_Materiais de Construção Mecânica

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MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO MECÂNICA
MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO MECÂNICA
ORGANIZADORES ELAINE CRISTINA MARQUES; RUBEM MATIMOTO KOIDE 
ORGANIZADORES ELAINE CRISTINA MARQUES; 
RUBEM MATIMOTO KOIDE 
M
ateriais de construção m
ecânica
GRUPO SER EDUCACIONAL
O livro Materiais de construção mecânica é direcionado para estudantes de 
cursos da área de engenharia e engenharia mecânica. Além de abordar assun-
tos gerais, o livro traz conteúdo especí�co dos seguintes assuntos: ligações 
químicas, defeitos e deformação plástica, propriedades mecânicas, 
diagramas de fases, conformação mecânica, tratamento térmico, fabricação 
e seleção de ligas metálicas com base nas propriedades.
 
Após a leitura da obra, o leitor vai conhecer os tipos de deformação dos materi-
ais, sendo eles elásticos, anelásticos ou plásticos; aprender sobre o principal 
tipo de ensaio mecânico utilizado para a obtenção das propriedades mecânicas 
dos materiais; compreender os tipos de ligas ferrosas existentes e suas relações 
com as propriedades e microestruturas, e as ligas não ferrosas mais comuns e 
suas propriedades principais; apreender os diferentes processos de confor-
mação mecânica: laminação, tre�lação, extrusão, forjamento e estampagem; 
revisar os conceitos de estrutura atômica e suas principais ligações: primárias 
(iônica, covalente e metálica) e as secundárias (ligação de van der Waals); tomar 
conhecimento de que existem ligações com transferência de elétrons 
(primárias) e ligações sem transferências de elétrons (secundárias). E não é só 
isso. Tem muito mais. O livro tem muito conteúdo relevante. Aproveite.
 
Agora é com você! Bons estudos!
gente criando futuro
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MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO 
MECÂNICA
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transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo 
fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de 
informação, sem prévia autorização, por escrito, do Grupo Ser Educacional. 
Diretor de EAD: Enzo Moreira
Gerente de design instrucional: Paulo Kazuo Kato 
Coordenadora de projetos EAD: Manuela Martins Alves Gomes
Coordenadora educacional: Pamela Marques
Equipe de apoio educacional: Caroline Guglielmi, Danise Grimm, Jaqueline Morais, Laís Pessoa
Designers gráficos: Kamilla Moreira, Mário Gomes, Sérgio Ramos, Tiago da Rocha
Ilustradores: Anderson Eloy, Luiz Meneghel, Vinícius Manzi
Marques, Elaine Cristina.
Materiais de construção mecânica / Elaine Cristina Marques; Rubem Matimoto Koide: 
Cengage – 2020.
Bibliografia.
ISBN 9786555580310
 1. Engenharia 2. Engenharia mecânica
Grupo Ser Educacional
 Rua Treze de Maio, 254 - Santo Amaro 
CEP: 50100-160, Recife - PE 
PABX: (81) 3413-4611 
E-mail: sereducacional@sereducacional.com
“É através da educação que a igualdade de oportunidades surge, e, com 
isso, há um maior desenvolvimento econômico e social para a nação. Há 
alguns anos, o Brasil vive um período de mudanças, e, assim, a educação 
também passa por tais transformações. A demanda por mão de obra 
qualificada, o aumento da competitividade e a produtividade fizeram com 
que o Ensino Superior ganhasse força e fosse tratado como prioridade para 
o Brasil.
O Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego – Pronatec, 
tem como objetivo atender a essa demanda e ajudar o País a qualificar 
seus cidadãos em suas formações, contribuindo para o desenvolvimento 
da economia, da crescente globalização, além de garantir o exercício da 
democracia com a ampliação da escolaridade.
Dessa forma, as instituições do Grupo Ser Educacional buscam ampliar 
as competências básicas da educação de seus estudantes, além de oferecer-
lhes uma sólida formação técnica, sempre pensando nas ações dos alunos 
no contexto da sociedade.”
Janguiê Diniz
PALAVRA DO GRUPO SER EDUCACIONAL
Autoria
Elaine Cristina Marques Esper 
Graduada em Química (2005), Mestre (2008) e Doutora (2011) em Engenharia e Ciência 
dos Materiais pela Universidade São Francisco e Pós-Graduada em Engenharia de Produção 
(2013) pelo UniAnchieta. Atualmente é Professora de Química Geral, Engenharia e Ciência 
dos Materiais, Tecnologia de Processos Químicos e Inovação Tecnológica nos cursos de 
Engenharia do UniAnchieta.
Rubem Matimoto Koide 
Graduado em engenharia mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina. 
Especialização em logística empresarial pela FAE Centro Universitário, especialização 
em Teleinformática e Redes de Computadores pela Universidade Tecnológica Federal do 
Paraná, MBA em Gestão Empresarial pela FAE Centro Universitário. Mestrado e Doutorado 
em engenharia mecânica pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Professor de 
cursos de engenharia mecânica e engenharia civil.
Prefácio .........................................................................................................................................8
UNIDADE 1 ....................................................................................................................................9
Introdução.............................................................................................................................................10
1. Atrações interatômicas ..................................................................................................................... 11
2. Deformação plástica em policristais ................................................................................................. 22
3. Defeito sem equilíbrio na rede.......................................................................................................... 25
PARA RESUMIR ..............................................................................................................................30
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................31
UNIDADE 2 ....................................................................................................................................33
Introdução.............................................................................................................................................34
1. Tipos de deformação ........................................................................................................................ 35
2. Ensaio de Tração ............................................................................................................................... 36
3. Propriedades gerais obtidas pelo ensaio de tração ..........................................................................40
4. Alteração de estrutura e seu impacto nas propriedades mecânicas ................................................44
5. Diagramas de fases ........................................................................................................................... 47
PARA RESUMIR ..............................................................................................................................58
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................59
UNIDADE 3 ....................................................................................................................................61
Introdução.............................................................................................................................................62
1. Conformação mecânica..................................................................................................................... 63
2 . Tratamento térmico ......................................................................................................................... 76
3. Etapas de recozimento ......................................................................................................................77
PARA RESUMIR ..............................................................................................................................82
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................83
SUMÁRIO
UNIDADE 4 ....................................................................................................................................85
Introdução.............................................................................................................................................86
1. Tipos de ligas metálicas: ligas ferrosas .............................................................................................. 87
2. Tipos de ligas metálicas: ligas não-ferrosas ....................................................................................... 92
3. Processos de fabricação de metais ................................................................................................... 95
4. Processamento térmico de metais .................................................................................................... 101
5. Seleção de materiais ......................................................................................................................... 104
PARA RESUMIR ..............................................................................................................................110
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................111
Este livro, Materiais de construção mecânica, informa o leitor, além de conceitos 
básicos da área, conteúdo específico sobre ligações químicas, defeitos e deformação 
plástica, propriedades mecânicas, diagramas de fases, conformação mecânica, 
tratamento térmico, fabricação e seleção de ligas metálicas com base nas propriedades.
Entre muitos assuntos, a primeira unidade, Ligações químicas, defeitos e deformação 
plástica mostra a estrutura atômica, as ligações atômicas primárias e secundárias e 
a correlação das ligações com a energia entre os átomos. Trata, ainda, de algumas 
representações da disposição dos átomos e da disposição geométrica dos átomos.
A segunda, Propriedades mecânicas e diagramas de fases, aborda as propriedades 
mecânicas de materiais que possuem comportamento plástico obtidas a partir de 
um ensaio de tração, como módulo elástico, resistência máxima à tração, tensão de 
escoamento, resiliência e tenacidade.
A terceira unidade, Conformação mecânica e tratamento térmico, explica 
a conformação mecânica a quente e a frio. Alguns processos, como laminação, 
forjamento, extrusão, trefilação e estampagem são abordados.
Agora, para finalizar o conteúdo da obra, a quarta unidade, Ligas metálicas: 
fabricação e seleção com base nas propriedades, trata dos vários tipos de ligas 
metálicas existentes, ferrosas ou não ferrosas, e o vários métodos para se obtê-las.
Esta é apenas uma pequena amostra do que o leitor aprenderá após a leitura do 
livro. Desejamos que o leitor tenha uma carreira de sucesso, com muito prestígio. Aos 
leitores, sorte em seus estudos!
PREFÁCIO
UNIDADE 1
Ligações químicas, defeitos e 
deformação plástica
Olá!
Você está na unidade Ligações químicas, defeitos e deformação plástica. Conheça 
aqui a estrutura atômica, as ligações atômicas primárias e secundárias e uma correlação 
das ligações com a energia entre os átomos e algumas representações da disposição dos 
átomos, disposição geométrica dos átomos, conhecida como rede cristalina.
O engenheiro certamente trabalhará com uma gama de materiais diferentes seja ao 
projetar, produzir, criar ou aplicar em seus produtos. Estes materiais poderão ser do tipo: 
poliméricos, metais e cerâmicos ou a combinação destes gerando um novo material como 
por exemplo, um compósito. Em todos eles a ciência vem estudando a natureza atômica 
destes materiais para melhor aproveitá-los em aplicações práticas na engenharia e nas 
indústrias ou em centros de pesquisa.
A natureza atômica compreende as ligações atômicas nos materiais. Assim, o 
entendimento e o conhecimento das ligações atômicas nos materiais se fazem necessário 
para aplicarmos na construção mecânica de produtos. O engenheiro neste caso trabalhará 
com dimensões na escala microscópica e/ou nanoscópica onde alguns métodos para 
análise nestes casos são abordados neste tópico.
Bons estudos!
Introdução
11
1. ATRAÇÕES INTERATÔMICAS
Neste tópico, abordaremos uma introdução da estrutura atômica dos materiais e na 
sequência as atrações interatômicas e sua classificação.
Como existe uma diversidade grande de materiais vamos relembrar brevemente alguns 
materiais que normalmente são utilizados na engenharia. Basicamente, o engenheiro estará 
envolvido com os materiais do tipo: metais, cerâmicos e polímeros. Classificação esta 
fundamentada na composição química e estrutura atômica. Onde os metais são normalmente 
formados por elementos metálicos e/ou não metálicos (alumínio, cobre, ferro; nitrogênio, oxigênio 
e carbono), os cerâmicos que têm em sua composição materiais metálicos e não metálicos 
(carbetos, nitretos e óxidos) e os polímeros que são os considerados de plásticos e borracha. 
Existem materiais que são formados a partir da composição dos metais, das cerâmicas e dos 
polímeros. Estes são denominados materiais compósitos, como: compósito de fibra de carbono e 
epóxi, cerâmica e metal ou dois metais diferentes, formando um material com características dos 
dois componentes e originando um novo material. Outros materiais têm também apresentados 
grandes avanços nas aplicações da engenharia, como os biomateriais, materiais inteligentes, 
nanomateriais etc. Como o objetivo de estudar os materiais na engenharia tem a ver com suas 
aplicações em produtos, na indústria ou pesquisa, um dos pontos importante dos materiais é 
conhecer suas propriedades mecânicas (dureza, resistência, tenacidade, resiliência etc). Pois, 
a partir destas informações é possível definir onde aplicá-los a projetos adequados, além de 
analisar e estudar o desempenho em determinado produto ou aplicação.
Considerando então de forma geral estes materiais e que eles são diferenciados por sua 
composição química e por sua estrutura atômica, vamos estudar os níveis desta estrutura.
Por estrutura do material entendemos a forma com que seus elementos internos estão 
distribuídos. A estrutura atômica está relacionada como os átomos ou as moléculas estão 
organizados, e a estrutura subatômica compreende o arranjo dos elétrons e/ou núcleos.
Pesquisas sobre o átomo, tem início desde Demócrito no século V a.C,. passando pelo século 
XVII, com Robert Boyle, com John Dalton no século XIX, e também com Henri Becquerel e Marie 
Curie e Pierre Curie. Posteriormente com Joseph Thompson, Robert Millikan, Ernest Rutherford 
e James Chadwick que conduziram os estudos a um modelo atômico. Onde Thompson concluiu 
que “os átomos, em todos os tipos de matéria, são formados por partículas menores carregadas 
negativamente, denominadas elétrons” (Smith e Hashemi, 2012). Rutherford em 1910, descobriu 
via seus experimentos a existência dos prótons à semelhança do elétrons, entretanto com carga 
positiva. Além disso, ele detectou a existência de uma região central no átomo, conhecida então 
como núcleo. Mais tarde, em 1932, James Chadwick detectou o nêutron, partícula esta diferente 
dos prótons e elétrons.
12
Baseado nos princípios da química deduzimos que o átomo é a menor partícula ou como 
definem Callister e Rethwish (2020) “cada átomo consiste em um núcleo muito pequeno, 
composto por prótons e nêutrons, e é envolvido por elétrons em movimento”. Smith e Hashemi 
(2012) complementam que “uma vez que os átomos são eletricamente neutros, eles devem 
possuir o mesmo número de elétrons e de prótons”.
Resumindo, sabemos que os átomos são constituídos de partículas subatômicas denominadas: 
prótons, elétrons e nêutrons. Sendo que todos apresentammassas diferentes, o nêutron não tem 
carga e os elétrons e prótons apresentam o mesmo valor de carga elétrica, entretanto com sinais 
trocados, o elétron carga negativa (-) e o próton carga positiva (+). Uma curiosidade, você sabia 
que outras partículas subatômicas como os quarks, neutrinos e os bósons compõem os prótons, 
os nêutrons e os elétrons.
Assim, idealizou-se um modelo atômico, no qual há a existência de uma nuvem de elétrons 
denominada nuvem de carga e um núcleo composto por prótons e nêutrons a uma certa distância 
do centro do núcleo. É importante notar também a existência de uma certa interatividade entre os 
átomos, determinando suas ligações atômicas, e relacionada ao nível de energia, como explicam 
Smith e Hashemi (2012) “os elétrons, principalmente aqueles com a mais alta energia, determinam 
a extensão da reatividade ou a tendência de um átomo em formar ligações com um outro”.
O interessante é que estes elementos possuem cargas elétricas, número atômico e massa 
atômica. O número atômico é definido como o número de prótons no núcleo e a massa atômica 
a quantidade de prótons e nêutrons contida no núcleo. Estas duas características do átomo são 
utilizadas para definir os elementos químicos, os quais são arranjados na Tabela Periódica. 
A tabela periódica apresenta os elementos em ordem crescente de número atômico nas 
fileiras horizontais e nas verticais ou grupos estão alinhados segundo os elétrons de valência 
ou características físicas e químicas semelhantes. Dentre os grupos há os identificados como 
eletropositivos, ou os metais, pois se tornam íons carregados positivamente ao ceder seus 
elétrons de valência. Os metais conforme Newell (2016) são “materiais que possuem átomos que 
compartilham elétrons sem uma posição fixa”. De forma inversa há o grupo dos eletronegativos, 
que recebem os elétrons ou compartilham seus elétrons, formando íons negativos. Portanto, 
a tabela nos apresenta também elementos cujas propriedades as caracterizam como mais 
condutores, mais dúcteis, com maior fragilidade dando aos engenheiros a possibilidade de 
selecioná-los conforme a necessidade de sua pesquisa ou trabalho. Conhecer a tabela periódica 
torna-se importante aos engenheiros que buscam materiais melhores em suas aplicações. Estes 
novos materiais são conhecidos as vezes como ligas devido a sua composição de metais ou não 
metais formando materiais melhores e reforçando suas propriedades mecânicas.
Uma nova teoria conhecida como mecânica quântica foi necessária para explicar os 
fenômenos envolvendo os átomos, pois com os princípios da mecânica clássica não foi possível. 
Uma das teorias foi proposta por Max Planck, em 1900, ao descobrir a quanta, a emissão por 
13
átomos e moléculas de energia em certa quantidade, contrapondo o pensamento de que o átomo 
poderia emitir qualquer quantidade de energia. Ele propôs uma nova ideia que esta associada 
a teoria da radiação eletromagnética, conforme relatam Smith e Hashemi (2012) “na radiação 
eletromagnética energia é liberada e transmitida sob a forma de ondas eletromagnéticas, que se 
propagam a velocidade da luz no vácuo”.
A partir da teoria de Max Planck, Neils Bohr, em 1913, propôs uma nova teoria ao trabalhar 
com os átomos de hidrogênio. Ele sugeriu que os elétrons se moviam em trajetória específica, 
uma órbita circular ao redor do núcleo, além de haver uma quantidade de energia em função 
da distância até o núcleo. Bohr formulou uma equação para quantificar esta energia em função 
do estado quântico do hidrogênio, e calculou a energia para um elétron no estado fundamental 
como sendo de -13,6 eV. A partir desta informação observou-se que é necessário o fornecimento 
desta energia para ocorrer a separação do elétron do seu núcleo. Esta quantidade mínima de 
energia é denominada energia de ionização. Então, os elétrons mudam de órbita em função da 
energia liberada ou absorvida baseada entre as quantidades inicial e final de energia.
Os elétrons em movimento são caracterizados por órbitas em torno do núcleo conforme 
podem ser observadas na imagem “Estrutura atômica”. Na estrutura do átomo apresentada 
observa-se a ligação atômica através dos elétrons circundando o núcleo e a característica química 
do átomo representada pelo núcleo (prótons + nêutrons).
Figura 1 - Estrutura atômica 
Fonte: Elaborado por BlackJack3D, 2013.
#PraCegoVer: Na imagem “Estrutura atômica” temos a representação esquemática da 
estrutura do átomo, composto por prótons, nêutrons e elétrons. O núcleo formado por prótons 
e nêutrons e os elétrons orbitando em torno do núcleo à semelhança do movimento da Terra em 
torno do Sol.
14
Estudos mais aprofundados da estrutura do átomo e baseados na teoria quântica revelam que 
há uma ligação entre o elétron e o núcleo. Shackelford (2008) descreve que “o raio de cada orbital 
é caracterizado por um nível de energia, uma energia de ligação fixa entre o elétron e seu núcleo”.
A imagem “Modelo de Bohr” mostra o modelo de Bohr, onde os elétrons estão em níveis 
diferentes, com raios específicos a partir do núcleo. E o elétron para alterar sua posição para 
outros níveis quando perde ou ganha uma determinada quantidade de energia associada à 
distância do núcleo.
Figura 2 - Modelo de Bohr 
Fonte: Elaborado por sophielaliberte, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Modelo de Bohr” há a representação de círculos concêntricos 
de raios diferentes a partir do centro, o núcleo. Em cada círculo ou órbita existem os elétrons. E 
o modelo de Bohr mostra que é necessário ganhar ou perder energia quando há deslocamento 
de um elétron para uma outra camada ou orbital. Apesar das teorias de Bohr ter dado um 
grande avanço à mecânica quântica, o modelo proposto por ele não se aplicava aos átomos mais 
complexos. Assim, outros cientistas contribuíram para a evolução da teoria, como Louis Broglie, 
propondo que os elétrons poderiam ser considerados tanto como partículas quanto ondas. O 
princípio da incerteza foi a outra teoria proposta por Werner Heisenberg. Segundo, Smith e 
Hashemi (2012), “é impossível determinar simultaneamente a posição e o momento exatos de 
um corpo”. Esta afirmação estabelece que dada a incerteza, a localização do elétron em uma 
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região seria melhor estudada baseando-se na probabilidade de se encontrar este elétron com 
uma energia. Esta teoria levou a definição de densidade eletrônica, ou seja, a probabilidade 
possível com certo grau de energia de localizar um elétron. Esta distribuição é chamada também 
de nuvem eletrônica. A partir deste princípio o elétron não teria uma órbita fixa. Esta ideia surgiu 
a partir da contribuição de Erwin Schrodinger, que utilizou a equação da onda para desenvolver o 
seu trabalho. Assim, um novo termo foi utilizado para descrever a trajetória do elétron, o orbital, 
o qual tem uma energia distribuída segundo níveis de energia ou densidade eletrônica.
Conforme exposto acima, a ciência que estuda este fenômeno é a mecânica quântica, 
onde os níveis de energia de cada orbital têm regras definidas. Newell (2016) relata que “essas 
regras permitem caracterizar a energia de um dado elétron, a forma da sua nuvem eletrônica, a 
orientação da nuvem no espaço e a rotação do elétron”.
A partir desta breve revisão da estrutura atômica, podemos afirmar que, para especificarmos 
um determinado material, geralmente informamos suas propriedades mecânicas, tais como: 
resistência mecânica, ductilidade, dureza, tensão, deformação etc. As propriedades estão 
relacionadas aos átomos que compõem os elementos dos materiais e as características das 
ligações entres estes átomos, conforme explicação da tabela periódica. Estas características 
envolvem a interatividade entre os átomos, ou seja, a perda, ganho, troca de átomos, ocasionando 
o princípio das ligações químicas. O mecanismo desta interatividade são as forças de atração e de 
repulsão entre os átomos.
Como o processo das ligações ocorrem de maneiras diferentes e depende da intensidade 
dos níveis de energia dos elétronsadjacentes, as ligações podem ser primárias ou secundárias. 
As primárias consideradas mais fortes e relacionadas aos elétrons do orbital mais externos que 
se deslocam. Por outro lado, as secundárias, dizem respeito a atração entre cargas positivas e 
negativas, onde não há transferência de elétrons e dita mais fraca.
Uma descrição mais detalhada destas ligações é abordada a seguir.
Assista aí
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1.1 Ligações primárias
As ligações tratadas aqui têm uma correlação às forças interatômicas entre os átomos e 
energias de ligação entre os átomos. A intensidade das forças está relacionada às distâncias entre 
dois átomos, para longas distâncias cada átomo tem pouca ou nenhuma influência sobre outro 
átomo. Por outro lado, para distâncias pequenas ocorre o inverso, um átomo tem influência sobre 
o outro. As forças são ditas atrativas ou repulsivas, onde a intensidade delas estão diretamente 
relacionadas às distâncias interatômicas. A força atrativa depende do tipo ligação e a força 
repulsiva das interações entre as nuvens eletrônicas. A partir da soma destas forças temos a 
força resultante que atua sobre os átomos. De forma análoga há a existência de energia potencial 
decorrente das forças de atração e repulsão, denominadas então, energia potencial atrativa e 
energia potencial repulsiva, onde a diferença estas energias denomina-se resultante de energia 
interatômica de separação entre dois átomos. Há um limite mínimo na energia resultante onde 
ocorre a separação entre os átomos. Desta forma, quando se atinge este mínimo de energia 
resultante entre dois átomos temos uma energia denominada de energia de ligação.
Ao extrapolarmos esta ligação para materiais sólidos com mais de dois átomos, portanto 
mais complexos, observa-se um comportamento semelhante das forças e energias de ligação. 
Uma outra característica observada também é que a intensidade da energia de ligação varia 
dependendo do tipo de material, o qual traz influência nas propriedades dos materiais.
Após esta abordagem das forças e energias que influenciam as ligações atômicas, vamos 
estudá-las e compreendê-las melhor. Vamos iniciar pelas ligações primárias. Conforme Shackelford 
(2008), “as ligações primárias fortes são formadas quando elétrons do orbital mais externo são 
transferidos ou compartilhados entre os átomos”. Estas ligações são influenciadas pelos elétrons 
de valência e como as estruturas eletrônicas dos átomos se apresentam. Smith e Hashemi (2012) 
afirmam que as ligações primárias “se caracterizam por possuir força interatômica intensa”, onde 
estas ligações buscam um estado mais estável, através das ligações entre os átomos, da energia 
conforme comentado em tópicos anteriores.
Existem três tipos de ligações primárias, as iônicas, as covalentes e as metálicas. As imagens 
da tabela “Tipos de ligações primárias” apresentam graficamente cada tipo de ligação.
17
Figura 3 - Tipos de ligações primárias 
Fonte: Elaborado por corbac40, 2020.
#PraCegoVer: As imagens da tabela “Tipos de ligações primárias”, tem-se a representação dos 
três tipos de ligações primárias, a iônica na primeira coluna, a covalente na segunda coluna e a 
metálica na terceira coluna.
A ligação iônica como pode ser observada na imagem desta ligação, onde um elétron da 
última camada se desloca para a última camada do outro átomo. No exemplo mostrado um 
elétron do orbital externo do sódio (Na) é transferido para o orbital externo do cloro (Cl). O 
resultado é o íon Na+ e o íon Cl-. O íon positivo é denominado cátion e o íon negativo ânion. 
Newell (2016) observa que “as forças eletrostáticas tornam energeticamente favorável ao átomo 
eletropositivo doar seu elétron de valência para o átomo eletronegativo”. Lembrando que os 
elétrons de valência se encontram nos níveis de energia mais externos.
A ligação iônica pode ser observada em materiais formados a partir dos elementos metálicos bem 
como pelos não metálicos onde as ligações ocorrem por transferência de elétrons e ligações iônicas.
Shackelford (2008) relata que “a ligação iônica é o resultado da atração coulombiana (Coulomb 
– físico francês) entre as espécies com cargas opostas”. Ou como explicam Callister e Rethwish 
(2020), “os íons positivos e negativos, em virtude das suas cargas elétricas resultantes, atraem-se 
uns aos outros”. Ocorre também uma energia atrativa entre dois átomos que está relacionada à 
distância entre os mesmos. Esta energia é dita energia potencial mínima na ocorrência de uma 
distância ótima entre os átomos. Assim, Newell (2016) afirma que “o estado energeticamente 
mais favorável para os átomos ocorre quando energia potencial é mínima”.
Para a ligação iônica a intensidade da ligação é a mesma em todas as direções, a qual é chamada 
também de não direcional. Por este motivo, Callister e Rethwish (2020), comentam que “para que 
os materiais iônicos sejam estáveis, em um arranjo tridimensional, todos os íons positivos devem 
ter com seus vizinhos mais próximos íons carregados negativamente, e vice-versa”.
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Analisando este fenômeno em função das forças atuantes entre os átomos percebe-se que 
o núcleo positivo de um íon tende a atrair a nuvem negativa do outro íon. Consequentemente 
reduz-se a distância entre os átomos e os íons se aproximam, bem como as nuvens eletrônicas, 
gerando as forças de atração e repulsão, onde após o equilíbrio das forças a ligação se estabelece.
Um ponto interessante diz respeito ao arranjo iônico em sólidos iônicos. A atração ocorre 
entre cátions e ânions, onde os ânions atraem os cátions e tendem a conectarem-se na maior 
quantidade possível; o mesmo vem a ocorrer quanto os cátions atraem os ânions. Forma-se assim 
um arranjo denominado empacotamento iônico dando à estrutura um formato 3D da estrutura 
do sólido iônico, ou seja, as moléculas ficam unidas tridimensionalmente em todas as direções, 
por isso, então reconhecidas como ligações não direcionais.
Em relação às propriedades, os sólidos iônicos apresentam alta dureza, portanto são rígidos, 
suportam os impactos e são frágeis. A explicação vem das fortes ligações mantendo os íons 
muitos juntos. Além disso, os elétrons estão fortemente ligados que não atuam no processo de 
condutividade elétrica, tonando os sólidos iônicos bons isolantes elétricos.
A ligação covalente ocorre com elétrons, como retratada na imagem da tabela “Tipos de 
ligação primária”, posicionados em locais próximos aos núcleos, onde observa-se ainda o 
compartilhamento dos elétrons entre dois átomos adjacentes. É uma ligação considerada muito 
forte. Callister e Rethwish (2020, p. 31) reforçam que “dois átomos ligados covalentemente irão 
contribuir cada um com pelo menos um elétron para a ligação, e os átomos compartilhados podem 
ser considerados como pertencentes a ambos os átomos”. É possível observar na figura da ligação 
covalente (segunda coluna) da tabela “Tipos de ligações primárias”, que há uma superposição 
dos orbitais eletrônicos entre o carbono (C) e o hidrogênio (H) na ligação entre estes dois átomos. 
Nesta mesma imagem, podemos verificar o par compartilhado ou par ligado esquematizado via 
uma representação de um par de pontos. Devido ao compartilhamento de elétrons entre átomos 
adjacentes, a ligação covalente é considerada direcional, pois ocorre apenas na direção destes.
Em relação a energia, Newell (2016) informa que “a existência do mínimo de energia fornece 
o fundamento da ligação covalente, na qual os elétrons são partilhados”. A energia de ligação 
abordada anteriormente, neste caso, também é dependente da intensidade da força de atração 
entre os núcleos de pares compartilhados, das cargas e dos raios atômicos.
Neste tipo de ligação os elétrons têm chances maiores de serem encontrados entre os 
núcleos, embora podem ser encontrados em qualquer lugar em volta dos núcleos.
A ligação covalente pode ser do tipo polar ou apolar. A distinção entre os dois tipos de ligação 
se faz analisando se a densidade eletrônica ou nuvem eletrônica ao redor dos átomos é simétricaou assimétrica. A ligação apolar ocorre entre dois átomos iguais (com eletronegatividades 
semelhantes) e a densidade eletrônica apresenta simetria. Podemos citar o N2, H2 como 
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exemplos desta ligação não polar. A ligação polar ocorre entre átomos diferentes e possivelmente 
eles possuem eletronegatividade diferentes resultando numa assimetria da nuvem eletrônica 
entre os dois átomos, pois os elétrons tendem a irem em direção ao átomo mais eletronegativo. 
Conforme destaca Newell (2016) “a capacidade de um átomo atrair elétrons para si em uma ligação 
covalente é chamada eletronegatividade”. Desse modo a ligação covalente será considerada mais 
intensa ou menos intensa dependendo da diferença das eletronegatividades entre os átomos. Se 
a diferença das eletronegatividades entre os átomos for pequena a ligação polar será considera 
menos polar; e vice-versa. Um exemplo desta ligação polar está representado na tabela “Tipos 
de ligações primárias” entre a ligação entre o carbono e hidrogênio (C-H), mostrado na segunda 
coluna da tabela.
Smith e Hashemi (2012) informam que “as ligações covalentes são o tipo mais comum de ligação 
na natureza, abrangendo desde o hidrogênio diatômico aos materiais biológicos e macromoléculas 
sintéticas”. Um das ligações covalentes polares diz respeito as ligações onde as moléculas são 
constituídas de carbono. Esta ligação é importante quando se trata de materiais da engenharia, 
pois o carbono se encontra em boa parte dos polímeros. Outro exemplo são os hidrocarbonetos, 
material composto de carbono e hidrogênio, como o metano, etano e o benzeno.
A ligação metálica ocorre entre elétron metálicos sem uma posição específica e se diferenciam 
pois os elétrons fluem independentemente entre um conjunto de elétrons com grande facilidade. 
A ligação é considerada não direcional e ocorre o compartilhamento de elétrons. A imagem da 
ligação metálica mostra uma nuvem de elétrons distribuídos aleatoriamente sem posição fixa e 
associados com os íons metálicos. Esta configuração pode ser visualizada na imagem da terceira 
coluna da tabela “Tipos de ligações primárias”. De acordo com Shackelford (2008) “os elétrons 
de valência são considerados elétrons deslocalizados; ou seja, eles têm uma probabilidade 
igual de estar associados a qualquer um de um grande número de átomos adjacentes”. Estes 
elétrons deslocalizados são chamados de elétrons livres. Callister e Rethwish (2020) apontam 
que os elétrons deslocalizados “podem ser considerados como pertencentes ao metal como um 
todo, ou formando um ‘mar de elétrons’ ou uma nuvem de elétrons”. Como esta condição se 
apresenta em todo o material, essa nuvem de elétrons explica a alta condutividade elétrica nos 
metais. Estão presentes também os elétrons de não valência e os núcleos atômicos que formam 
os núcleos iônicos, chamado as vezes de cerne iônico ou cátions metálicos, pois apresentam 
cargas resultantes positivas equivalente as cargas resultantes dos elétrons de valência por átomo. 
As ligações metálicas são consideradas tridimensionais e não direcionais pois os elétrons de 
valência atuam livremente em diversas direções. Em função do não compartilhamento de pares 
de elétrons na ligação metálica elas são consideradas ligações mais fracas.
A análise das propriedades mecânicas dos materiais metálicos depende do ponto de fusão, 
principalmente se tratarmos de metal puro. Smith e Hashemi (2012) descrevem que “as energias 
de ligação e o ponto de fusão dos metais variam largamente dependendo do número de elétrons 
20
de valência e da porcentagem de ligações metálicas”. Sabendo-se que os materiais iônicos e as 
redes covalentes têm temperaturas de fusão maiores e necessitam romper as ligações. Por outro 
lado, para metais puros a temperatura não é tão alta e não necessita romper as ligações entre 
o cerne iônico (cátions metálicos) e a nuvem de elétrons pode-se deduzir que os metais puros 
são mais moles (maleáveis). Significa também que as ligações metálicas necessitam de menos 
energia para o rompimento entre os íons de metais do que as ligações iônicas e covalentes. Por 
esta razão não utilizamos um metal puro em estrutura que requeiram alta resistência, mas sim 
como elemento de liga para trabalhar as propriedades desejadas de um determinado material.
FIQUE DE OLHO
Como relatado, as ligações químicas têm uma correlação forte com as propriedades 
mecânicas. Uma abordagem pode ser revista no artigo de Duarte (2001) que descreve que “a 
natureza da ligação química é revelada a partir da estrutura eletrônica dos átomos e afeta as 
propriedades macroscópicas das substâncias”. Neste artigo disponível pela Sociedade Brasileira 
de Química é apresentado as ligações com maior profundidade.
Os metais também são caracterizados por serem materiais dúcteis quando observados sob o 
ponto de vista da deformação.
1.2 Ligação secundária
Conforme Shackelford (2008), “as ligações secundárias mais fracas resultam de uma atração 
mais sutil entre cargas positivas e negativas, sem transferência ou compartilhamento real de 
elétrons”. Este tipo de ligação se encontra presente em todos os átomos ou moléculas, entretanto 
ela não se prevalece quando está presente as ligações primárias (iônica, covalente, metálica). As 
ligações secundárias procedem de forma similar as ligações iônicas, ou seja, a partir da atração 
de cargas opostas.
As ligações secundárias são ligações com energia de ligação bem menores. Em virtude de 
não haver transferência de elétrons, mas com a ocorrência de cargas opostas, ou seja, como 
relata Shackelford (2008), “a atração depende de distribuições assimétricas de cargas positivas e 
negativas dentro de cada átomo ou unidade molecular que está sendo ligada”. A atração no caso 
das ligações secundárias vem em decorrência dos dipolos atômicos ou moleculares. Quando 
houver separação entre as frações positivas e negativas de um átomo ou molécula passa a existir 
um dipolo elétrico. Smith e Hashemi (2012) relatam que “a força impulsora para as ligações 
21
secundárias é a atração dos dipolos elétricos contidos nos átomos ou nas moléculas”. Os dipolos 
são atraídos pelas forças eletrostáticas e então passa a existir uma interação entre eles. As forças 
eletrostáticas são as forças coulombianas. Callister e Rethwish (2020) reportam que “a ligação 
resulta da atração de Coulomb entre a extremidade positiva de um dipolo e a região negativa de 
um dipolo adjacente”.
A ligação secundária é dita também como ligação de van der Waals. As ligações ou forças 
de van der Waals surgem a partir de forças atrativas entre dipolos elétricos. Os dipolos podem 
criados ou induzidos em um átomo. Smith e Hashemi (2012) descrevem que “as interações de 
dipolo ocorrem entre dipolos induzidos, entre dipolos induzidos e moléculas polares (que têm 
dipolos permanentes) e, entre moléculas polares”.
As ligações secundárias podem ocorrer de duas maneiras: dipolos flutuantes (ou temporários) 
ou dipolos permanentes. As ligações flutuantes vêm em decorrência de uma distribuição 
assimétrica dos dipolos, onde há ocorrência de alguns elétrons posicionados mais de um lado do 
que de outro lado. Esta variação gera uma nuvem eletrônica de elétrons em relação ao tempo 
conhecida então como dipolo flutuante. Dipolos permanentes estão relacionadas às moléculas 
polares. “os dipolos permanentes são importantes na ligação de moléculas polares ligadas 
covalentemente, tais como a água e os hidrocarbonetos” (Smith e Hashemi, 2012).
Figura 4 - Ligação secundária 
Fonte: Elaborado por fridas, 2020.
#PraCegoVer: A imagem “Ligação secundária” ilustra de forma simplificada a ligação 
secundária entre o cloro e o hidrogênio, além da ligação de van der Waals através dos dipolos 
induzidos, e a ligação do dipolo permanente.
22
A imagem “Ligação secundária” mostra um exemplo de ligação secundária, a interação do 
dipolo ou ligação de van der Waals através dos dipolos induzidos e uma representação do dipolo 
permanente entre o hidrogênio e o cloro.1.3 Ligação mista
As ligações mistas são as que envolvem as ligações primárias (iônica, covalente, metálica) e as 
secundárias. As ligações mistas podem ser compostas por: covalente-iônica, covalente-metálica 
e metálica-iônica.
Na ligação covalente-iônica nota-se a presença da ligação iônica nas ligações covalentes e a 
ligação covalente nas ligações iônicas. Callister e Rethwish (2020) descrevem que “o grau de cada 
um desses tipos de ligação depende das posições relativas de seus átomos constituintes na tabela 
periódica ou da diferença em suas eletronegatividades”.
Na ligação covalente-metálica também há as ligações dos elementos definidos na tabela 
periódica, os metais. Esta ligação dá origem a materiais que recebem o nome de metaloides 
ou semimetais. Conforme Smith e Hashemi (2012) “os pontos de fusão elevados dos metais de 
transição são atribuídos a ligações mistas metálicas- covalentes”.
Na ligação metálica-iônica tem-se a ligação de dois metais principalmente na ocorrência de 
grande diferenças de suas eletronegatividades. Desta forma, há a transferência de elétrons na 
ligação e esta possui um componente iônico. Consequentemente, quanto maior esta diferença 
maior o nível da ligação iônica do material composto.
2. DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM POLICRISTAIS
Forças aplicadas sobre um corpo causam tensões e deformações sobre o mesmo. As 
deformações podem ser elásticas ou plásticas. A deformação elástica ocorre até a tensão de 
escoamento do material e a deformação plástica ocorre quando se ultrapassa a tensão de 
escoamento do material, quando isto ocorre a deformação é considerada permanente. Entretanto, 
sob o ponto de vista microscópico o comportamento das deformações está relacionado ao 
movimento dos átomos sujeito às forças e tensões. Portanto, a abordagem neste tópico diz 
respeito à ocorrência das discordâncias ou defeitos na estrutura cristalina originadas dos efeitos 
causados pelas forças ou tensões a que são submetidas o material.
Shackelford (2008) comenta que “o mecanismo fundamental da deformação plástica é a 
distorção e a reformação das ligações atômicas”. A distorção e reformação na deformação 
plástica procedem com o deslocamento de um plano de átomos. A deformação plástica em 
policristais tende a ocorrer na direção do escorregamento cuja direção mais provável vem 
23
a ser a de maior tensão de cisalhamento. Onde o comportamento deste fenômeno se aplica 
aos diversos grãos existentes. A figura em 3D “Tensão de cisalhamento (a)” ilustra a tensão de 
cisalhamento na superfície e a respectiva deformação cisalhante e a imagem em 2D (b) a força 
ou tensão de cisalhamento na microestrutura atômica e o deslocamento na direção da aplicação 
correspondente à direção da força ou tensão, a tensão neste caso também é na superfície. Nesta 
imagem é possível observar uma reorientação dos grãos ou um realinhamento das linhas de 
escorregamento para os grãos. Como se trata de policristais isto pode ocorrer para diferentes 
grãos ocasionando uma distorção dos grãos. Portanto, na deformação plástica esta distorção dos 
grãos tende a se alinharem na direção da força cisalhante e se alongarem, ou seja, tornam-se 
grãos maiores e alongados em toda a superfície cisalhante. Shackelford (2008) relata que “uma 
combinação de famílias de planos e direções cristalinas correspondentes ao movimento da 
discordância é conhecida como sistema de escorregamento”.
Figura 5 - Tensão de cisalhamento - Força de cisalhamento 
Fonte: Elaborado por magnetix, 2020.
#PraCegoVer: A imagem (a) em 3D ilustra a tensão de cisalhamento e a deformação angular 
e um deslocamento da superfície sob a ação da força de cisalhante. Na imagem (b) em 2D da 
microestrutura dos átomos é possível notar a aplicação da força de cisalhamento nos grãos e 
o realinhamento destes grãos na direção das forças aplicadas. Observa-se então, além de uma 
distorção na deformação plástica há também a ocorrência da reordenação dos diversos grãos 
nesta nova direção.
24
A deformação plástica pode ocorrer também por maclagem. De acordo com Smith e Hashemi 
(2012) a maclagem ocorre quando “uma parte da rede atômica deforma originando uma imagem-
espelho da parte não deformada da rede adjacente”. A direção de deformação ocorre então na direção 
de maclagem. A maclagem se caracteriza por deformações pequenas regiões no cristal deformado.
Callister e Rethwish (2020) afirmam que ”a quantidade de deformação plástica total obtida por 
maclação é normalmente pequena quando comparada àquela resultante do escorregamento”.
A deformação plástica proporciona alguns efeitos no material como a variação no tamanho 
dos grãos e no arranjo das discordâncias. No primeiro caso, a quantidade de grãos pode aumentar 
em função do movimento das discordâncias, consequentemente diminuindo os tamanhos dos 
mesmos, o que implica em uma granulometria menor e alterando as propriedades dos materiais, 
como o aumento da resistência mecânica. No segundo caso, como há a mudança na estrutura 
celular devido às discordâncias, na deformação plástica pode ocorrer situações de menor 
densidade dos grãos em determinadas regiões da estrutura cristalina.
Os movimentos das discordâncias, o efeito do deslizamento e a maclação afetam o 
comportamento mecânico dos materiais. Isto significa que quanto menor os efeitos dos 
movimentos das discordâncias, maior a deformação e menor a dureza e a resistência de um 
determinado material. Callister e Rethwish (2020) reforçam que “a restrição ou bloqueio 
ao movimento das discordâncias confere maior dureza e maior resistência a um material”. 
Portanto, esta teoria é utilizada quando se deseja diminuir ou aumentar a deformação plástica e 
consequentemente a resistência. Estes efeitos afetam o processo de conformação do material, 
por exemplo, no trabalho a frio e trabalho a quente ou em tratamentos térmicos.
Assista aí
25
3. DEFEITO SEM EQUILÍBRIO NA REDE
Este tópico está relacionado às imperfeições atômicas e defeitos. É considerado defeito 
cristalino ocorrências de irregularidades na rede cristalina. E as imperfeições cristalinas são 
observadas quando se têm alterações na geometria da estrutura cristalina e nas dimensões do 
defeito. Isto significa que mesmo na escala micro, não há uma perfeita ordenação cristalina. Daí a 
importância de conhecermos como são estes defeitos e como estes influenciam nas propriedades 
mecânicas dos materiais. Desse modo, a seguir são apresentados alguns tipos de defeitos tais 
como: defeitos pontuais, lineares, planares e volumétricas.
3.1 Defeitos pontuais
Os defeitos pontuais ou adimensionais, pois são considerados de dimensão zero. Percebem-
se estes defeitos quando um ou dois átomos estão fora de suas posições corretas. Estes átomos 
ocupam posições intersticiais entre átomos vizinho e recebem então a denominação de defeitos 
intersticiais. Segundo, Smith e Hashemi (2012), “esses defeitos não ocorrem naturalmente por 
causa da distorção que originam na estrutura, mas podem ser introduzidos por irradiação”. Este 
defeito pode ser observado na figura “Defeitos pontuais”.
Figura 6 - Defeitos pontuais 
Fonte: Elaborado por sciencepics, 2020.
#PraCegoVer: A imagem ilustra os defeitos pontuais. Na primeira coluna são apresentados 
os defeitos intersticiais onde um átomo ocupa um lugar não padrão, na figura um átomo está 
localizado no centro entre outros quatros. Na segunda coluna, é apresentado, também, o defeito 
chamado lacuna, onde observa-se um vazio, um espaço não ocupado por nenhum átomo.
26
Outro defeito pontual muito comum é a lacuna, que também pode ser visualizado na figura 
“Defeitos pontuais”, onde nota-se um vazio ou lacuna entre os átomos. Então a inexistência de 
um átomo na posição atômica caracteriza esta lacuna. Smith e Hashemi (2012) observam que “as 
lacunas podem ser originadas durante a solidificação, durante o crescimento dos cristais, ou pelo 
rearranjo dos átomos de um cristal, devido à mobilidade atômica”.
3.2 Defeitos lineares
Defeitos lineares são denominadosdefeitos unidimensionais ou discordâncias. Ocorrem 
quando alguns átomos se encontram desalinhados. A origem do desalinhamento pode ser 
a solidificação, a deformação plástica do material, desarranjos atômicos na rede cristalina. Os 
defeitos lineares podem ser do tipo discordância de aresta, ou seja, é um defeito da linha de 
discordância seguindo uma aresta. Ou do tipo discordância espiral onde há um empilhamento 
espiral em torno da linha de discordância. E a discordância mista quando há a ocorrência da 
discordância de aresta e a discordância espiral. A figura “Defeitos lineares” apresenta a discordância 
de aresta, com uma linha de discordância bem definida e perceptível; e a discordância mista onde 
se percebe a dificuldade de detectar-se isoladamente a discordância de aresta e a de espiral.
Figura 7 - Defeitos lineares 
Fonte: Elaborado por magnetix e sciencepics, 2020.
#PraCegoVer: A imagem da esquerda traz uma visualização da linha de discordância de aresta 
onde existe uma de linha de aresta deslocada do seu eixo natural ou alinhamento. Na imagem à 
direita, observa-se também uma discordância mista, com discordâncias de aresta e espiral, onde 
na região destas discordâncias é difícil detectá- las cada uma distintamente e facilmente.
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Smith e Hashemi (2012) ressaltam que “as discordâncias são defeitos de não equilíbrio e 
armazenam energia na região distorcida da rede cristalina em torno da própria discordância”.
3.3 Defeitos planares
Os defeitos planares são chamados também de defeitos bidimensionais, e podem ocorrer de 
diversas maneiras como por exemplo falhas de empilhamento, nos grãos e nas superfícies externas. 
Segundo, Smith e Hashemi (2012), “superfícies externas são consideradas defeitos porque os átomos, 
localizados sobre a superfície, têm ligações atômicas somente de um lado”. Já os defeitos planares 
nos grãos podem ter origem nos contornos dos grãos, e são considerados defeitos interfaciais, pois 
os mesmos podem crescer. A sua forma também tem influência pois limitam o seu crescimento 
dependendo da região em que se encontram. Se os grãos se encontram em regiões desalinhadas 
elas sofrem os efeitos destas distorções como a compactação atômica. Os defeitos planares podem 
ser decorrentes do contorno de macla. A macla vem em decorrência da deformação plástica, onde 
há um espelhamento da estrutura de contorno ou simetria destes contornos.
Figura 8 - Defeitos planares 
Fonte: Elaborado por magnetix, 2020.
#PraCegoVer: A imagem ilustra um efeito em 3D de um defeito planar gerado em função de 
desalinhamentos em duas direções resultando em um defeito planar bidimensional.
As maclas podem ter origem também durante o processo de recristalização como, por 
exemplo, no recozimento. Outro defeito planar diz respeito a contornos de baixo ângulo, que 
ocorre em função de um desalinhamento (discordância de arestas) ou região de duas inclinações. 
Este defeito é planar pois ocorre em duas direções, as vezes chamados de contornos de baixo 
ângulo, e considerado assim defeitos bidimensionais. A figura “Defeitos planares” apresenta uma 
imagem de uma região com duas inclinações caracterizando um defeito planar bidimensional.
28
FIQUE DE OLHO
Os defeitos cristalinos apresentados são difíceis de verificarmos a olho nu, portanto é 
necessário equipamentos avançados para fotografá-los e detectá-los. O trabalho apresentado 
por Medeiros e Peres (2016) mostra-nos algumas destas técnicas, como: microscopia ótica e 
eletrônica de varredura e difração de raios-X. Este trabalho foi apresentado no Congresso Brasileiro 
de Engenharia e Ciência os Materiais - CBECImat em 2016. Neste congresso são apresentadas as 
pesquisas em desenvolvimento no Brasil na área de engenharia dos materiais e suas aplicações.
Devemos lembrar que os defeitos planares ocasionados a partir dos contornos dos grãos 
podem aumentar a resistência de um metal, trabalhando-se o tamanho dos grãos, e as outras 
causas (macla, contorno de baixo ângulo) também podem ser utilizados a fim de aumentar a 
resistência dos materiais.
3.4 Defeitos volumétricos
Os defeitos volumétricos são considerados defeitos em três dimensões, defeitos 
tridimensionais provocados pelos poros, pelas fendas, por exemplo. Alguns destes defeitos têm 
origens nos processos de fabricação. Smith e Hashemi (2012), explicam que “defeitos volumétricos 
se formam quando um aglomerado de defeitos pontuais se une para formar um vazio ou poro”. 
Dependendo do tamanho deste defeito as consequências podem ser muito prejudiciais para as 
propriedades mecânicas bem como para o desempenho do material.
Podemos relembrar então após os estudos dos defeitos que conforme Callister e Rethwish 
(2020) “a discrepância nas resistências mecânicas poderia ser explicada por um tipo de defeito 
cristalino linear, conhecido como discordância”.
29
Assista aí
30
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• aprender que existem ligações com transferência de elétrons (primárias) e ligações 
sem transferências de elétrons (secundárias);
• revisar os conceitos de estrutura atômica e suas principais ligações: primarias 
(iônica, covalente e metálica) e as secundárias (ligação de van der Waals);
• estudar que a deformação plástica na estrutura atômica tem influência nas 
propriedades mecânicas dos materiais;
• compreender que tanto as ligações atômicas e os defeitos cristalinos têm de 
alguma maneira uma correlação com a energia;
• conhecer os diversos defeitos que são inerentes na estrutura atômica, ou seja, 
existem sempre imperfeições e defeitos cristalinos. 
PARA RESUMIR
ALLOY WIRE INTERNATIONAL. Inconel 718. Disponível em https://www.alloywire.com.
br/products/inconel-718. Acesso em: 10 fev. 2020.
BADÔ, F. Quando o homem chegar a Marte, como ele vai voltar de lá? SUPERINTE-
RESSANTE online, 18 abr. 2011. Disponível em https://super.abril.com.br/mundo-estra-
nho/quando-o-homem-chegar-a-marte-como-ele- vai-voltar-de-la. Acesso em: 10 fev. 
2020.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Mate-
riais. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020.
DUARTE, H. A. Ligações químicas: Ligação Iônica, Covalente e Metálica. Cadernos Te-
máticos de Química Nova na Escola, n. 4, p. 14-23, maio, 2001 Disponível em http://
qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/04/ligacoes.pdf. Acesso em 08 fev. 2020.
MEDEIROS, R. B. D.; PERES, M. M. Análise Microestrutural de Folhas-de_Flandes pro-
veniente de latas metálicas processadas de duas formas diferentes. In: 22o CBECImat 
– CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 2016, Natal. 
Anais eletrônicos. Natal: UFRN, 2016. Disponível em http://www.metallum.com.br/
22cbecimat/anais/PDF/304-102.pdf. Acesso em: 08 fev. 2020.
METALTHAGA. Tabela Técnica Metalcast 1 – Liga de Alumínio 7021. Disponível em 
https://metalthaga.com.br/artigos/liga-7021-aplicacoes-e-caracteristicas. Acesso em: 
10 fev. 2020.
NEWELL, J. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. 1. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2016. 
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6. Ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2008.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. 5. Ed. 
Porto Alegre: AMGH, 2012.
VILLARES METALS. Ligas Especiais. Disponível em http://www.villaresmetals.com.br/
pt/Produtos/Ligas-Especiais. Acesso em: 10 fev. 2020.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
UNIDADE 2
Propriedades mecânicas e 
diagramas de fases
Olá!
Caro estudante, você está na unidade Propriedades Mecânicas e Diagramas de Fases. 
Conheça aqui as propriedades mecânicas de materiais que possuem comportamento 
plástico, obtidas a partir de um ensaio de tração, tais como módulo elástico, resistência 
máxima à tração, tensão de escoamento, resiliência, tenacidade, etc. Nesta unidade, 
você conhecerá, ainda, que os diagramas de fases que são extremamente importantes 
na determinação do uso da melhor concentração de liga e dos melhores parâmetros 
de temperatura de fabricação. Aprenderá a ler o diagrama de tal formaque seja capaz 
de encontrar as fases presentes, a composição de cada fase e quantidade de cada fase 
presente e conhecerá o diagrama de fases do sistema Fe-C, um dos mais importantes.
Bons estudos!
Introdução
35
1. TIPOS DE DEFORMAÇÃO
Quando um material é colocado em uso pode sofrer vários tipos de cargas, sejam elas, 
de tração, compressão, torção ou cisalhamento. Cada tipo de carga causa no material uma 
deformação que pode ser recuperável ou irrecuperável. Compreender o que acontece quando 
os materiais sofrem com a aplicação dessas cargas é fundamental na escolha de um material em 
um projeto, por exemplo.
Na sequência, estudaremos os tipos de comportamento em relação à deformação dos 
materiais quando sofrem tração.
1.1 Deformação Elástica
A aplicação de uma tensão de tração sobre materiais diferentes pode ser a mesma, mas as respostas 
não são as mesmas. A resposta mais simples é o comportamento elástico. Entretanto, poucos materiais 
sofrem apenas deformação elástica que é aquela que obedece à lei de Hooke, ou seja, módulo de 
elasticidade = tensão / deformação (E = σ/ε, na qual E é dado em GPa, σ em MPa e ε é adimensional). 
Estão entre os materiais que se comportam unicamente dessa maneira as cerâmicas cristalinas, o vidro e 
as fibras termorrígidas. Na prática esses materiais suportam uma certa carga de tensão, se deformando 
durante o processo, mas retornando ao formato original após a retirada da carga de tensão.
1.2 Deformação anelástica
A maior parte dos materiais não apresenta comportamento linear durante a deformação, 
podendo apresentar caráter anelástico ou plástico. Ferro fundido cinzento, concreto e muitos 
polímeros apresentam comportamento anelástico (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
FIQUE DE OLHO
O comportamento anelástico, nome comum para os metais, ou viscoelástico (termo utilizado 
para os polímeros) é caracterizado por ter resposta tanto dos materiais viscosos quanto dos 
materiais elásticos, isso é a deformação permanente só atinge um valor estável com o decorrer 
do tempo, e quando a tensão é retirada, as dimensões do material são recuperadas após um 
certo tempo. Isso ocorre por conta dos processos microscópicos e atomísticos que demandam 
tempo. Um bom exemplo de materiais com esse comportamento são as massinhas de modelar 
(ASKELAND e WRIGHT, 2016). Para os materiais metálicos, a anelasticidade geralmente é 
desprezada em função de ser bem pequena (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
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A maioria dos materiais metálicos apresenta comportamento elástico e plástico (CALLISTER 
e RETHWISCH, 2016). No caso dos materiais que apresentam ambos os comportamentos a 
alteração do comportamento elástico para o plástico é sutil, porém muito importante, uma 
vez que a deformação se torna não-recuperável. Por isso, é muito importante entendermos as 
alterações de aplicação dos materiais e as novas propriedades que surgem.
1.3 Deformação plástica
Essas alterações e novas propriedades surgem em função da alteração de posição dos átomos 
que fazem parte desse material. A deformação plástica, nada mais é do que, a quebra das ligações 
entre átomos vizinhos seguida da formação instantânea de novas ligações com novos átomos 
vizinhos. Nos materiais cristalinos, isso ocorre através da movimentação das discordâncias, que 
são os defeitos dos materiais, e nos materiais amorfos, isso ocorre por meio do escoamento 
viscoso (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Antes de tratarmos do porquê da alteração das propriedades, vamos nos ater às propriedades 
propriamente ditas. Essas são obtidas principalmente por meio de um ensaio de tração.
No tópico seguinte iremos estudar como é feito o ensaio de tração e quais são os vários 
parâmetros obtidos através dele.
2. ENSAIO DE TRAÇÃO
O ensaio de tração é um dos principais ensaios mecânicos realizados para se obter as 
propriedades de um material. Ele mede a resistência de um material quando submetido a um 
carregamento mecânico estático ou aplicado lentamente (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
2.1 Como é feito o Ensaio de Tração?
O ensaio é realizado utilizando-se uma máquina de ensaio universal que é constituída de 
um travessão móvel unidirecional (para cima, no caso de tração) que se movimenta por um 
mecanismo hidráulico geralmente. A amostra é colocada entre garras existentes na máquina e 
sofre com uma força aplicada sobre ela (ASKELAND e WRIGHT, 2016). O ensaio e o corpo de 
prova são normatizados para cada tipo de material ensaiado. É comum ensaios para materiais 
metálicos, poliméricos e fibras. Os materiais cerâmicos são muito frágeis e por isso costumam 
ser ensaiados por teste de compressão. No Brasil, costumamos utilizar as normas da Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
37
FIQUE DE OLHO
Além das normas comuns aos tipos de materiais, como ABNT NBR ISO 6892/2013 que 
determina como deve ser realizado o ensaio de tração para materiais metálicos, por exemplo, 
existe uma infinidade de outras normas para ensaio de tração para materiais específicos como 
alumínio e arames de aço ou mesmo produtos como cabos telefônicos, fibra ótica, papel para fins 
sanitários, couro, entre outros (ABNT, 2020).
A Figura “Exemplo de tração” mostra um exemplo de tração sedo aplicada.
Figura 1 - Exemplo de tração 
Fonte: Elaborado por Olly, 2020
#PraCegoVer: Na imagem “Exemplo de tração” temos duas pessoas de frente uma para a 
outra segurando uma corda como se estivessem numa brincadeira de cabo de guerra, sendo este 
um bom exemplo de aplicação do conceito de tração.
A força F ou carga aplicada sobre a área A de seção reta do material determina os valores de 
tensão σ suportados por esse material que é posto em deformação. Um extensômetro mede o 
deslocamento ou deformação do corpo de prova que resulta num alongamento Δl em relação 
ao comprimento original l0. Os dados obtidos são registrados e utilizados para obter o limite 
de escoamento, o limite de resistência, o módulo de elasticidade, a ductilidade entre outras 
propriedades dos materiais (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
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A tensão ou tensão de engenharia σ é obtida por meio da equação 1, onde F é a força ou carga 
aplicada e A é a área de seção transversal (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
#PraCegoVer: A imagem mostra a equação envolvendo a força aplicada e a área de seção 
transversal para obter a tensão.
A deformação ε sofrida pelo material é calculada por meio da equação 2, onde Δl é o alongamento 
sofrido pela peça e l0 é o comprimento inicial da peça (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
#PraCegoVer: A imagem monstra a equação de deformação do material.
Com a medição desses dados é possível obter uma série de propriedades mecânicas para os 
materiais.
2.2 Rigidez vs. ductilidade
As propriedades mecânicas de maior interesse para um material são a rigidez, a resistência 
mecânica, a ductilidade e a dureza. O valor da dureza de um material pode ser obtida por meio 
de ensaio de dureza. Já, a resistência mecânica, a rigidez e a ductilidade são obtidas a partir do 
ensaio de tração.
A resistência mecânica de um material está diretamente relacionada ao quanto de tensão ele 
suporta. Quanto mais tensão suportar, mais resistente será o material.
Um material rígido suporta altos valores de tensão sem se deformar. A ruptura desse tipo de 
material ocorre de forma abrupta, como quando tracionamos um giz. Quanto à curva de tensão-
deformação para este material, é comum vermos uma curva linear e quanto menor for a inclinação da 
mesma, maior será a rigidez do material. Pode ser utilizado também o termo frágil para um material 
rígido. Ambos os conceitos se referem ao mesmo comportamento, que é exclusivamente elástico.
Já o material dúctil é o inverso do material rígido. Ele apresenta alta deformação quando 
tracionado. Um exemplo bem prático disto são as sacolinhas de mercado. Tracione um pedaço 
delas e observe que ela “estica” e não volta mais ao estado original. O comportamento do 
material dúctil é elástico-plástico.
39
Os valores de rigidez e de ductilidade podem ser obtidos atravésdo cálculo da área abaixo da 
curva para ambos os materiais. Quanto maior for o valor, mais dúctil é o material e quanto menor 
for valor, menos dúctil será o material, portanto, mais rígido (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
A figura “Curva de tensão-deformação característica para materiais (a) rígidos e (b) ductéis” 
ilustra visualmente as diferenças entre as curvas de tensão-deformação para um material rígido 
e outro dúctil.
Figura 2 - Curva de tensão-deformação característica para materiais (a) rígidos e (b) ductéis 
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
#PraCegoVer: Na Figura vemos um gráfico de tensão-defomação típico para dois tipos de 
materiais, sendo uma curva A linear com alto valor de tensão e baixa deformação característica 
para materiais rígidos e uma curva B não linear de alta deformação e tensão menor do que se 
comparada à curva A característica para materiais dúcteis. Ambas as curvas tem suas áreas abaixo 
das mesmas pintadas, representando o cálculo realizado para encontrar o valor da ductilidade.
É comum, ainda, realizar o cálculo da ductilidade de forma mais simplificada. São duas formas: 
ou considerando o alongamento percentual (%Al) do corpo de prova ou considerando a redução 
do percentual da área de seção transversal (%RA), como apresentados nas equações 3 e 4, onde 
l
f 
é o comprimento final da peça e l-
0
 o comprimento inicial, e A
0
 é a área de seção transversal 
inicial e A
f
 a área final (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
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#PraCegoVer: A imagem mostra dois cálculos de ductilidade.
Em seguida iremos analisar as propriedades gerais obtidas por meio do ensaio de tração.
3. PROPRIEDADES GERAIS OBTIDAS PELO ENSAIO 
DE TRAÇÃO
Além da rigidez e da ductilidade, outros parâmetros também podem ser obtidos pelo ensaio 
de tração, como os que estão presentes na tabela 1, que também mostra os seus significados, 
suas abreviaturas e unidades de medidas mais comuns utilizadas.
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Figura 3 - Parâmetros obtidos pelo ensaio de tração 
Fonte: Adaptado de ABNT, 2013.
#PraCegoVer: Na tabela “Parâmetros obtidos pelo ensaio de tração” temos os principais 
parâmetros obtidos através do ensaio de tração, seus significados, suas abreviações e suas 
principais unidades de medida. A tensão, por exemplo, é a força dividida pela área de seção 
transversal original do corpo-de-prova, simbolizada pela letra sigma e calculada em MegaPascals.
Em seguida, entenderemos como essas propriedades são determinadas a partir da curva de 
tensão-deformação.
3.1 Curva de tensão-deformação
A figura “Exemplo de curva obtida para o ensaio de tração” ilustra o comportamento típico de 
uma curva de tensão-deformação obtida para um material com comportamento elástico-plástico.
42
Figura 4 - Exemplo de curva obtida para o ensaio de tração 
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Exemplo de curva obtida para o ensaio de tração” temos um 
gráfico de tensão- deformação típico para um material plástico, onde a parte linear representa o 
comportamento elástico do material e a parte não linear representa o comportamento plástico. 
Na imagem estão mostradas a tensão de ruptura que é o último ponto da curva onde ocorre 
a quebra do material, a tensão máxima, que é o maior valor de tensão obtida para o material 
e representa o início do “empescoçamento” ou estrição máxima do material e a tensão de 
escoamento que fica bem próxima do final do comportamento elástico.
Na figura “Exemplo de curva obtida para o ensaio de tração” podemos observar a existência 
de dois comportamentos para obtidos para o material. O primeiro é linear e é comportamento 
elástico que obedece à lei de Hooke e do qual se pode extrair o valor do módulo de elasticidade, 
seguido por um comportamento não linear, que é chamado de comportamento plástico.
3.2 Limite de resistência à tração
Observamos que durante o regime plástico a tensão apresenta uma leve queda seguida de um 
aumento até o ponto máximo que é denominada tensão máxima (σ
max
) ou resistência mecânica 
ou limite de resistência à tração (LRT). Esse é o valor máximo de carga suportada pelo material, 
entretanto, a manutenção dessa carga máxima fará o material se romper. Posteriormente a 
tensão diminui até o material se romper, onde temos a tensão de ruptura.
43
3.3 Tensão de Escoamento
Apesar de podermos imaginar que os materiais devem ser colocados em uso considerando a 
resistência máxima, isso não é possível. Em projetos mecânicos é necessário considerar o valor da 
tensão de escoamento a fim de manter a segurança dos equipamentos.
Askeland e Wright (2016, p.165) trazem uma importante contribuição para o entendimento 
da importância da tensão de escoamento.
Ao se projetar peças que devem suportar cargas, deve-se evitar que ocorra deformação plástica 
durante sua utilização. Como resultado, é preciso selecionar materiais de modo que a tensão do projeto 
no componente seja inferior ao limite de escoamento do material, na temperatura em que serão 
utilizados. Pode-se também, prever uma seção transversal maior para o componente, de forma que a 
força aplicada produza tensão inferior ao limite de escoamento. Por outro lado, quando se conformam 
plasticamente os materiais a partir de chapas para obter a forma dos componentes, é necessário 
aplicar tensões superiores ao limite de escoamento. Esse é o caso, por exemplo, da fabricação de um 
chassi de aço para automóveis. (ASKELAND e WRIGHT, 2016, p. 165)
Para determinar o valor da tensão de escoamento deve-se traçar uma reta paralela ao 
comportamento elástico partindo da deformação de 0,002 a 0,2%, que são valores convencionados 
pelos engenheiros. O valor da tensão de escoamento é a intersecção dessa reta paralela com a 
curva de tensão-deformação (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
3.4 Resiliência e tenacidade
Outras duas propriedades mecânicas importantes são a resiliência e a tenacidade. A resiliência 
é a capacidade do material de absorver e recuperar energia quando sofre repetidas deformações 
elásticas, sendo uma propriedade interessante para aplicações em molas e em bolas de golfe, 
por exemplo. Já a tenacidade é definida como a capacidade do material absorver energia e se 
deformar plasticamente antes de se romper, assim, um material tenaz é aquele que apresenta 
resistência e ductilidade elevadas (ASKELAND e WRIGHT, 2016; CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
O entendimento de todas essas propriedades é importante para determinar os processos 
de fabricação dos produtos, bem como o uso dos mesmos. Porém, é mais interessante ainda 
saber que essas propriedades podem ser alteradas para um mesmo material. Basta conhecer 
sua estrutura e alterá-la. No estudo e aplicação de materiais metálicos é comum o desejo pelo 
aumento da resistência mecânica.
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4. ALTERAÇÃO DE ESTRUTURA E SEU IMPACTO 
NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS
A aplicação de um material sempre está relacionada com as suas propriedades e essas 
propriedades estão sempre relacionadas com a microestrutura desse material. Dessa forma, se 
queremos baratear o custo de uma peça, sem perder suas propriedades originais precisamos 
tornar o material mais resistente. Para saber como fazer isso, precisamos conhecer e saber como 
alterar sua microestrutura.
Na sequência iremos relembrar alguns conceitos referentes à estrutura do material e 
aprenderemos os mecanismos de alteração de propriedades mecânicas.
4.1 Discordâncias
Primeiramente, os materiais são formados por agrupamento de átomos, que se juntam 
formando estruturas cristalinas, que se juntam formando grãos. Nessa formação de grãos, 
existem os contornos de grão, que são espaços vazios absorvedores ou dissipadores de energia. 
Além disso, para os materiais metálicos que se organizam em estruturas cristalinas, também é 
comum a ocorrência de defeitos, sejam eles pontais, de lacunas ou discordâncias.
Assista aí
As discordâncias são defeitos cristalinos lineares e podem ser do tipo aresta ou espiral e 
o fato é que a sua movimentação, aliada à absorção de energia nos contornos de grão sãoas 
responsáveis pela deformação plástica dos materiais. Assim, se quisermos alterar a resistência 
mecânica dos materiais, é necessário trabalhar sobre as movimentações das discordâncias, de 
forma a restringi-las.
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Isso pode ser feito através de três formas diferentes: pela redução do tamanho de grão, pela 
inserção de átomos mais duros e resistentes no material formando uma solução sólida com novas 
propriedades ou através do encruamento.
4.2 Mecanismos de alteração de resistência mecânica
A redução do tamanho de grão leva ao aumento da quantidade de contornos de grão, como 
pode ser visto na Figura abaixo, que dificulta a movimentação das discordâncias que ocorre dentro 
dos grãos. Dessa maneira a deformação do material é prejudicada, aumentando sua resistência 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Figura 5 - Representação microestrutural com contornos de grãos para 
(a) grãos grandes e (b) grãos pequenos 
Fonte: Elaborada pela autora, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem Representação microestrutural com contornos de grãos para 
(a) grãos grandes e (b) grãos pequenos” temos duas regiões com retângulos de tamanhos 
diferentes separados entre si. Na imagem da esquerda (imagem A), os retângulos são maiores e 
a concentração de espaços entre eles é menor. Já na imagem da direita (imagem B) os retângulos 
são menores e a concentração de espaços entre eles é maior.
A formação de uma solução sólida utilizando um elemento mais resistente eleva a resistência 
mecânica do primeiro metal. A nova rede cristalina formada pode conter átomos de tamanho menor 
ou maior na estrutura, ocasionando forças de tração ou compressão respectivamente na estrutura. 
Isso faz com a tensão necessária para a movimentação das discordâncias seja maior, o que eleva a 
resistência do material e diminui a ductilidade do mesmo (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Já o encruamento caracteriza-se por um fenômeno no qual um metal dúctil se torna mais 
resistente e mais duro na medida em que é deformado plasticamente. É comum isso ocorrer 
quando o material é laminado ou trefilado e esse fenômeno também é conhecido como 
trabalho a frio. Nessas condições os grãos do metal são esticados longitudinalmente e achatados 
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verticalmente, o que causa a multiplicação das discordâncias, que têm sua movimentação 
restringida em função do aumento da densidade da mesma (CALLISTER e RETHWISCH, 2016). 
Para entender esse processo, que parece ser controverso, imagine-se numa balada ou na pista de 
um show musical, quanto mais pessoas estiverem ocupando um determinado espaço, mais difícil 
é de locomover neste espaço.
FIQUE DE OLHO
A laminação é um processo de conformação plástica no qual uma peça sólida passa por dois 
cilindros que giram em direções contrários e na mesma velocidade. As peças são obtidas no 
formato de lâminas, placas, chapas, tarugos, folhas, fitas, barras, tubos, fios, etc. de acordo com 
a norma ABNT TB-52/68 (FILHO et al., 1991).
Já a trefilação também é um processo de conformação plástica que se realiza através da 
passagem de um fio, barra ou tubo por uma fieira, que tem formato cilíndrico com um furo de 
diâmetro decrescente no centro por onde passa a matéria-prima (FILHO et al., 1991).
É possível recuperar um material encruado por meio de tratamento térmico sem precisar 
fundir novamente o material. Isso é realizado por meio do recozimento do material ou da 
peça acabada. Ao realizar esse processo, as propriedades do material são recuperadas para as 
propriedades iniciais.
Assista aí
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Antes de estudarmos mais a fundo sobre o encruamento e sobre o recozimento é necessário 
analisarmos as propriedades das ligas metálicas em função da temperatura. Para tanto, é 
importante conhecermos os diagramas de fases.
5. DIAGRAMAS DE FASES
Poucos materiais são utilizados sozinhos pela indústria. Os metais, por exemplo, são utilizados 
na forma de ligas metálicas. Aí nasce a importância de conhecer as propriedades térmicas 
desses materiais, uma vez que isso determina o processo de fabricação, a microestrutura e os 
tratamentos térmicos que o material pode receber.
Antes de estudarmos um diagrama de fases propriamente dito, precisamos relembrar 
algumas definições químicas. Primeiramente, uma liga metálica é uma solução sólida. Solução 
é definida como uma mistura homogênea formada de soluto e solvente na qual o soluto está 
uniformemente disperso no solvente (ASKELAND e WRIGHT, 2016). No caso da nossa solução 
sólida que é formada por estruturas cristalinas, esse soluto faz parte dessa rede cristalina. E já 
sabemos que isso altera as propriedades mecânicas desse material. Pois bem, as propriedades 
térmicas e todas as outras demais propriedades também são alteradas.
Outros conceitos que devemos relembrar são (CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
Componente: metal na forma pura que compõe o material.
Sistema: material na sua totalidade considerando ou não uma composição percentual fixa.
Fases: porção homogênea com características físicas e químicas uniformes.
Limite de solubilidade: concentração máxima de soluto que o solvente aceita para 
formar a solução. 
Microestrutura: porção do sistema em que se vêem os grãos e os contornos de grãos 
que formam as diversas fases de um sistema.
Equilíbrio ou energia livre: está intimamente relacionado com a entropia do sistema. O 
equilíbrio de um sistema é mantido ao longo do tempo de forma estável. Em diagramas 
de fases o equilíbrio reflete a manutenção das características das fases ao longo do tempo.
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A maioria dos diagramas de fases são obtidos em condições de equilíbrio e são utilizados para 
entender e prever o comportamento dos materiais. As principais informações que podem ser 
encontradas num diagrama de fases são (ASKELAND e WRIGHT, 2016):
• Fases presentes em determinadas condições de temperatura e/ou pressão;
• Composição das fases presentes;
• Fração ou percentual ou quantidade das fases;
• Solubilidade de um elemento em outro;
• Temperaturas ou faixas de temperaturas de transformação dos sistemas.
A seguir estudaremos os tipos de diagramas de fases. Os de um componente ou da substância 
pura que são chamados unários e os binários que são dois componentes e podem ser isomorfos 
ou eutéticos.
5.1 Diagramas de fases unários
Os diagramas de fases unários são diagramas estabelecidos para um único componente e 
são comumente chamados de diagramas em equilíbrio (CALLISTER e RETHWISCH, 2016). Nesse 
tipo de diagrama é interessante saber a fase que o material terá em função da alteração da 
temperatura e/ou da pressão.
A figura “Diagrama de fases da água” mostra o diagrama de fases da água. Nele é possível 
observar três regiões distintas, gelo, água e vapor d’água. Cada uma das fases existirá em condições 
de equilíbrio dentro das regiões delimitadas pela fronteiras. Nessas curvas de fronteira coexistirão 
as fases que fazem parte delas. Se uma das fronteiras for ultrapassada, seja ela de pressão ou de 
temperatura, a fase do material será alterada. Ainda vemos no diagrama a presença de um ponto 
triplo a 0,006 atm e a 0,01 ºC. Neste ponto a água coexiste em estado sólido, líquido e gasoso.
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Figura 6 - Diagrama de fases da água 
Fonte: Elaborado por magnetix, 2020.
PraCegoVer: Na imagem “Diagrama de fases da água” temos um diagrama de pressão-
temperatura para a água que contém três regiões distintas: à esquerda para baixas temperaturas 
e na maior parte da pressão, a água está no estado sólido, na forma de gelo; no centro a água 
está no estado líquido em maiores valores de pressão (de 0,006 atm na temperatura de 0,01 ºC 
a 221,2 atm na temperatura de 374,12 ºC; e por toda da região de pressões baixas e maiores 
temperaturas a água se encontra no estado de vapor.
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5.2 Diagramas de fases isomorfos binários
Os diagramas de fases isomorfos são os mais simples de serem compreendidos. Eles mostram 
a variação de temperatura em função da concentração de um dos componentes do sistema. 
Cu-Ni, NiO-MgO, CaO.SiO
2
-SrO.SiO
2
 e Tl-Pb são exemplos de diagramas