cementita e perlita.
MÓDULO 2
 Listar os ferros fundidos
γ (0,76%p C) ↔ α (0,022%p C)
Fe3C (6,7%p C)
γ  →  α  +  Fe3C
FERROS FUNDIDOS
FERROS FUNDIDOS E ENGENHARIA
Além dos aços, os ferros fundidos apresentam grande utilidade na Engenharia. São ligas com grande
facilidade de serem fundidas, e a adição de alguns elementos de liga potencializa as propriedades
mecânicas, por exemplo, o ferro fundido nodular, que, com a adição de magnésio, aumenta sua ductilidade.
Além disso, são muito utilizados em tubulações de água.
 COMENTÁRIO
Neste módulo, outros tipos de ferros fundidos serão apesentados e suas respectivas características.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E DIAGRAMA DE FASES
DO FERRO
Diferentemente dos aços, os ferros fundidos apresentam teor percentual de carbono (C) bem mais elevado.
As ligas de ferro-carbono com teor de carbono em peso superior a 2,11 % (alguns autores adotam 2,14%)
são denominadas de ferros fundidos.
 SAIBA MAIS
Alguns elementos residuais presentes nos ferros fundidos são o silício (Si), o enxofre (S), o fósforo (P) e o
manganês (Mn).
De acordo com Chiaverini (1979), face à influência do silício (Si) no ferro fundido e principalmente sob o
ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro fundido pode ser considerado uma liga ternária Fe - C
– Si, uma vez que o silício, em regra, apresenta percentual acima do percentual do carbono. Em virtude da
importância do Si na composição das microestruturas do ferro fundido, existe o conceito de carbono
equivalente (C.E.), que é dado por:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Conforme Callister e Rethwisch (2016), o carbeto de ferro ou cementita é um composto
metaestável que, sob determinadas condições (temperatura e presença do silício) decompõe-se em ferrita
(ferro ) e grafita ( ). Observe a reação de decomposição:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A figura a seguir mostra o diagrama de fases do ferro-carbono para os ferros fundidos. Observe a presença
da grafita em substituição à cementita (como aparece no diagrama de fases dos aços).
C.E.   = %C +   (%Si)13
(Fe3C) 
α C
Fe3C  → 3.Fe(α)+C (grafita)
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 276.
 Figura 11 – Diagrama de fases para o ferro-carbono.
A partir do diagrama de fases da figura anterior e de maneira similar à análise para os aços, é possível
perceber a reação eutética (líquido transformando-se isotermicamente em duas fases sólidas), cujo ferro
com essa composição (cerca de 4,2%p C) é denominado ferro fundido eutético.
Hipoeutéticos
Os ferros fundidos com composição inferior à eutética são os hipoeutéticos.

Hipereutéticos
Quando o percentual de carbono é superior à composição eutética, são denominados hipereutéticos.
TIPOS DE FERRO FUNDIDO
Na maioria dos ferros fundidos, o carbono não está na forma de cementita , mas sim como grafita.
A microestrutura formada nos ferros fundidos e as suas principais propriedades mecânicas são função da
composição e de tratamentos térmicos realizados na peça final. Neste ponto, serão apresentados os
principais ferros fundidos, suas composições e propriedades.
(Fe3C)
FERRO FUNDIDO CINZENTO
Grande parte dos ferros fundidos cinzentos apresenta percentual de silício, em peso, na faixa média de 1 a
3%.
 RELEMBRANDO
Como já visto, o silício é um dos catalisadores que aceleram a decomposição da cementita em grafita, e a
nomenclatura cinzento decorre do fato de que a superfície de fratura tem uma cor acinzentada.
Normalmente, as grafitas apresentam-se na forma de flocos dispersos numa matriz de ferrita ou de perlita.
A maior porção do carbono livre (grafita) encontra-se nas lamelas, enquanto o carbono aprisionado está na
forma de carbetos (cementita).
A figura abaixo representa a microestrutura de um ferro fundido cinzento.
 
Imagem: Chiaverini, 1979, p. 480.
 Figura 12 – Ferro fundido cinzento com aumento de 100 X.
A figura acima mostra os veios de grafita, que, por apresentarem formas pontiagudas, acabam funcionando
como concentradores de tensão quando uma peça de ferro fundido cinzento está sob tração. Dessa forma,
apresentam baixa resistência mecânica. A presença dos veios de grafita tornam os ferros fundidos
cinzentos excelentes para absorção de vibrações. Assim, sistemas mecânicos com vibrações podem tê-las
amortecidas, construindo-se suas bases de ferro fundido cinzento. Além das características já citadas, é
possível elencar a boa usinabilidade e a ótima resistência ao desgaste, além de boas fusibilidade e
moldagem.
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a nomenclatura para o ferro cinzento
é FCXX, sendo o FC uma referência às iniciais do nome, e XX o limite mínimo de resistência à tração, em 
. Exemplo é o FC25.
FERRO FUNDIDO NODULAR OU DÚCTIL
O ferro fundido nodular tem como característica microestrutural a presença de grafita na forma nodular.
Essa forma é alcançada com a adição depequena quantidade de magnésio/cério ao ferro fundido cinzento.
A grafita na forma nodular não funciona como um concentrador de tensões como ocorre nos veios de
grafita, do ferro fundido cinzento. Assim, duas propriedades se sobressaem: a ductilidade e a resistência,
bem superiores aos dos ferros fundidos cinzentos.
A figura a seguir apresenta uma fotomicrografia típica de um ferro fundido nodular, com os nódulos de
grafita em uma matriz ferrítica (ferro ).
 
Imagem: CALLISTER e RETHWISCH, 2016, p. 276.
 Figura 13 – Micrografia do ferro fundido nodular. Aumento de 200 X.
As propriedades mecânicas dos ferros fundidos nodulares podem sofrer grande variações, sem a
necessidade de adicionar elementos de liga.
 EXEMPLO
Tratamentos térmicos simples podem alterar significativamente a tensão de escoamento.
kgf
mm2
α
A figura abaixo mostra um gráfico esquemático de tensão versus deformação, evidenciando o aumento da
tensão de escoamento em virtude do tratamento térmico.
 
Imagem: Chiaverini, 1979, p. 548.
 Figura 14 – Aumento da tensão de escoamento de ferro nodular com o tratamento térmico.
CURVA 1
Na curva de número 1, o ferro fundido nodular apresenta o tratamento térmico denominado recozimento.
CURVA 5
Na curva de número 5, o ferro nodular sofreu o tratamento de têmpera em óleo, sem revenido posterior.
É fácil inferir pela figura 14 o aumento da tensão de escoamento devido a tratamentos térmicos realizados
no ferro fundido nodular.
FERRO FUNDIDO BRANCO
Essa classe de ferro fundido apresenta uma quantidade de silício menor do que a encontrada no ferro
fundido cinzento, em média 1,0%p Si. Sendo esse elemento de liga o catalisador da decomposição do
carbeto de ferro (cementita) em ferrita e grafita, o ferro fundido branco apresenta alto teor de cementita.
Além da quantidade pequena de silício, o resfriamento brusco é outro fator que mantém o carbono
aprisionado na forma de carbeto. A superfície de fratura do ferro fundido branco, pela reduzida quantidade
de grafita, apresenta aspecto claro que dá origem a sua denominação. A figura a seguir apresenta uma
fotomicrografia de um ferro fundido branco típico.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 276.
 Figura 15 – Micrografia do ferro fundido branco. Aumento de 400 X.
A partir da análise da figura 15, é possível perceber que as regiões claras são cementitas envolvidas pelas
lamelas de perlita (ferrita e cementita).
Em função da grande presença do carbeto de ferro (cementita), o ferro fundido branco apresenta
dureza elevada e aplicabilidade em peças que necessitam de alta resistência à abrasão. Exemplo típico de
aplicação: nos trens de laminação, nos cilindros laminadores. Em contrapartida, tem baixa usinabilidade e
baixa ductilidade.
O ferro fundido branco dá origem ao denominado ferro fundido maleável, e o tratamento térmico é
denominado maleabilização, que, em linhas gerais, consiste no aquecimento do ferro fundido branco à
temperatura na faixa de 7000C durante algumas horas. Nessas condições, ocorre a decomposição da
cementita em grafita (rosetas) e, assim, alcança-se o ferro fundido maleável com matriz ferrítica ou perlítica
com aglomerados de grafita.
Observe na figura abaixo a fotomicrografia de um ferro fundido maleável com matriz ferrítica.
(Fe3C)
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 342.
 Figura 16 – Micrografia do ferro fundido maleável. Aumento de 150 X.
Em termos de propriedades mecânicas, os ferros fundidos maleáveis apresentam boa ductibilidade,
usinabilidade e resistência à corrosão.
A partir da composição dos ferros fundidos comerciais, a Figura 17 resume as várias classes de ferros
fundidos que podem ser formados a partir da solidificação.
 ATENÇÃO
Note que a velocidade do resfriamento influencia no produto final, sendo que a adição de magnésio ou
cério gera o ferro fundido nodular ou dúctil.
Por fim, a partir do ferro fundido branco, por meio do processo de maleabilização, é possível chegar-se ao
ferro fundido maleável.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 342.
 Figura 17 – Ferros fundidos e suas variações.
FERRO FUNDIDO VERMICULAR (DE GRAFITA
COMPACTADA)
Essa classe de ferro fundido apresenta uma quantidade de silício na faixa de 1,7%p a 3,0%p. O carbono
encontra-se na forma de grafita, assim como ocorre com os ferros fundidos cinzento, nodular e maleável.
Conforme Chiaverini, os ferros fundidos de grafita compactada apresentam características intermediárias
entre as dos ferros fundidos cinzentos e as dos ferros nodulares.
Entre as propriedades que se destacam nessa classe de ferro fundido, tem-se:
Condutividade térmica
Resistência a choques térmicos
Resistência à oxidação em altas temperaturas
Na figura 18, tem-se a micrografia de um ferro vermicular com matriz ferrítica.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 342.
 Figura 18 – Micrografia do ferro fundido vermicular. Aumento de 100 X.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1) A LIGA FERROSA DENOMINADA FERRO FUNDIDO APRESENTA ALGUMAS
IMPORTANTES VARIEDADES, COMO OS FERROS FUNDIDOS CINZENTO E BRANCO.
PARTINDO-SE DE UMA FAIXA COMERCIAL DE CARBONO (PARA O FERRO FUNDIDO), O
RESFRIAMENTO PODE LEVAR A PRODUTOS DISTINTOS, PORTANTO COM
CARACTERÍSTICAS E APLICABILIDADES DIFERENTES. A RESPEITO DO RESFRIAMENTO
E DA ESTRUTURA DO PRODUTO OBTIDO, SÃO FEITAS AS SEGUINTES AFIRMATIVAS:
I – QUANDO O RESFRIAMENTO É RÁPIDO, ORIGINA-SE FERRO FUNDIDO BRANCO, RICO
EM GRAFITA;
II – QUANDO O RESFRIAMENTO É MODERADO, O FERRO FUNDIDO FORMADO É O
CINZENTO, COM MATRIZ PERLÍTICA;
III – QUANDO O RESFRIAMENTO É LENTO, O FERRO FUNDIDO FORMADO É O CINZENTO,
COM MATRIZ FERRÍTICA;
SÃO CORRETAS AS AFIRMATIVAS:
A) Apenas a afirmativa I.
B) Apenas a afirmativa III.
C) Apenas a afirmativa I e II.
D) Apenas as afirmativas II e III.
E) Apenas as afirmativas I e III.
2) NO LABORATÓRIO DE MATERIAIS DE UM CENTRO DE PESQUISAS, UM ESTAGIÁRIO
RECEBEU UMA AMOSTRA DE FERRO FUNDIDO PARA IDENTIFICAÇÃO. INICIALMENTE,
FEZ UM CORPO DE PROVAS E O PREPAROU PARA OBSERVAÇÃO NO MICROSCÓPIO
ÓPTICO. APÓS O LIXAMENTO E O POLIMENTO, FEZ O ATAQUE QUÍMICO E LEVOU A
AMOSTRA AO MICROSCÓPIO. A FOTOMICROGRAFIA É APRESENTADA A SEGUIR.
A PARTIR DA MICROGRAFIA, O ESTUDANTE IDENTIFICOU CORRETAMENTE O FERRO
FUNDIDO QUE ESTÁ INDICADO COMO:
A) Ferro fundido branco, com grafitas em nódulos.
B) Ferro fundido nodular, com grafitas em nódulos.
C) Ferro fundido cinzento, com grafitas em nódulos.
D) Ferro fundido nodular, com a cementita em nódulos.
E) Ferro fundido cinzento, com a cementita em nódulos.
GABARITO
1) A liga ferrosa denominada ferro fundido apresenta algumas importantes variedades,
como os ferros fundidos cinzento e branco. Partindo-se de uma faixa comercial de
carbono (para o ferro fundido), o resfriamento pode levar a produtos distintos, portanto
com características e aplicabilidades diferentes. A respeito do resfriamento e da estrutura
do produto obtido, são feitas as seguintes afirmativas:
I – Quando o resfriamento é rápido, origina-se ferro fundido branco, rico em grafita;
II – Quando o resfriamento é moderado, o ferro fundido formado é o cinzento, com matriz
perlítica;
III – Quando o resfriamento é lento, o ferro fundido formado é o cinzento, com matriz
ferrítica;
São corretas as afirmativas:
A alternativa "D " está correta.
A velocidade de resfriamento é um dos fatores que determina o tipo de ferro fundido, sendo o outro fator, a
presença do silício. Para velocidades rápidas de resfriamento, há a formação do ferro fundido branco, rico
em cementita (carbeto de ferro). Para resfriamentos realizados a taxas moderadas, o ferro fundido formado
é o cinzento, com matriz perlítica e a presença de grafita. Para resfriamento lento, o ferro fundido cinzento
apresenta matriz ferrítica, e grafitas em veios.
2) No laboratório de materiais de um centro de pesquisas, um estagiário recebeu uma
amostra de ferro fundido para identificação. Inicialmente, fez um corpo de provas e o
preparou para observação no microscópioóptico. Após o lixamento e o polimento, fez o
ataque químico e levou a amostra ao microscópio. A fotomicrografia é apresentada a
seguir.
A partir da micrografia, o estudante identificou corretamente o ferro fundido que está
indicado como:
A alternativa "B " está correta.
Na fabricação do ferro fundido nodular ou dúctil, há a adição de pequenas quantidades de magnésio ou
cério, que proporcionam a “esferoidização” das grafitas, o que torna a ductilidade do ferro fundido
aumentada. É o denominado ferro fundido nodular ou dúctil.
MÓDULO 3
 Identificar as ligas metálicas
LIGAS METÁLICAS
LIGAS METÁLICAS E ENGENHARIA
Na Engenharia, uma grande parte dos materiais utilizados em estruturas, peças, máquinas etc. é de origem
metálica.
 COMENTÁRIO
Nos módulos anteriores, foram exploradas as ligas ferrosas (aços e ferros fundidos). Neste módulo, as
principais ligas metálicas não ferrosas serão apresentadas, elencando-se suas propriedades e suas
aplicações.
A figura a seguir mostra as aplicações nas indústrias aeronáutica e elétrica. Faz uso dessas ligas
principalmente por características não presentes nas ligas ferrosas.
Exemplos emblemáticos são:
 
Foto: Shutterstock.com
LIGAS DE ALUMÍNIO
A grande aplicabilidade na indústria aeronáutica das ligas de alumínio, em virtude do baixo peso específico
do alumínio (Al).
 
Foto: Shutterstock.com
LIGAS DE COBRE
A vasta utilização em indústrias eletroeletrônicas das ligas de cobre, devido à sua alta condutibilidade
elétrica.
 Figura 19 – Aplicações de ligas de alumínio e cobre.
ALUMÍNIO E SUAS LIGAS
O alumínio, principal elemento das ligas de alumínio, é o metal mais abundante na crosta terrestre, e a sua
produção ocorre a partir do minério denominado bauxita. Apresenta massa específica baixa , o
que é um dos grandes atrativos para a sua utilização na Engenharia. Mas, em oposição, seu baixo ponto
de fusão (6600C) é um fator limitante ao seu uso.
Dentre as propriedades mais importantes das ligas de alumínio destacam-se as condutividades térmica e
elétrica elevadas, a alta ductilidade e a elevada resistência à corrosão que ocorre por um processo natural
(passivação) em que uma camada superficial (na ordem de algumas dezenas de angstrons) surge a partir
da oxidação do alumínio, e por ser impermeável ao oxigênio, funciona como uma barreira natural ao
processo corrosivo.
A figura a seguir mostra o alumínio com uma camada superficial de óxido de alumínio (passivação).
 
Imagem: Julio Cesar José Rodrigues Junior
 Figura 20 – Processo de passivação do alumínio (Al).
As ligas de alumínio não apresentam elevada resistência mecânica, mas por meio de trabalho a frio ou
adição de elementos de liga, a resistência mecânica pode ser elevada e, pela baixa densidade, a
resistência mecânica específica é bastante alta, o que torna as ligas de alumínio muito utilizadas na
aviação.
De acordo com Callister e Rethwisch (2016), o aumento da resistência mecânica do alumínio por trabalho a
frio e pela formação de ligas (cobre, magnésio, silício, manganês e zinco) diminui a resistência à corrosão.
As ligas de alumínio podem ser divididas em tratáveis ou não tratáveis termicamente:
(2,7  )g
cm3
Ligas não tratáveis termicamente
São ligas nas quais não é possível o tratamento térmico, elas apresentam uma única fase e o
endurecimento ocorre por meio de solução sólida (inserção de elementos químicos diferentes da matriz).

Ligas tratáveis termicamente
São ligas nas quais é possível o tratamento térmico (pela adição de alguns elementos de liga), elas têm a
sua temperatura elevada para a solubilização completa (uma única fase). Depois, um resfriamento ocorre
rapidamente (têmpera em água) com posterior elevação de temperatura (na região bifásica) mantida
durante algumas horas (envelhecimento), ocorrendo, assim, a precipitação de compostos intermediários,
por exemplo, , que proporcionam o endurecimento da liga.
 EXEMPLO
A liga de alumínio 7075-T6, com ampla utilização na indústria aeronáutica, é um exemplo clássico.
A tabela apresenta algumas ligas de alumínios, suas principais características e aplicações.
Liga Características Aplicações
Alumínio-cobre
Excelente usinabilidade, baixa
resistência à corrosão e à oxidação,
baixa soldabilidade.
Peças que exijam boa
resistência mecânica,
equipamentos que devem
suportar temperaturas em
torno de 1500C.
Alumínio-silício
Elevada resistência à corrosão,
fragilidade, boa fluidez para a
fundição.
Fabricação de peças
fundidas, como pistões para
motores de automóveis,
metais de adição para
soldagem.
MgZn2
Alumínio-magnésio Apresenta melhor combinação de
propriedades mecânicas, resistência à
corrosão, usinabilidade.
Indústria naval, metais de
adição para soldagem,
indústria automobilística,
tampas para latas e bebidas.
Alumínio-estanho
Alto limite de resistência à fadiga e
boa resistência à corrosão pela ação
de óleos lubrificantes.
Fabricação de mancais e
buchas.
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Tabela 2 – Ligas de alumínio.
Extraída de Zolin, 2011, p. 44.
CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO
As ligas de alumínio podem ser classificadas em dois grandes grupos: as ligas fundidas e as ligas
forjadas. Os materiais trabalhados são encontrados na forma de laminados, de extrudados etc., enquanto
os alumínios fundidos são utilizados para fundição em areia ou moldes permanentes (por gravitação ou sob
pressão).
Ligas fundidas
Alumínios fundidos utilizados para fundição em areia ou moldes permanentes (por gravitação ou sob
pressão).

Ligas forjadas
Materiais trabalhados e encontrados na forma de laminados, de extrudados etc.
A tabela mostra a classificação das ligas de alumínio a partir de sua composição.
Série Composição Principais utilizações
1XXX Alumínio puro (mínimo de 99%) Indústrias química e elétrica
2XXX Cu Indústria aeronáutica
3XXX Mn Aplicações na Arquitetura
4XXX Si Eletrodos para soldas
5XXX Mg Utilização em ambientes marinhos
6XXX Si e Mg Aplicações em Arquitetura
7XXX Zn Indústria aeronáutica
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Tabela 3 – Classificação das ligas de alumínio.
Elaborada por Julio Cesar José Rodrigues.
Complementando a nomenclatura, aparece uma letra que designa a condição do processamento da liga.
São as seguintes:
F
- fabricadas
O
- recozidas
H
- encruadas
W
- solubilizadas
T
- tratadas termicamente
 EXEMPLO
A liga 7075 – T6 é uma liga forjada, da série 7XXX com 5,6%p de Zn e tratada termicamente (solubilização
mais envelhecimento). Essa série tem aplicação onde é exigida elevada resistência mecânica, como nas
estruturas de aeronaves.
COBRE E SUAS LIGAS
De acordo com Callister e Rethwisch (2016), o cobre sem a adição de elementos de liga apresenta extrema
ductilidade e capacidade quase ilimitada de ser trabalhado a frio, além de grande resistência a ambientes
corrosivos. Suas principais ligas não são tratáveis termicamente com o intuito de aumentar sua resistência
mecânica. Assim, o aumento dessa propriedade mecânica é alcançado com o trabalho a frio (encruamento)
ou por solução sólida (elementos de liga).
Depois da prata (Ag), o cobre é o melhor condutor de calor e de eletricidade. As duas principais ligas de
cobre apresentam os elementos zinco (Zn) e estanho (Sn). São elas o latão (Cu-Zn) e o bronze (Cu-Sn).
LATÃO
O latão é amplamente utilizado como bijuterias, em permutadores de calor, na construção naval, em
cartuchos para munições, dentre outras aplicações. Considerada a liga de cobre mais comum, apresenta
como principal elemento de liga o zinco (Zn), com teores que variam de 5 a 50%. Por ter uma faixa tão
extensa de Zn, o latão pode apresentar-se na forma monofásica ( ), bifásica e monofásica 
.
Observe a figura 21 em que há a representação do diagrama de fases do Cu-Zn.
α (α +  β')
( β')
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 266.
 Figura 21 – Diagrama de fases Cu-Zn.A partir da observação do diagrama de fases do Cu-Zn, é possível observar as regiões monofásicas 
 e a região bifásica da liga para a faixa percentual de zinco de 5 a 50. A fase a é mais
dúctil e macia que a fase . Assim, para percentuais menores de zinco, as ligas são facilmente
trabalhadas a frio. Em oposição, a presença da fase envolve ligas que devem ser trabalhadas a quente.
O aumento de zinco, até cerca de 30%, eleva a resistência à tração e à ductilidade das ligas, mas diminui
sua resistência à oxidação. Essa redução na resistência à corrosão é decorrente do processo denominado
dezincificação, que á a corrosão preferencial do Zn.
Além do zinco, o latão pode apresentar outros elementos de liga em sua composição. São eles:
Chumbo (Pb) - melhora a usinabilidade da liga.
Alumínio (Al) - aumenta sua resistência à corrosão.
Estanho (Sn) - proporciona ao latão boa resistência à corrosão em água doce ou em água salgada.
BRONZE
As ligas de cobre e estanho (Cu-Sn) recebem o nome de bronze, sendo o estanho o principal elemento de
liga, mas também podem ser adicionados alumínio, silício, níquel, chumbo etc.
 SAIBA MAIS
(α/β') (α +  β')
 β'
 β'
Quando comparados aos latões, os bronzes são mecanicamente mais resistentes e com nível superior de
resistência à corrosão.
O percentual de estanho presente no bronze está compreendido na faixa de 2 a 10. O aumento do estanho
na liga bronze implica aumento de sua resistência mecânica e diminuição de sua ductilidade. A adição de
chumbo, como elemento de liga, melhora as propriedades lubrificantes e de usinabilidade, por isso sua
grande utilização como mancais de deslizamento.
Outra ligas de cobre existem, como as de Cu-Ni, Cu-Al, Cu-Be e Cu-Si. Em particular, a liga de cobre
berílio é tratável termicamente e apresenta excelentes propriedades mecânicas (tração), elétricas e de
resistência à oxidação. A liga de cobre com os elementos de liga Be (1,9%p) e Co (0,20%p) é denominada
C17200 e possui escoamento em torno de 1.100MPa. A adição de berílio eleva o custo da liga.
A tabela apresenta as ligas de cobre citadas, suas principais características e aplicações.
Liga Características Aplicações
Cobre-níquel
Boa resistência à corrosão,
resistividade independente da
temperatura, boa conformabilidade.
Resistências elétricas,
componentes elétricos, tubos
usados em linhas hidráulicas e
pneumáticas.
Cobre-alumínio
Boas propriedades mecânicas,
resistência à corrosão.
Tubo de condensadores e
trocadores de calor, peças,
bombas, fabricação de moedas e
medalhas.
Cobre-berílio
Boa condutividade elétrica e térmica.
Boa resistência mecânica,
principalmente à fadiga.
Diagramas e quadros flexíveis,
componentes de chaves elétricas,
máquinas de soldagem por
resistência elétrica.
Cobre-silício
Maleabilidade, ductilidade, boa
condutividade elétrica.
Tanques, tubulações, eletrodos de
soldagem, linhas hidráulicas de
pressão.
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Tabela 4 – Ligas de cobre.
Extraída de Zolin, 2011, p.43.
 VOCÊ SABIA
A Estátua da Liberdade, localizada nos Estados Unidos, tem em sua composição o cobre, que num
processo natural se oxida e forma uma fina camada em tom verde, que funciona como uma barreira à
oxidação.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 22 – Estátua da Liberdade.
MAGNÉSIO E SUAS LIGAS
O metal alcalino terroso magnésio (Mg) apresenta massa específica de . Quando comparada a
do ferro , é cerca de 4,6 vezes menor. Mesmo em comparação com o alumínio , é
quase 2,0 vezes menor. Essa propriedade física a torna útil em situações cuja exigência seja de baixo
peso, num mesmo volume. É um material com estrutura cristalina hexagonal compacta (HC), e as suas
ligas são normalmente compostas por alumínio (Al), manganês (Mn), zircônio (Zr) e tório (Th).
O magnésio e suas ligas apresentam baixa possibilidade de deformação a frio à temperatura ambiente. Em
geral, a fabricação dessa liga é feita por deformação a quente ou por fundição. Em termos de propriedades
mecânicas, apresenta baixas resistência e tenacidade.
(1,7  )g
cm3
(7,8  )g
cm3
(2,7  )g
cm3
As ligas de magnésio apresentam ponto de fusão baixo (em torno de 6500C) e podem se incendiar quando
aquecidas ao ar. Dessa forma, a usinagem dessas ligas deve ser conduzida cuidadosamente, pois os
cavacos resultantes da usinagem podem se incendiar (pequenas massas e aquecimento pela ferramenta
de corte).
 VOCÊ SABIA
Em relação à corrosão, as ligas de magnésio apresentam razoável resistência quando imersas em
atmosferas pouco corrosivas. Em ambientes marinhos, a resistência à corrosão é baixa.
Pela ótima resistência específica, as ligas de magnésio têm aplicabilidade na indústria aeronáutica: A liga
ASTM ZK60A (5,5%p Zn e 0,45%p Zr) é amplamente utilizada para peças forjadas de aeronaves. Já a liga
ASTM AM60A com composição de 6,0%p de Al e 0,13%p de Mn é utilizada em rodas automotivas.
 
Foto: Pixabay
 Figura 23 – Roda de liga leve (magnésio).
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1) A RESPEITO DA CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO, NA QUAL SE UTILIZAM 4
DÍGITOS, SÃO FEITAS AS SEGUINTES AFIRMATIVAS.
I – A SÉRIE 1XXX REPRESENTA O ALUMÍNIO COMERCIALMENTE PURO, COM TEOR
MÍNIMO DE 99%, EM PESO, DE ALUMÍNIO;
II – A SÉRIE 7XXX APRESENTA COMO PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA O ZN, SENDO A
LIGA 7075 COM GRANDE APLICABILIDADE NA INDÚSTRIA AERONÁUTICA;
III – A SÉRIE 2XXX APRESENTA COMO PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA O MANGANÊS,
SENDO A LIGA 2029 UM EXEMPLO CLÁSSICO.
SÃO CORRETAS AS AFIRMATIVAS:
A) Apenas a afirmativa II.
B) Apenas a afirmativa III.
C) Apenas as afirmativas I e II.
D) Apenas as afirmativas II e III.
E) Apenas as afirmativas I e III.
2) AS LIGAS DE COBRE MAIS DIFUNDIDAS SÃO AS DENOMINADAS LATÃO E BRONZE. A
SEGUIR, TEM-SE O DIAGRAMA DE FASES DO COBRE-ZINCO.
A PARTIR DA ANÁLISE DO DIAGRAMA DE FASES APRESENTADO, JULGUE OS ITENS:
I – O PONTO DE FUSÃO DO COBRE PURO É SUPERIOR A 12000C;
II – LIGAS DE COBRE COM 40% EM PESO DE ZINCO À TEMPERATURA AMBIENTE SÃO
BIFÁSICAS;
III – A LIGA DE COBRE COM 20% EM PESO DE ZINCO É EUTÉTICA.
SÃO CORRETAS AS AFIRMATIVAS:
A) Apenas a afirmativa II.
B) Apenas a afirmativa III.
C) Apenas a afirmativa I e II.
D) Apenas as afirmativas II e III.
E) Apenas as afirmativas I e III.
GABARITO
1) A respeito da classificação das ligas de alumínio, na qual se utilizam 4 dígitos, são feitas
as seguintes afirmativas.
I – A série 1XXX representa o alumínio comercialmente puro, com teor mínimo de 99%, em
peso, de alumínio;
II – A série 7XXX apresenta como principal elemento de liga o Zn, sendo a liga 7075 com
grande aplicabilidade na indústria aeronáutica;
III – A série 2XXX apresenta como principal elemento de liga o manganês, sendo a liga
2029 um exemplo clássico.
São corretas as afirmativas:
A alternativa "C " está correta.
O alumínio destaca-se pela baixa massa específica. Suas ligas são classificadas utilizando-se uma série de
4 dígitos. Em linhas gerais, tem-se:
Série 1XXX: alumínio puro (mínimo de 99%)
Série 2XXX: principal elemento de liga é o cobre
Série 3XXX: principal elemento de liga é o manganês
Série 4XXX: principal elemento de liga é o silício
Série 5XXX: principal elemento de liga é o magnésio
Série 6XXX: principais elementos de liga são o silício e o magnésio
Série 7XXX: principal elemento de liga é o zinco
2) As ligas de cobre mais difundidas são as denominadas latão e bronze. A seguir, tem-se
o diagrama de fases do cobre-zinco.
A partir da análise do diagrama de fases apresentado, julgue os itens:
I – O ponto de fusão do cobre puro é superior a 12000C;
II – Ligas de cobre com 40% em peso de zinco à temperatura ambiente são bifásicas;
III – A liga de cobre com 20% em peso de zinco é eutética.
São corretas as afirmativas:
A alternativa "A " está correta.
Do diagrama de fases apresentado, quando o percentual de zinco é nulo, ou seja, cobre puro, a fase
líquida inicia-se pouco abaixo de 11000C. Analisando, a partir do diagramade fases, na liga 40% Zn - 60%
Cu, existem as fases α e . A reação eutética é aquela em que a fusão/solidificação da liga ocorre a uma
temperatura constante:
β'
(L  →  fase sólida1 +  fase sólida2)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
A liga de cobre com 20% de zinco apresenta uma faixa de temperatura em que coexistem líquido e sólido.
MÓDULO 4
 Relacionar os materiais metálicos e as suas aplicações em Engenharia
MATERIAIS METÁLICOS E AS SUAS
APLICAÇÕES EM ENGENHARIA
APLICAÇÃO DAS LIGAS METÁLICAS NA
ENGENHARIA
Até aqui vimos as principais ligas ferrosas (aços e ferros fundidos) e as não ferrosas (ligas de alumínio, de
cobre e de magnésio) utilizadas na Engenharia. Foram elencadas as principais propriedades mecânicas,
algumas propriedades elétricas, térmicas e químicas.
Em função dessas propriedades, determinada liga tem preferência em sua utilização em detrimento de
outras. Em algumas situações, a proteção contra a corrosão é imperante, por isso a escolha, por exemplo,
de um aço inoxidável é apropriada. Em outras, a resistência mecânica específica é fundamental. O uso das
ligas de alumínio é uma opção.
 COMENTÁRIO
Neste módulo, a partir das propriedades que os vários grupos de ligas metálicas possuem, serão
elencadas as principais aplicações nas diversas áreas do conhecimento da Engenharia.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DAS LIGAS FE-C
(AÇO)
Como visto, o aço é uma liga formada por ferro e carbono (até cerca de 2,11%p), e há possibilidade de
adição de elementos de liga. Dessa forma, sua microestrutura e, consequentemente, as suas propriedades
mecânicas são muito variadas, tendo vasta aplicabilidade na Engenharia.
AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO
São os aços produzidos em maior quantidade e os mais baratos, cuja concentração de carbono é de
0,25%p, no máximo. Eles são aplicados quando o requisito é a ductilidade alta. Dentre os mais conhecidos
podem ser citados o ASTM 1010, o ASTM 1020 e o ASTM A36.
Várias aplicações podem ser citadas:
Chapas para estampagem (automóveis)
Pregos e arames
Tubos
Aço estrutural (vigas em formato I, cantoneiras, canaletas etc.)
Vasos de pressão para baixas temperaturas
A figura a seguir, apresenta bobinas de aços para a estampagem na indústria automotiva.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 24 – Bobinas de aço para a estampagem na indústria automotiva.
AÇOS COM MÉDIO TEOR DE CARBONO
São aços com teor de carbono, em peso, na faixa de 0,25% a 0,60%. As principais aplicações dessa classe
de aços ocorrem quando há demanda de alta resistência mecânica e alta resistência à abrasão, dentre as
quais destacam-se:
Rodas e trilhos de trens
Virabrequins
Parafusos
Estruturas de alta resistência
Ferramentas para agricultura
Eixos e engrenagens de caminhão
Molas de pequena responsabilidade
As figuras seguintes apresentam algumas aplicações dos aços de médio teor de carbono, como trilhos e
rodas de trem.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 25 – Trilho de trem.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 26 – Roda de trem.
O aço SAE 4340 apresenta composição química com a seguinte faixa, em peso:
Carbono (C): 0,38% – 0,43%
Manganês (Mn): 0,60% – 0,80%
Silício (Si): 0,15% – 0,35%
Níquel (Ni): 1,65% – 2,00%
Cromo (Cr): 0,70% – 0,90%
Molibdênio (Mo): 0,20% – 0,30%
É um aço com teor médio de carbono e adição de alguns elementos de liga (Ni, Cr, Mo etc.) e tem grande
aplicabilidade na indústria automotiva (eixos, bielas e virabrequins) e peças com alta solicitação mecânica.
AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO
Essa classe de aços possui carbono na faixa de 0,60%p a 1,40%p, elevando sua dureza e resistência em
detrimento à ductilidade. Uma aplicação típica é a fabricação de molas. Com a adição de alguns elementos
de liga (vanádio, molibdênio e tungstênio), há a formação de carbetos muito duros e resistentes ao
desgaste, que são indicados para a fabricação de ferramentas (aços-ferramenta).
Algumas ferramentas típicas são:
Matrizes de trefilação
Matrizes de conformação
Lâminas de ferramentas de corte
Brocas para concreto
As figuras seguintes têm um conjunto de brocas e um torno para usinagem, exemplificando a utilização dos
aços ferramentas.
 
Foto: Pixabay
 Figura 27 – Conjunto de brocas.
 
Foto: Pixabay
 Figura 28 – Torno e suas ferramentas de corte.
AÇOS INOXIDÁVEIS
Característica que desponta nessa classe de aços é a alta resistência à corrosão, pela presença de, ao
menos 11%p de cromo (Cr). Ademais, um grupo desses aços, os austeníticos, não apresenta propriedades
magnéticas, enquanto a outra parte (ferríticos e martensíticos) possui propriedades magnéticas. Suas
propriedades mecânicas são relativamente mantidas a altas temperaturas, assim como a capacidade de
resistir à oxidação. Nessas condições, os aços inoxidáveis são aplicáveis.
Muitas formas de utilização são possíveis, desde objetos simples, como talheres, a tanques químicos.
Outras possibilidades são:
Turbinas a gás
Mísseis
Materiais cirúrgicos
Peças de motores a jato
Dentre os aços inoxidáveis martensíticos, o AISI 431 destaca-se por ser o de maior resistência à corrosão.
Os aços AISI 430 e 431 têm utilização ampla: eixos de hélices marítimas, componentes para a indústria
petrolífera e aeronáutica. A figura seguinte apresenta uma plataforma petrolífera onde várias peças são
feitas de aço inoxidável.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 29 – Aplicação do aço inoxidável AISI 430/431 em plataforma petrolífera.
Em termos de aços inoxidáveis austeníticos, os AISI 304 e 316 são os mais conhecidos, também com
grande aplicabilidade. Em particular, o AISI 304 é pouco resistente em atmosferas com cloretos, o que não
ocorre com o 316.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DAS LIGAS FE-C
(FERRO FUNDIDO)
Vimos no módulo 2 que a liga ferro-carbono é denominada ferro fundido, e que o teor de carbono é superior
a 2,1%p, chegando a 6,7%p. Também vimos que os principais tipos de ferro fundido são: cinzento, nodular,
branco, maleável e vermicular.
Além disso, o ferro fundido cinzento tem uma grande capacidade de amortecimento de vibrações, assim é
muito utilizado na base de máquinas que apresentam essas vibrações. A figura abaixo mostra a
comparação entre a capacidade de amortecimento para o aço e para o ferro fundido cinzento.
 ATENÇÃO
Note que o tempo para atenuar as vibrações é bem menor quando se utiliza esse tipo ferro fundido.
 
Imagem: Callister e Rethwisch, 2016, p. 343.
 Figura 30 – Comparação da capacidade de amortecimento: (a) aço; (b) ferro fundido cinzento.
O ferro fundido nodular ou dúctil apresenta a adição de magnésio/cério em sua composição. Entre as
aplicações mais comuns, estão: peças que suportam pressão (corpos de válvulas e bombas),
engrenagens, cilindros deslizantes etc.
Uma aplicação do ferro fundido cinzento muito conhecida é a utilizada para a confecção, por fundição, de
blocos de motores de automóveis. A figura aseguir apresenta um pequeno motor, exemplificando a
utilização citada.
 
Foto: Pixabay
 Figura 31 – Bloco de motor.
PRINCIPAIS APLICAÇÕES DAS LIGAS NÃO
FERROSAS
As principais ligas não ferrosas são as de cobre, alumínio, magnésio, titânio etc. que são particularmente
de interesse na Engenharia por apresentarem, em relação às ligas ferrosas, baixa massa específica,
elevadas condutividades térmica e elétrica e resistência à corrosão mais elevada.
Quanto às ligas de cobre, se destacam o latão e o bronze. As seguintes figuras apresentam exemplos de
aplicações dessas ligas.
 
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 Figura 32 – Bijuteria de latão.
LATÃO
As aplicações do latão são: bijuterias, cartuchos de munição, moedas, peças de mobílias, conexão de
radiadores etc.
Adicionando-se estanho ao latão, ele adquire boa resistência à corrosão, tanto para ambientes em água
doce quanto em água salgada.
 
Foto: Shutterstock.com
 Figura 33 – Aplicação do bronze: anéis de pistões de automóveis.
BRONZE
As aplicações do bronze são: mancais, buchas, anéis de pistão, engrenagens etc.As ligas de alumínio são divididas em duas grandes classes: as tratáveis termicamente e as não tratáveis
termicamente. As ligas que podem ser tratadas termicamente têm a resistência mecânica aumentada. Pela
baixa densidade em comparação às ligas ferrosas e boa resistência à oxidação, muitas são suas
aplicações nos diversos ramos da Engenharia:
Peças estruturais de aeronaves
Caixas de transmissão automotivas
Tanques de combustível.
O magnésio e suas ligas também são muito utilizados, sendo a baixíssima massa específica do magnésio
um grande atrativo.
 EXEMPLO
A liga AM60A é utilizada na fabricação de rodas automotivas, e a indústria aeronáutica é a grande
consumidora de ligas de magnésio ZK60A.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1) AS LIGAS NÃO FERROSAS APRESENTAM GRANDE APLICABILIDADE EM VÁRIAS
ÁREAS DA ENGENHARIA. EM PARTICULAR, AS LIGAS DE ALUMÍNIO SÃO MUITO
VERSÁTEIS, SENDO UMA DE SUAS CARACTERÍSTICAS A RESISTÊNCIA MECÂNICA
ESPECÍFICA, O QUE PROPICIA GRANDE UTILIZAÇÃO NA INDÚSTRIA AERONÁUTICA.
QUE LIGA DE ALUMÍNIO É AMPLAMENTE UTILIZADA NA CONFECÇÃO DE PEÇAS
ESTRUTURAIS DE AERONAVES?
A) AISI 361L.
B) SAE 1045.
C) 7075-T6.
D) AM60A.
E) C71500.
2) A INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA É GRANDE CONSUMIDORA DE LIGAS FERROSAS E
NÃO FERROSAS. AÇOS, FERROS FUNDIDOS, LIGAS DE MAGNÉSIO ETC. SÃO
AMPLAMENTE UTILIZADAS. A SEGUIR TEM-SE UMA MOLA UTILIZADA NO SISTEMA DE
AMORTECIMENTO DE CARROS.
UM POSSÍVEL MATERIAL PARA A FABRICAÇÃO DA MOLA DA FIGURA É:
A) Aços com alto teor de carbono.
B) Ligas de alumínio tratáveis termicamente.
C) Ferros fundidos branco.
D) Ligas de cobre-zinco.
E) Ligas de magnésio.
GABARITO
1) As ligas não ferrosas apresentam grande aplicabilidade em várias áreas da Engenharia.
Em particular, as ligas de alumínio são muito versáteis, sendo uma de suas características
a resistência mecânica específica, o que propicia grande utilização na indústria
aeronáutica.
Que liga de alumínio é amplamente utilizada na confecção de peças estruturais de
aeronaves?
A alternativa "C " está correta.
As ligas de alumínio apresentam propriedades mecânicas e peso específico que se adequam à indústria
aeronáutica. Das ligas citadas, as duas primeiras são ligas de ferro-carbono (aço inoxidável e aço-
carbono). A liga AM60A é de magnésio e com aplicabilidade na confecção de rodas automotivas, enquanto
a liga C71500 é uma liga de cobre níquel própria para utilização de tubulações que conduzem água
marinha.
2) A indústria automobilística é grande consumidora de ligas ferrosas e não ferrosas.
Aços, ferros fundidos, ligas de magnésio etc. são amplamente utilizadas. A seguir tem-se
uma mola utilizada no sistema de amortecimento de carros.
Um possível material para a fabricação da mola da figura é:
A alternativa "A " está correta.
Os aços com alto teor de carbono, na faixa de 0,60%p a 1,40%p, ligados ou não, apresentam as principais
características para a fabricação de molas.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste conteúdo vimos as ligas metálicas ferrosas e não ferrosas mais utilizadas na Engenharia Mecânica.
Inicialmente, abordamos a liga de ferro-carbono (Fe-C) denominada aço. As propriedades mecânicas foram
relacionadas com o percentual de carbono presente na composição química e com os outros elementos de
liga (aços-liga).
Em particular, fizemos um estudo detalhado dos aços inoxidáveis, e num segundo momento, apresentamos
o outro grupo de ligas ferrosas, os ferros fundidos: cinzentos, nodulares, brancos, maleáveis e
vermiculares. Tais ferros tiveram suas propriedades estudadas, assim como a influência de elementos de
liga e da velocidade de resfriamento nas suas estruturas finais.
Na sequência, apresentamos as principais ligas não ferrosas (alumínio, cobre e magnésio) e as
características relevantes em relação às ligas ferrosas. Por fim, elencamos as aplicações mais comuns, na
Engenharia, das ligas aqui apresentadas.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 8. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2016.
CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. 4. ed. São Paulo, SP: Associação Brasileira de Metais, 1979.
VAN VLACK, H. L. Princípios de Ciência dos Materiais. 13. ed. São Paulo, SP: Edgard Blücher Ltda,
2000.
ZOLIN, I. Materiais de Construção Mecânica. 3. ed. Santa Maria: Universidade Federal de Santa Maria:
Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2011.
EXPLORE+
Complementar o estudo de ligas ferrosas (páginas 336 a 341) pela fonte CALLISTER, W.D., RETHWISCH,
D.G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. 8a ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016. 
Complementar o estudo de aços-carbono e aços-liga (páginas 159 a 185) pela fonte CHIAVERINI, V. Aços
e Ferros Fundidos. 4a ed. São Paulo, SP: Associação Brasileira de Metais, 1979. 
Complementar o estudo de ligas não ferrosas (347 a 354) pela fonte CALLISTER, W.D., RETHWISCH,
D.G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução. 8a ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016. 
Complementar o estudo de ligas ferro carbono (páginas 241 a 252) pela fonte VAN VLACK, H.L. Princípios
de Ciência dos Materiais. 13a ed. São Paulo, SP: Editora Edgard Blücher Ltda, 2000.
Explore sobre a importância da classe dos materiais metálicos para o Brasil, no artigo:
Desenvolvimento de modelo de seleção de materiais metálicos aplicando uma abordagem logística: o caso
de empresas do setor minerometalúrgico. Revista Escola de Minas, 2012.
CONTEUDISTA
Julio Cesar José Rodrigues Junior