_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).
40
#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.
41
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.
44
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.
45
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 
46
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
47
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.
48
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.
49
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.
50
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 diagramasisomorfos, no qual há 
completa solubilidade dos dois componentes
(ASKELAND e WRIGHT, 2016). Cu e Ni, por exemplo, tem a mesma estrutura cristalina (CFC), 
raios atômicos próximos e mesma valência eletrônica, por isso a solubilidade é completa (CALLISTER 
e RETHWISCH, 2016). O diagrama de fases do sistema Cu-Ni é mostrado na Figura abaixo.
Figura 7 - Diagrama de fases do Cu-Ni 
Fonte: Adaptado de Askeland e Wright (2016)
#PraCegoVer: Na imagem temos um diagrama de fases do sistema Cu-Ni onde no eixo X 
podemos observar o aumento da concentração de Ni em % e no eixo Y a Temperatura em ºC. Há 
três regiões distintas, sendo que a baixas temperaturas temos o estado α, à medida que aumenta 
a temperatura, temos um região α + L e outra região L. Essas regiões são delimitadas por uma linha 
solidus (entre α e α+L) e uma linha liquidus (entre α+L e L). As linhas solidus e liquidus iniciam a 1085 
ºC e terminam em 1455 ºC nos pontos de fusão do Cu e do Ni, respectivamente, e se distanciam 
como uma “banana” ao longo e ao meio do diagrama. Há ainda a presença de dois pontos no gráfico, 
Ponto A e Ponto B. O Ponto A está localizado a uma concentração de 30% de Ni e temperatura 
de 1100 ºC e o Ponto B está localizado a 61% de Ni e 1320 ºC. Esses pontos serão explicados no 
decorrer do texto. Cabe ressaltar apenas que o ponto B está presente na fase α+L e contém uma 
linha paralela ao eixo X e que toca nas linhas liquidus e solidus em 53 e 67% Ni, respectivamente.
51
No diagrama de fases do sistema Cu-Ni, é possível identificar três regiões distintas, sendo L, 
α+L e α. A região L é a região na qual a liga metálica existe somente na fase líquida, a região α é 
a região na qual a liga está totalmente no estado sólido, e na região α+L a liga coexiste nas fases 
sólida e líquida. Essas regiões são delimitadas pelas linhas liquidus e solidus.
FIQUE DE OLHO
As fases sólidas de um diagrama de fases são nomeadas utilizando-se letras gregas minúsculas.
Outras informações podem ser retiradas do diagrama de fases do sistema Cu-Ni, como, por 
exemplo, a temperatura de fusão do Cu é 1085 ºC e a temperatura de fusão do Ni é 1455 ºC. 
A temperatura de fusão inicial do sistema Cu-Ni varia de 1085 a 1455 ºC linearmente com o 
aumento da concentração de Ni e a fusão só é completa ao ultrapassarmos a linha liquidus.
Agora vamos analisar as fases presentes, a composição das fases e a quantidade de cada fase 
dos pontos A e B, respectivamente.
Ponto A: O ponto A está localizado a 1100 ºC e numa concentração de 30% Ni e, portanto, 70% 
Cu e está totalmente dentro da região α. Sendo assim, a fase presente é a fase α, a composição 
da fase é a quantidade de cada elemento, portanto a fase α é composta de 30% Ni e 70% Cu. Já a 
quantidade de fase α presente é igual a 100% já que existe apenas fase α.
Ponto B: O ponto B está localizado a 1250 ºC e numa concentração de 61% de Ni e, portanto, 
39% de Cu, estando localizado na região α+L. Como coexistem duas fases dos material é 
necessário saber quanto de cada metal há em cada fase e quanto de cada fase existe no material. 
Para descobrir quanto de cada material existe em cada fase é necessário construir uma linha de 
amarração. Essa linha de amarração é uma reta paralela ao eixo X e que toda as linhas solidus e 
liquidus. Na figura podemos observar essa linha em vermelho. A linha de amarração do ponto B 
toca a linha liquidus em 53% de Ni, isso significa que a fase líquida do sistema no ponto B contém 
53% de Ni e, portanto, 47% de Cu. Já a fase α (que está além da linha solidus) contém 67% de Ni 
e, portanto, 33% de Cu.
Para determinar a quantidade de cada fase presente para esse sistema, é necessário 
aplicar método chamado de regra da alavanca. Nesse método continuamos utilizando a linha 
de amarração desenhada na etapa anterior e a consideramos como dois segmentos de reta 
separados pelo ponto B e um segmento composto pela linha de amarração inteira.
52
Sendo assim, temos um segmento de reta que vai do 53 até o 61 (61-53 = 8), um segmento 
de reta que vai do 61 ao 67 (67-61 = 6) e outro segmento que vai do 53 ao 67 (67-53 = 14) 
que é o valor do comprimento da linha de amarração. Agora, para determinar a quantidade da 
fase α basta dividir o segmento de reta que não toca em α (por isso alavanca invertida) pelo 
comprimento da linha de amarração, ficando (61-53)/(67-53) = 0,5714 que vezes 100 para dar a 
resposta em porcentagem dá 57,14% α.
Já, para calcular a quantidade da fase líquida considera-se o segmento de reta que não toca a 
fase a líquida dividido pelo comprimento da linha de amarração, ficando (67-61)/(67-53) = 42,86% L.
FIQUE DE OLHO
A linha de amarração, utilizada na determinação da composição das fases de um sistema, e a 
regra da alavanca, utilizada para determinar a quantidade de cada fase presente para um sistema, 
só são utilizadas quando existem duas fases em equilíbrio porque quando há apenas uma fase 
não temos união de fases diferentes. Tanto a composição das fases quanto a quantidade das fases 
deve somar 100%.
Cabe ressaltar que as propriedades mecânicas das ligas isomorfas são alteradas pela 
composição do liga. Abaixo do ponto de fusão do componente com ponto de fusão mais baixo 
existe uma única fase sólida e a adição de um elemento na formação da solução sólida eleva a 
resistência mecânica e a dureza do sistema, enquanto que a ductibilidade diminui (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016). No caso do sistema Cu-Ni o valor máximo de resistência mecânica e mínimo 
de ductibilidade ocorre com 67% de Ni e 33% de Cu, que é a concentração que permite obter o 
máximo de endurecimento pela formação da solução sólida (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
Quanto à microestrutura final do material cabe ressaltar que é dependente da temperatura 
de resfriamento. Com o resfriamento lento a formação das fases α se dá de forma homogênea 
independentemente da concentração da liga. Com o resfriamento rápido, entretanto, não 
há tempo para que as fases se formem de forma homogênea, uma vez que o equilíbrio não é 
estabelecido, e a difusão dos átomos é dificultada. Neste caso, há formação de uma estrutura que 
chamamos de estrutura zonada, na qual se formam regiões com diferentes concentração de cada 
elemento ao longo do material, ou seja, a distribuição do tamanho dos grãos não é uniforme. Essa 
situação leva à formação de material com propriedades inferiores às propriedades esperadas 
para o material (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
53
5.3 Diagramas de fases eutéticos binários
Outro tipo comum de diagrama de fase é o diagrama de fase eutético. Os sistemas Cu-Ag, 
Pb-Sn são puramente eutéticos, enquanto que outros diagramas possuem ponto eutético além 
de outras reações presentes. A diferença para os sistemas isomorfos é que no sistema eutético 
aparecem três regiões sólidas, α, β, e α+β. Essas três regiões são microestruturalmente visíveis 
para os materiais. A fase α será rica em um dos metais enquanto que a fase β será rica no outro 
metal e a fase α+β terá os dois materiais fazendo parte (CALLISTER e RETHWISCH, 2016). A figura 
abaixo ilustra o diagrama de fases para o sistema Cu-Ag.
Figura 8 - Diagrama de fases do Cu-Ag 
Fonte: Adaptado de Callister e Rethwisch, 2016.
#PraCegoVer: Na imagem “Diagrama de fases do Cu-Ag” temos um diagrama de fases do 
sistema Cu-Ag onde no eixo X podemos observar o aumento da concentração de Ag em % e 
no eixo Y a Temperatura em ºC. Há seis regiões distintas, sendo que a baixas temperaturas 
temos o estado α para baixas concentrações de Ag, α+β para a maior parte da concentração 
da liga e β para concentrações maiores de Ag. À medida que aumenta a temperatura, temos 
uma região α + L entre as regiões α, L e α+β para concentrações até 71,9% de prata a 770 ºC 
que é o ponto eutético do gráfico; e uma região β+L que está entre as regiões L, β e α+β. Por 
último, para temperaturas maiores em qualquer concentração da liga temos a região L. Três linhas 
delimitantes são destacadas na imagem. A linha solvus que delimita as fases αda α+β; a linha 
solidus que delimita α de α+L e a linha liquidus que delimita α+L de L.
54
A determinação das fases presentes, composição e quantidade de cada fase permanece da 
mesma que já explicado para o diagrama de Cu-Ni. Se o ponto de análise estiver em uma das três 
regiões bifásicas, sendo elas α+β, α+L ou β+L é necessário desenhar a linha de amarração e fazer 
o cálculo da regra da alavanca normalmente. A novidade neste tipo de gráfico é a linha solvus 
que delimita as fases sólidas α de α+β mostrada na Figura e α+β de β. Essas linhas representam 
os limites de solubilidade das fases envolvidas. Outra novidade é a presenta de uma passagem 
direta do estado líquido para o estado sólido formando duas fases que ocorre a 71,9% de Ag. Esse 
ponto é chamado de ponto eutético e sempre ocorre na menor temperatura possível, sendo este 
um ponto interessante para o processo de fabricação de materiais. O sistema Pb-Sn, por exemplo 
possui um ponto eutético em 61,9% de Sn a 183 ºC, o que faz com que esse material tenha sido 
utilizado como solda durante tanto tempo, uma vez que a temperatura de fusão do sistema é 
baixa (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
O resfriamento de ligas eutéticas, hipoeutéticas ou hipereutéticas forma compostos com 
microestruturas totalmente diferentes. No ponto eutético, a passagem do líquido para α+β se 
dá sem a formação individual de uma das fases (α ou β). Assim, os grãos formados geralmente 
apresentam lamelas de fase α e lamelas de fase β intercaladas.
Se o sistema for hipoeutético, isso é, de concentração abaixo do ponto eutético, uma fase 
α será formada inicialmente no contorno de grão, que é a parte mais sensível a alterações de 
energias, pois o resfriamento passará pela região α+L. Só depois é que a fase β será formada, e 
a fase α continuará sendo formada na forma de lamelas de α e lamelas de β no centro do grão.
Se o sistema for hipereutético, de concentração acima do ponto eutético, a formação será 
semelhante ao hipoeutético, mas quem se formará inicialmente nos contornos de grãos será a fase β.
Um dos diagramas de fases mais importantes é o diagrama de fases do sistema Fe-C que 
também apresenta ponto eutético.
5.4 Diagramas de fases do sistema Fe-C
Um dos diagramas de fase mais importantes para estudar é o diagrama do sistema Fe-C, uma 
vez que há imensa importância desse material como matéria-prima na indústria. Uma infinidade 
de aços existe, mas nosso intuito aqui é defini-los em função das fases que apresentam.
55
Assista aí
A figura “Diagrama de fases do Fe-C” mostra o diagrama de fases do sistema Fe-C.
Figura 9 - Diagrama de fases do Fe-C 
Fonte: Elaborado por Kartbert, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Diagrama de fases do Fe-C” temos um diagrama de fases do sistema 
Fe-C de 400 a 1600ºC e para uma concentração máxima de carbono de 6,67%. É possível ver todas 
as suas fases características, como ferrita α a baixas temperaturas e baixas concentrações de 
carbono, a fase austenita γ em temperaturas intermediárias e composição máxima de 2,14% de 
carbono, a fase ferrita-δ em elevadas temperaturas, a fase cementita Fe
3
C em 6,67% de carbono, 
e a fase líquida para temperaturas elevadas. Além disso há regiões no diagrama para todas as 
fases binárias e um ponto eutético em 4,30% de carbono com passagem do líquido para γ+Fe
3
C e 
um ponto eutetóite em 0,8% de carbono com a passagem de γ para α+Fe
3
C. No diagrama ainda 
56
são mostradas as fases secundárias formadas a partir do tipo e da velocidade de resfriamento 
escolhido para o material, tais como as fases perlita e a ledeburita. Ainda é possível verificar 
as transformações de fase do ferro de ferrita-α para austenita e de austenita para ferrita-δ e 
suas respectivas variações de estrutura cristalina. É possível ver também as principais aplicações 
do sistema Fe-C em função da concentração de carbono presente, como engrenagens para 
concentrações de 0,6% de carbono e molas para concentrações de 0,8% de carbono.
A figura “Diagrama de fases do Fe-C” é uma figura bastante rica de informações. Nela vemos 
as diferentes fases cristalinas que o ferro possui, vemos o diagrama de fases, e vemos as principais 
aplicações do aço em função da concentração de carbono. Portanto, é necessário analisarmos 
individualmente cada uma dessas partes.
Primeiramente, o ferro puro ao ser aquecido sofre transformações de fases que alteram a sua 
estrutura cristalina. As fases e as temperaturas são:
• De 0 a 911 ºC: Ferrita α de estrutura CCC.
• De 911 a 1382 ºC: Austenita γ de estrutura CFC.
• De 1382 a 1539 ºC: Ferrita δ de estrutura CCC.
• Acima de 1539 ºC: líquido.
Um fato interessante é que a ferrita α sofre uma alteração com a temperatura de 768 a 911 
ºC que não chegar a alterar a célula cristalina, porém altera o tamanho da célula que passa a ter 
aresta de 2,9 Angstron ao invés de 2,88 Angstron. O mesmo podemos ver para a fase ferrita δ que 
tem aresta igual a 2,93 Angstron.
No diagrama de fases vemos presentes todas as fases unárias do sistema, sendo elas 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
Ferrita: Fe-α, fase rica em ferro e que por isso é macia e mole;
Cementita: Fe
3
C a 6,67% de carbono, que é dura e frágil;
Austenita: Fe-γ que exerce um papel importante no tratamento térmico de aços em 
função da temperatura em que ocorre;
Perlita: α + Fe
3
C que ocupa a maior parte do diagrama na temperatura de uso dos aços 
e ferros fundidos e que possui propriedades intermediárias a ferrita e à cementita.
57
No diagrama é possível observar um ponto eutético em 4,30% de carbono com passagem do 
líquido para γ+Fe
3
C e um ponto eutetóite em 0,8% de carbono com a passagem de γ para α+Fe
3
C. 
Esse ponto eutetóite é essencial para a determinação da temperatura e tipo de tratamento térmico 
realizado nos aços em função da concentração de carbono.
FIQUE DE OLHO
Os cruzamentos de pontos do diagrama de fases do sistema Fe-C auxiliam na classificação dos 
aços e ligas ferrosas da seguinte forma (CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
• ferro comercial: até 0,008% de C.
• aço: de 0,008 a 2,14% de C.
• ferros fundidos: de 2,14 a 6,7% de C.
• ferros fundidos comerciais: de 2,14 a 4,5% de C.
Por último vemos no gráfico algumas aplicações do sistema Fe-C em função da concentração 
de carbono presente, como engrenagens para concentrações de 0,6% de carbono e molas para 
concentrações de 0,8% de carbono.
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Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• conhecer os tipos de deformação dos materiais sendo elas elásticas, anelásticas 
ou plásticas;
• aprender sobre o principal tipo de ensaio mecânico mais utilizado para a obtenção 
das propriedades mecânicas dos materiais, o ensaio de tração, como ele é realizado 
e sobre as propriedades mecânicas mais importantes obtidas por meio do ensaio que 
são a rigidez, a ductilidade e a resistência mecânica.
• entender como as propriedades mecânicas são obtidas por meio da análise de 
cada ponto da curva de tensão-deformação e sobre a importância de cada uma delas;
• rever os conceitos estruturais dos materiais, principalmente sobre as discordâncias 
e compreender os tipos de mecanismos de aumento de resistência mecânica através 
do controle da movimentação das discordâncias;
• conhecer os principais diagramas de fases existentes e as informações que podem 
ser retiradas deles.
PARA RESUMIR
ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Pesquise por normas, cursos e publi-
cações ABNT. Disponível em: http://www.abnt.org.br/pesquisas/?searchword=mate-
riais&x=0&y=0. Acesso em: 13 fev. 2020.
ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Materiais metálicos — Ensaio de 
Tração, Parte 1: Método de ensaio à temperatura ambiente. 2013.
ASKELAND, D.R.; WRIGHT, W.J. Ciência e Engenharia dos Materiais. 3ª edição. São 
Paulo: Cengage Learning, 2016.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdu-
ção. 9ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
FILHO, E. B.; ZAVAGLIA, C. A. C.; BUTTON, S. T.; GOMES E.; NERY, F. A. C. Conformaçãoplástica dos metais. Campinas-SP: Editora da Unicamp, 1991.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
UNIDADE 3
Conformação mecânica e 
tratamento térmico
Introdução
Olá!
Você está na unidade Conformação mecânica e tratamento térmico. Conheça aqui a 
conformação mecânica a quente e a frio. Alguns processos como: laminação, forjamento, 
extrusão, trefilação e estampagem. Serão apresentados também os tratamentos térmicos 
e o revenido, os quais são utilizados para melhorar as propriedades mecânicas dos 
materiais.
Os metais ou materiais utilizados na engenharia para se transformarem nos produtos 
acabados ou peças mecânicas passam por certas transformações ou processos. Um dos 
processos para a fabricação do produto acabado é a conformação mecânica onde lingotes 
de metais são transformados em matéria prima na forma de chapas, tubos, filamentos, 
blocos, perfis etc.
Os lingotes são preparados a altas temperaturas para serem processados na 
conformação mecânica. Neste caso, dizemos que o material passou por uma conformação 
a quente. Do contrário, conformação a frio. Estes materiais ao serem trabalhados na 
conformação mecânica acumulam tensões residuais ou adquirem dureza ou se tornam 
menos dúctil. Para corrigir estes problemas e melhorar as propriedades mecânicas dos 
materiais metálicos recorremos aos tratamentos térmicos.
Bons estudos!
63
1. CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Neste tópico é abordado o processo relacionado a conformação mecânica, ou seja, o material 
sofre deformação plástica durante a etapa na qual é transformado em produto nos processos 
de fabricação. A conformação neste tópico está relacionada com o processo de conformação 
de corpos metálicos. Não são tratados aqui os processos de fabricação envolvendo fundição, 
soldagem e metalurgia do pó.
Existem diversos processos de conformação mecânica. Por isso, também é possível classificá-
los em diferentes maneiras. Pode-se tratá-los como processo mecânico ou processo metalúrgico. 
A diferença básica entre eles está no estado em que o material se encontra se liquefeito ou não. 
No processo mecânico há a ocorrência da deformação pois o material está sujeito a forças e 
tensões externas, e pode estar sob altas temperaturas, entretanto no estado sólido. BRESCIANI 
FILHO et. al. (2011, p. 12) comentam que para o processo metalúrgico “as modificações de forma 
podem estar relacionadas também às tensões externas, e às vezes em altas temperaturas, mas 
com liquefação do metal (como no processo de fundição) ou com a difusão de partículas metálicas 
(como no processo de sinterização)”. Outro processo de fabricação que sofre conformação 
plástica é a usinagem, onde as tensões ultrapassam ao limite de resistência à ruptura do material 
e são considerados também processo de conformação mecânica.
Uma outra forma de analisarmos os processos de conformação mecânica está relacionada à 
temperatura de trabalho. Assim, se o processo de conformação mecânica ocorre acima da temperatura 
de recristalização do metal dizemos que é um processo a trabalho a quente. Por outro lado, denominamos 
processo de trabalho a frio, se o processo ocorrer abaixo da temperatura de recristalização.
A conformação mecânica está relacionada ao processamento mecânico de um material 
metálico alterando sua forma sem a ocorrência de fusão. Geralmente busca-se com estes processos 
um acabamento superficial, retrabalhar a forma e as dimensões, do produto acabado, além de 
melhorar as características mecânicas do material controlando suas propriedades mecânicas.
A mudança na forma se dá por aplicações de forças, através de determinados equipamentos 
específicos, levando o material a deformar-se plasticamente.
Algumas técnicas de conformação mecânica como: laminação, forjamento, extrusão, 
trefilação e estampagem são abordadas neste tópico. Bem como, se o processo de deformação, 
será considerado como trabalho a quente ou trabalho a frio.
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1.1 Trabalho a quente
Os materiais antes de serem processados nas etapas de fabricação que envolvem a 
conformação metálica, eles são preparados em fornos de fundição, onde os elementos ou 
componentes da liga são adicionados, misturados com ferro etc. A preparação consiste também 
na redução e na eliminação de impurezas impróprias da mistura do aço e suas ligas. A partir desta 
etapa o material é preparado em lingotes ou tarugos para a produção de folhas, chapas de aço ou 
material semiacabado com o perfil ou seção transversal desejado como: tubular, retangular, perfil 
I, perfil T ou em formatos especiais de acordo com o projeto da peça.
Estes produtos semiacabados são utilizados em outras etapas nas quais são reprocessados 
para adquirirem o formato final do produto. Nesta etapa muitas vezes os lingotes são processados 
a quente, ou seja, são trabalhados a quente ou mais especificamente são deformados a quente.
Callister e Rethwisch (2020) definem trabalho a quente o processo no qual “a deformação 
é obtida em uma temperatura acima daquela no qual ocorre a recristalização”. Temperatura de 
recristalização é a “temperatura na qual ocorre a recristalização total do material no intervalo 
de tempo de uma hora” (Newell, 2016). A recristalização ocorre com a nucleação de grãos nos 
contornos dos subgrãos.
A conformação mecânica pode provocar encruamento no material, e no processo do trabalho 
a quente ocorre a recristalização do metal, o que ajuda a eliminar tal encruamento do metal.
Como neste processo se trabalha com altas temperaturas é possível grandes deformações. 
Mesmo porque o material se mantém maleável e com baixa resistência ou dureza. Entretanto, 
efeitos negativos podem ocorrer como uma superfície oxidada e baixo acabamento.
1.2 Trabalho a frio
Na conformação a frio também se utiliza os lingotes, perfis, chapas semiacabados metálicos 
para a fabricação de produtos ou peças. O trabalho a frio ocorre abaixo da temperatura de 
recristalização. Os efeitos no trabalho a frio ocorrem de maneira diferente, ou seja, o material 
tende a encruar pois é mais resistente e menos dúctil. Lembrando que o encruamento ocorre sob 
o efeito da deformação a frio causando maior dureza no material em função das discordâncias ou 
defeitos. Obtém-se neste caso, um acabamento superficial melhor e maior resistência mecânica 
além de dimensões com melhor qualidade. BRESCIANI FILHO et. al. (2011) relatam que “o 
trabalho a frio permite aumentar a resistência mecânica de certos metais não ferrosos que não 
são endurecidos por tratamentos térmicos”.
65
FIQUE DE OLHO
Analisamos os processos de conformação mecânica, tais como o trabalho a quente e trabalho 
a frio. No trabalho a quente sabemos que a temperatura tem influência na deformação, existe 
a mobilidade das discordâncias e a energia para a deformação é menor. No trabalho a frio pode 
ocorrer o encruamento do material.
Mas, há possibilidade também do trabalho morno, onde há a ocorrência sem a formação de novos 
grãos, ou seja, sem a recristalização. Maiores informações podem ser obtidas no artigo “Aspectos de 
Temperatura na Conformação” publicado pelo CIMM – Centro de Informação Metal Mecânica.
Conforme é verificado no conteúdo do tópico e no trabalho apresentado no artigo “Aspectos 
de Temperatura na Conformação” publicado pelo CIMM – Centro de Informação Metal Mecânica”, 
o engenheiro necessita estudar as teorias e buscar informações em revistas especializadas no 
assunto para atualizar-se sobre as recentes pesquisas realizadas na área.
1.3 Processos de conformação mecânica
Os processos tratados neste tópico incluem os relacionados com a ocorrência de deformação 
plástica dos materiais. Dentre os principais temos: laminação, extrusão, trefilação, estampagem 
e forjamento.
Os materiais preparados para os processos acima passam primeiramente pelas etapas de 
fabricação de aços ou ligas. O aço ou liga são compostos pelo carvão, minérios de ferro, coque ou 
elementos específicos para materiais especiais. Estes materiais são misturados e são aquecidos 
em fornos para o processo de fundiçãoe seguem então para moldes onde são preparados os 
lingotes. A partir do qual serão produzidos na forma bruta em tarugos, blocos, placas e barras e 
assim passarão pelos processos finais dependendo do tipo de produto desejado.
A tabela “Preparação do aço ou ligas” apresenta estes processos iniciais na fabricação do aço. 
Algumas imagens também ilustram cada etapa do processo como os minérios de ferro, os fornos 
e o controle computadorizado da fabricação. Na sequência ilustra-se a produção de lingotes e a 
matéria-prima bruta na forma de tarugos, placas, tubos etc.
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Figura 1 - Preparação do aço ou ligas 
Fonte: Elaborado pelo autor Rubem Koide, A7880S; josemoraes; RicAguiar; 
David Tadevosian; zhang sheng, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Preparação do aço ou ligas” destaca-se os processos iniciais na 
fabricação de aços. Na primeira coluna são informados os elementos da composição do aço ou 
ligas: carvão, minério de ferro, elementos de ligas e uma imagem de um caminhão com minério 
de ferro, na segunda coluna descreve-se o forno para fundir os materiais e uma sala de controle 
computadorizada do forno onde engenheiros acompanham a produção, e a qualidade da mistura. 
Na terceira coluna a preparação dos lingotes a altas temperaturas, as imagens ilustram o metal 
sendo derramado do forno e uma figura com tarugos redondos sendo preparados. Na quarta 
coluna identifica-se imagens das matérias-primas brutas de barras e placas.
Após esta breve informação sobre a preparação da matéria-prima ou produtos semiacabados 
para os processos de conformação mecânica de metais iniciaremos a explicar alguns dos processos.
Vamos começar com a laminação!
A laminação é um processo no qual a matéria-prima bruta (lingotes) com uma determinada 
espessura é processada através de dois cilindros e sua espessura vai sendo reduzida ao passar 
por várias destas etapas. Os laminadores, equipamentos utilizados na laminação, dependem 
do arranjo e da quantidade de cilindros projetados para a operação. Nesse processo uma força 
67
de compressão atua diretamente sobre a peça ocasionando sua deformação plástica. Há um 
aumento do comprimento e da largura ao serem processados entre os cilindros. Esta etapa 
repete-se, diminuindo a distância entre os cilindros, até que o produto semiacabado tenha 
alcançado a espessura desejada. Newell (2016) define que “a laminação envolve reduzir a 
espessura de uma chapa metálica pressionando-a entre matrizes”. Portanto, os cilindros exercem 
forças de compressão nos lingotes que passam a sofrer deformação plástica. Esta deformação 
plástica ocorre na direção da largura e longitudinalmente alterando então a seção transversal 
da peça pois sua espessura também sofre redução. A intensidade da deformação depende da 
forma inicial e se a laminação é a quente ou a frio. Para barras a deformação é maior na largura e 
no sentido longitudinal, enquanto para placas a deformação plástica é menor na espessura, mas 
prevalece na direção longitudinal.
A tensão de laminação pode ser definida como a carga de laminação dividida pela área de 
contato entre o cilindro e a peça. A carga de laminação correspondente a força normal atuando 
sobre a superfície de contato. Na mecânica do processo de laminação há também a força de atrito, 
e a velocidade tangencial atuando no contato cilindro/peça. Portanto, para um processamento 
adequado do processo de laminação requer um estudo da velocidade, da força atuante, das 
tensões e da geometria do produto semiacabado a ser transformado em produto ou peça.
Este processo pode ser do tipo laminação a quente e laminação a frio. Na laminação 
a quente, espessuras podem ser reduzidas com mais facilidade e com dimensões maiores. 
Geralmente, os lingotes são reduzidos para folhas e posteriormente para placas. Smith e Hashemi 
(2012) informam que para o aço “os lingotes são pré- aquecidos a temperaturas elevadas em um 
forno com cerca de 1200 ºC”. Os vários passos pelos quais os lingotes passam são denominados 
de trem de laminação.
Caso durante o processo a temperatura do lingote fique abaixo do necessário para a 
laminação, estado no qual a laminação a quente não apresenta fácil deformação, adota-se o 
reaquecimento dos lingotes. A laminação continua até que se obtenha espessuras adequadas 
para que seja possível enrolar em bobinas.
Na laminação a quente, a temperatura de trabalho no processo de conformação é acima 
da temperatura de recristalização, favorecendo a redução à resistência a deformação plástica, 
além de diminuir também o encruamento. Este processo torna-se as vezes sendo uma etapa 
intermediária ou de preparação durante a produção do produto acabado. Por exemplo, para 
serem processadas na laminação a frio.
Na laminação a frio, “o processo ocorre abaixo da temperatura de recristalização e, obtém-se 
o encruamento do metal”, conforme ressaltam Smith e Hashemi (2012). Neste caso, a resistência 
a deformação plástica é maior e o encruamento passa a ocorrer nas peças, portanto, reduções 
maiores da seção transversal não são possíveis. Por isso, após a laminação a frio pode ser 
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necessário o recozimento, um tratamento térmico, para diminuir a dureza e o encruamento do 
material, tornando-o mais maleável. Então, o material é trabalhado a frio, ou seja, em temperatura 
ambiente, passando por trens de laminação para a produção de chapas de materiais.
Chapas, placas, bobinas e alguns perfis são obtidos na laminação a frio. Callister e Rethwish 
(2020) comentam que “formas circulares, vigas I e trilhos de trem, são fabricadas usando cilindros 
com ranhuras”. Normalmente, na laminação a frio obtém-se um acabamento superficial melhor 
por isso é indicada como etapa final do processo de conformação mecânica.
A figura “Laminação” mostra o lingote, os laminadores, o processo de laminação e alguns 
produtos após a laminação. O processo de laminação ilustra alguns equipamentos para o 
processamento da laminação partindo dos lingotes. A figura mostra também alguns produtos da 
laminação: bobinas, chapas, barras e perfis.
Figura 2 - Laminação 
Fonte: Elaborado pelo autor Rubem Koide; Macrovector, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Laminação” temos na primeira coluna um lingote aquecido, a 
segunda coluna ilustra a laminação através de equipamentos para a laminação (laminadores), 
laminadora de placas, bobinadeira de chapas e a terceira coluna produtos finais da laminação, 
como: perfis com formato I, barras com seção transversal retangular, bobinas de chapas aço.
Trataremos agora do forjamento!
O forjamento é um processo no qual o material é conformado por forças compressivas através 
de determinadas matrizes e tendem a escoar na direção das superfícies. Usualmente utilizadas 
em barras previamente aquecidas ou em parte da barra.
As peças forjadas são obtidas a partir de processos envolvendo o impacto através de golpes 
(martelamento) sobre a matéria-prima ou através da prensagem da matéria-prima de forma 
a moldar o produto. Portanto, para este último processo é necessário moldes ou matrizes 
para formatar a peça. Forças são aplicadas sobre as matrizes que deformam a matéria-prima 
conformando-a com a geometria desejada, que normalmente tem uma geometria complexa.
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O processo de forjamento é realizado através de algumas operações básicas como o recalque, 
o estiramento e o alargamento. BRESCIANI FILHO et. al. (2011, p. 83) explicam estas etapas 
descrevendo que “no recalque o material escoa no sentido transversal da peça. Na operação 
de estiramento, devido às pancadas sucessivas, o material escoa na direção do eixo da peça, 
alongando-a. Ocorre, contudo simultaneamente, uma expansão perpendicular ao eixo, ou seja, 
um alargamento. Um exemplo típico de estiramento é a transformação de uma barra de seção 
redonda em barra de seção hexagonal ou quadrada.”
Devido a forma com que peças forjadas são processadas a deformação plástica não beneficia 
as propriedades mecânicas do material. Por este motivo, produtos fabricados com este processo, 
requerem tratamentostérmicos, geralmente para metais o recozimento e a normalização. As 
vantagens do tratamento térmico para produtos forjados metálicos são: a redução das tensões 
internas, uma homogeneização da microestrutura, e a melhora na sua usinabilidade, caso 
requeiram do processo de usinagem nas etapas de produção.
O recozimento é um tratamento térmico aplicado para refinar os grãos, eliminar as tensões 
internas e tornar o material forjado mais dúctil. Trata-se de aquecer o aço forjado na temperatura 
variando de 750 a 900 oC, e resfriá-lo lentamente. A normalização é utilizada para refinar mais 
ainda o grão e remover as tensões internas através também do aquecimento da peça em um 
forno e realizar o resfriamento em ambiente natural. Smith e Hashemi (2012) também apontam 
que as peças forjadas “necessitam ser trabalhadas com o objetivo de propiciar uma melhor 
estrutura, através da redução da porosidade e do refino da estrutura interna (refino dos grãos)”.
Callister e Rethwish (2020) informam que “os itens forjados, chaves, ferramentas, virabrequins, 
apresentam estruturas de grãos excepcionais e melhor combinação de propriedades mecânicas”.
Para que o processo de forjamento ocorra em boas condições necessita-se de uma temperatura 
de forjamento, diferença entre as temperaturas inicial e final do forjamento, adequada. A temperatura 
de forjamento melhora a forjabilidade do material em função de uma deformação elevada durante 
o processo. BRESCIANI FILHO et. al. (2011, p. 85) destacam que “os metais não ferrosos com base 
em ligas de cobre e de alumínio são forjados nas temperaturas entre 300 e 800 oC, e os aços nas 
temperaturas entre 800 e 1100 oC, dependendo das composições desses materiais”.
Como existem diferenças na resistência mecânica e na ductilidade entre as peças forjadas 
a frio e as forjadas a quente, principalmente devido ao encruamento nas peças forjadas a frio, 
aumentando a resistência mecânica e diminuindo a ductilidade. Em função disso e de uma análise 
de custo/benefício pode-se as vezes substituir o aço- liga forjado a quente por um material de 
aço-carbono forjado a frio.
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A prevenção de defeitos superficiais (rugosidades, trincas, rebarbas, incrustações de óxidos 
etc.) ou no acabamento superficial, também apresentam diferenças se o processo é a quente ou 
frio. No forjamento a frio estes problemas tendem a ser menores.
A figura “Forjamento” traz uma ilustração da matéria-prima a ser forjada, um tarugo, e os 
equipamentos a serem utilizados para o martelamento ou prensagem e uma imagem da peça 
conformada por forjamento.
Figura 3 - Forjamento 
Fonte: Elaborado por Macrovector, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Forjamento” notamos a matéria-prima pré-moldada na forma 
de tarugo na primeira coluna. Na coluna seguinte tem-se um equipamento para o forjamento, 
que pode ser processada por impacto ou prensa. Na terceira coluna a imagem de uma peça 
semiacabada forjada, com formato de eixo com diâmetro menor nas duas extremidades e 
diâmetro maior na parte central.
A extrusão é o próximo processo.
No processo de extrusão a matéria-prima, ou barras pré-preparadas são forçadas através de 
uma seção de uma matriz para conformar a geometria da peça final. Ou seja, tarugos ou lingotes, 
são forçados por forças de compressão, conduzidos por pistões pneumáticos ou hidráulicos, a 
passar através de uma ferramenta (molde) e sair em outra extremidade com uma seção desejada. 
À semelhança do forjamento necessita-se também de uma matriz para conformar um produto 
na forma acabada que apresentará a geometria da seção transversal. Exemplos destas peças são: 
barras, tubos, e outras produtos com seção transversal diversas, e de grandes comprimentos.
Uma análise mecânica do processo indica que o processo de extrusão é realizado por 
compressão indireta, haja vista, que se trata das paredes internas da ferramenta provocando 
forças de compressão sobre o lingote ou tarugo.
A extrusão pode ser direta ou indireta, dependendo da forma de atuação do pistão. No caso direto 
o pistão atua diretamente sobre o tarugo, forçando sua passagem pela ferramenta, ocasionando o 
71
atrito entre as partes (tarugo e recipiente de extrusão). Por outro lado, na extrusão indireta, o 
recipiente com o tarugo é que avança, fixando o pistão, portanto sem a ocorrência do atrito.
O equipamento ou máquina utilizado no processo de extrusão, a extrusora, é uma prensa 
hidráulica com acionamento hidropneumático ou oleodinâmico. Conforme BRESCIANI FILHO et. 
al. (2011, p. 39) “a prensa de extrusão é essencialmente um conjunto cilindro-pistão hidráulico, 
em que o cilindro necessita de constante alimentação de líquido sob pressão para movimentar 
o pistão. A alimentação do cilindro pode se dar com o auxílio de uma bomba hidráulica, que 
mantém a velocidade do pistão necessária à extrusão”.
O tarugo ou lingote ao passar pela extrusora, nome dado ao equipamento de extrusão, sofre 
deformação plástica ao ter a sua seção transversal ser reduzida, entretanto sem a ocorrência do 
encruamento, porque o processo de extrusão é a quente, cuja temperatura de trabalho é acima 
da temperatura de recristalização do metal. Smith e Hashemi (2012) comentam que “a maior 
parte dos metais são extrudados a quente, já que a resistência à deformação do metal é menor 
do que se fosse a frio”. Portanto, o material produzido a partir deste processo apresenta boas 
propriedades mecânicas e pode ser utilizado em operações de trabalho a frio em uma etapa 
posterior se necessário.
A extrusão vem sendo utilizada em metais não ferrosos, ao invés da laminação, para a 
obtenção dos diversos perfis do produto acabado, embora haja limitação no comprimento da 
peça. Este procedimento vem sendo adotado, principalmente, porque o processo permite obter 
um produto mais homogêneo, com menos oxidação superficial e de melhor qualidade em termos 
estruturais e dimensional.
Entretanto, BRESCIANI FILHO et. al. (2011, p. 38) nos informam algumas desvantagens da 
extrusão em relação a laminação, como por exemplo “custo maior de aquisição de equipamento, 
limitação de comprimento do perfil, velocidade de trabalho menor e maior desuniformidade de 
deformação ao final do processo”.
Normalmente, os produtos da extrusão são barras de diversas seções transversais, como: circular, 
quadradas, hexagonais etc. Além dos arames, tubos e outras seções transversais maciças ou ocas.
Muitos destes produtos são de alumínio, de cobre e suas ligas ou outros metais não ferrosos 
também podem ser produzidos por extrusão embora com menos frequência. Os não ferrosos 
são apropriados para serem utilizados no processo de extrusão em função de suas temperaturas 
menores de fusão. Entretanto tem sido possível também extrudar ligas de aços. Por exemplo 
tubos e barras de aço, mas devido a problemas operacionais sua produção torna-se limitada. 
Por requererem temperaturas e pressões elevadas de trabalho o que tornam as operações mais 
lentas e além de problemas encontrados na lubrificação.
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Em relação as propriedades mecânicas das peças extrudadas elas apresentam tamanhos 
de grãos diferentes e não são semelhantes em todas as seções transversais do produto pois o 
fluxo do material ao passar pela ferramenta estará sob condições diferentes de trabalho ou se o 
processo de extrusão é direto ou indireto e com lubrificação ou não.
Na figura “Extrusão” são mostradas a matéria-prima na forma de barra circular para o início 
do processo de extrusão, A extrusão de uma peça na forma tubular e alguns produtos com seções 
transversais diversas obtidas com a extrusão: tubos e barras compridas.
Figura 4 - Extrusão 
Fonte: Fonte: Elaborado por zhang sheng; Kostin, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Extrusão” são apresentadas o processo de extrusão com imagens 
de longas barras redondas da matéria-prima na primeira coluna, na sequência a extrusão de um 
tubo e na última coluna perfis de barras com seção transversal circular e tubos de diâmetros e 
espessuras variados.
Vamos agora estudar um poucode trefilação!
Bresciani Filho et. al. (2011, p. 48) definem a trefilação como “um processo de conformação 
plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio (ou barra ou tubo) através de uma 
ferramenta (fieira), que contém um furo em seu centro, por onde passa o fio. Esse furo tem o 
diâmetro decrescente, e apresenta um perfil na forma de funil curvo ou cônico”. Este processo é 
geralmente utilizado na produção de fios, arames, barras e tubos de diâmetros menores.
O produto semiacabado que é utilizado inicialmente na trefilação é normalmente o arame, 
podendo ser barras ou tubos. O arame, tubo ou barra é produzido com o processo de laminação 
para metais ferrosos e não ferrosos e com o processo de extrusão para metais não ferrosos.
A temperatura de trabalho na trefilação é abaixo da temperatura de recristalização, portanto 
o encruamento estará presente, trazendo maior resistência mecânica e diminuição da ductilidade 
quando o fio passar pela fieira para a redução do diâmetro da peça.
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Como o material passará por diversas etapas (sequência sucessivas nas fieiras) durante o 
processamento da trefilação, muitas vezes é necessário o recozimentos nestas etapas intermediárias, 
o que permitirá obter um produto trefilado com as propriedades mecânicas adequadas. Smith e 
Hashemi (2012) reforçam que “quando o material encrua durante o processamento, são necessários 
tratamentos térmicos intermediários para amaciamento do material”.
A trefilação também necessita de uma matriz ou matrizes na qual a matéria-prima é tracionada 
(puxada) passando por diversas etapas até a dimensão final do produto. A força de tração é uma 
carga externa aplicada na direção axial do fio, mas os esforços atuantes na deformação são as 
forças compressivas provocadas pelas paredes da ferramenta sobre o fio quando o material 
passa através desta ferramenta. Baseado nestas forças atuantes na deformação por trefilação, 
BRESCIANI FILHO et. al. (2011) classificam este processo de compressão indireta, pois “o esforço 
externo é de tração, e o esforço que provoca a deformação é de compressão”.
O produto acabado da trefilação tem sua qualidade melhorada com o tratamento térmico de 
recozimento, evitando o encruamento e melhorando a ductilidade, mas no caso de fios busca-se 
também qualidades como a resistência à corrosão, resistência a ruptura, qualidades metalúrgicas, 
acabamento superficial e as propriedades elétricas que são fundamentais neste caso.
A figura “Trefilação” apresenta os procedimentos para o processo de trefilação. Inicia-se com 
a preparação da matéria-prima, fios, barras ou tubos a serem trefilados. Tem-se uma figura com 
um fio sendo puxado e outra com a bobina de fios já trefilados.
Figura 5 - Trefilação 
Fonte: Elaborado por zhang sheng; KDR In-Focus Productions, TheHighestQualityImages, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Trefilação” podemos identificar, na primeira coluna, barras 
circulares da matéria- prima a ser trefilado. Na segunda coluna temos a apresentação do 
processo de trefilação, na qual, uma barra circular é tracionada e tem seu diâmetro reduzido 
nesta conformação. Já na terceira coluna tem-se uma bobina de material trefilado.
Outros processos podem ser usados para conformar peças como a estampagem e a dobramento 
de peças. A estampagem é utilizada para produzir peças com geometrias côncavas, por exemplo 
74
copos. Também utiliza uma matriz ou ferramental para moldar as peças e um punção para pressioná-
la no molde. A conformação plástica por estampagem, geralmente parte de uma chapa, ou partes 
de uma chapa processada por um corte anteriormente. O produto pode as vezes passar por uma 
reestampagem para fabricar completamente a peça. Este processo pode ser dividido em dois tipos: 
estampagem profunda (embutimento ou estiramento) e conformação em geral.
No primeiro tipo estão incluídos os processos de estampagem e reestampagem de copos, 
caixas e painéis, com a utilização de ferramentas posicionadas em prensas para fabricá-las. 
No segundo grupo estão os processos de dobramento, enrolamento, conformação de tubos, 
flangeamento, rebordamento etc., os quais são processadas em prensas viradeiras, rolos 
conformadores ou equipamentos específicos com ferramentas de conformação mecânica.
As características dos diversos processos de estampagem estão diferenciadas na forma 
pretendida do produto acabado, por exemplo, o dobramento é caracterizado por permitir dobras 
em qualquer ângulo. Se este dobramento for realizado em uma determinada pequena área 
ou em uma região pequena na extremidade da peça recebe o nome de flangeamento; caso o 
dobramento seja realizado em toda a borda da chapa, tem-se o rebordamento.
No caso da conformação em geral, conforme frisam BRESCIANI FILHO et. al. (2011) “estão 
presentes, na zona de deformação da peça, esforços de flexão que dobram a região a ser 
deformada, criando tensões de tração numa superfície e de compressão na superfície oposta.”
O processo de estampagem ocorre por conformação a frio cuja matéria-prima são 
semiacabados originadas da laminação como laminados de aços, alumínio, cobre e suas ligas.
Quando se parte de um produto na forma de uma tira, observa-se esforços que provocam flexão 
e deformação do material, formatando a peças de modo que se tem duas superfícies concorrentes e 
em ângulo onde na junção verifica-se um raio de concordância. Assim, as forças concentram-se nesta 
região de concordância das superfícies. Onde nesta região interna ocorrem as forças de compressão 
enquanto na externa cargas de tração. A atuação destas forças causa a deformação plástica na região 
do dobramento acarretando uma diminuição da espessura nesta região sob o efeito da tração, e um 
aumento na largura da chapa sob efeito dos esforços de compressão. Assim, os efeitos sobre a peça são 
esclarecidos por BRESCIANI FILHO et. al. (2011, p. 69) da seguinte maneira “como a largura é muito maior 
que a espessura, o efeito de deformação plástica é desprezível num sentido, concentrando-se quase que 
somente ao longo da espessura, e causando pequenas distorções na seção transversal da chapa”.
As máquinas utilizadas no processo de estampagem são muito variadas. Por exemplo, as 
prensas excêntricas, prensas hidráulicas, guilhotinas e viradeiras retas, estas funcionam com 
movimento retilíneo alternativo. Já as que funcionam com movimento giratório contínuo são: as 
laminadoras, perfilhadoras etc. As ferramentas adotadas nestas máquinas são as ferramentas de 
corte, as ferramentas de dobramento e as de estampagem.
75
Lembrando que a estampagem é realizada por conformação a frio e, portanto, a resistência 
mecânica é aumentada com o encruamento, e usa-se a resistência da própria chapa para o projeto 
da peça. E como destacam BRESCIANI FILHO et. al. (2011) “é muito comum na concepção de 
peças grandes a utilização de perfis, conformados de chapas, ou nervuras ou rebaixos na própria 
peça para aumentar a rigidez”.
Na dobragem utiliza-se de uma calandra ou prensas para realizar dobras específicas nas 
chapas a serem conformadas. Na figura “Estampagem e dobramento” são apresentadas a matéria-
prima para a estampagem e dobra, em chapas ou rolos, além do ferramental ou matriz para a 
estampagem e um equipamento estampando uma peça. São mostradas também uma dobradeira 
e uma calandra processando chapas. Além dos produtos processados com estampagem ou dobra 
como copos de metal e uma lateral da porta do carro.
Figura 6 - Estampagem e dobramento 
Fonte: Elaborado por: ruhmal; Siamthai; Pixel B; Lunatictm; Yulia Grigoryeva; Antonio Truzzi; 
Andrew Bassett; Cat Scape, 2020.
#PraCegoVer: Na imagem “Estampagem e dobramento” temos na primeira coluna rolos de 
chapa metálica e chapas como matéria-prima para a estampagem e/ou para a dobradeira. Na 
segunda coluna são apresentados um ferramental ou molde para dar forma a peça com o uso de 
um punção ou prensa. Na terceira coluna a figura representa uma máquina dobradeira com um 
chapa sendo dobrada e uma calandra onde umachapa está sendo processada, e na quarta coluna 
copos de metal e a lateral de um automóvel após o processo de estamparia.
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Assista aí
2 . TRATAMENTO TÉRMICO
Este tópico aborda o tratamento térmico, suas características e algumas etapas deste 
processo relacionado a mudança da microestrutura do material variando a temperatura em 
função do tempo ou devido ao comportamento do material ao mudar de fase (diagrama de fase). 
O tratamento térmico é um processo para o endurecimento do material que busca restaurar as 
propriedades do material.
O processo no qual ocorrem as transformações de fase sujeitas ao resfriamento e aquecimento 
são estudadas como endurecimento por envelhecimento ou envelhecimento por precipitação. 
Este endurecimento está relacionado a variação das soluções sólidas. Conforme explica Newell 
(2016) este endurecimento é um “processo que emprega a variação das solubilidades de soluções 
sólidas com a temperatura para provocar a precipitação de finas partículas na segunda fase”. 
Assim, o endurecimento ocorre por solubilização na primeira fase e por precipitação na segunda 
fase. No caso da solubilização, uma fase é totalmente dissolvida na outra, após o aquecimento; e 
na precipitação o objetivo é obter partículas finas, com uma temperatura elevada.
O tratamento térmico no qual ocorre também mudanças na microestrutura do metal é 
conhecido como recozimento.
2.1 Recozimento
O recozimento é um tipo de tratamento térmico utilizado para restaurar as propriedades do 
material após passar por alguma conformação a frio que tenha alterado a sua microestrutura. 
Trata-se, portanto, de um reaquecimento do material cuja estrutura muda em função da 
temperatura. Para metais, após este processo, observa-se uma melhora na ductilidade do 
material, além de apresentar menor dureza e resistência mecânica. Para Shackelford (2008) “o 
recozimento é um tratamento térmico onde a dureza de uma microestrutura mecanicamente 
deformada é reduzida em altas temperatura”.
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O recozimento envolve três passos ou etapas (recuperação, recozimento e recristalização). 
Estes passos são detalhados a seguir.
Assista aí
3. ETAPAS DE RECOZIMENTO
Para melhor compreensão do recozimento, neste tópico, são apresentados com mais 
detalhes as etapas deste tratamento térmico. A necessidade do recozimento vem em decorrência 
dos efeitos causados pela deformação plástica (mudança na microestrutura dos grãos, 
encruamento, discordâncias). Portanto, o recozimento em metais é utilizado com o intuito de 
reverter as propriedades iniciais do material antes da conformação a frio. Ou seja, nos processos 
de laminação, forjamento, trefilação e extrusão e estampagem, o material vem a apresentar 
defeitos e discordâncias, e dureza, mas menos ductilidade, efeitos que podem ser corrigidos pelo 
tratamento térmico.
Vamos as etapas do recozimento!
3.1 Recuperação
Na etapa de recuperação o tamanho do grão diminui ou inicia-se a formação de subgrãos. 
Esses subgrãos tem origem nos grãos submetidos anteriormente por tensões. Uma consequência 
percebida na recuperação é o aumento da condutividade elétrica, entretanto não causa muita 
mudança nas propriedades mecânicas (dureza e resistência). Mas, existe um ganho na ductilidade 
no processo de recuperação com a nova restruturação do material metálico.
Como destacam Smith e Hashemi (2012), “parte da energia gasta durante a deformação é 
armazenada no material sob a forma de discordâncias e outros defeitos”. Então, com o aumento 
da temperatura durante o tratamento térmico ocorre o movimento das discordâncias diminuindo 
parcialmente esta energia interna e consequentemente reconfigurando estas discordâncias além de 
78
sua diminuição. Shackelford (2008) reporta também que “levando a microestrutura a temperaturas 
mais altas, onde está disponível uma mobilidade atômica suficiente, uma nova estrutura pode 
surgir”. A mobilidade atômica também reduz defeitos pontuais dentro dos grãos. Dessa forma, a 
restauração das estruturas é recuperada e restabelecendo um nível de energia menor.
Esta etapa de preparação na estrutura dará início à recristalização!
Vamos analisar a segunda etapa!
3.2 Recristalização
Callister e Rethwish (2020) descrevem que na recristalização “um novo conjunto de grãos 
isentos de deformação e equiaxiais se forma, com uma densidade de discordâncias relativamente 
baixa”. Nesta etapa há a ocorrência de pequenos grãos nos contornos dos subgrãos originados 
da recuperação. Mais especificamente dá-se origem uma nucleação dos grãos nos contornos dos 
subgrãos. Dessa forma, reduz-se o número de discordâncias presentes na estrutura. A nucleação 
inicia-se quando o material atinge a temperatura de recristalização.
Newell (2016) adiciona que “a temperatura de recristalização marca a transição entre a 
primeira etapa (recuperação) e a segunda (recristalização)”. Ao passar por esta etapa de tratamento 
o material restaura sua condição inicial, com ductilidade melhor, menos dureza e resistência 
mecânica. Ou seja, há uma troca da estrutura anterior deformada e com esta outra totalmente 
recristalizada. Este processo pode ser usado então para refinar os grãos. Pois, “a microestrutura 
recristalizada contém uma grande concentração de contorno de grãos” (Shackelford (2008)).
Alguns fatores influenciam a recristalização do material como: a temperatura, o tempo, a 
deformação a frio, o tamanho do grão e sua composição. Existe uma relação direta entre estas 
variáveis, por exemplo: quanto maior a temperatura menor o tempo para a recristalização; 
quanto maior o grão inicial maior será a deformação necessária, quanto mais puro o material 
menor a temperatura de recristalização e uma temperatura menor de recristalização quando o 
grau de deformação for maior.
3.3 Crescimento dos grãos
O crescimento dos grãos é definido por Callister e Rethwish (2020) como: “o aumento no 
tamanho médio do grão de materiais policristalinos, que prossegue pelo movimento dos contornos 
dos grãos”. Como observado na etapa de recristalização há um aumento na concentração de 
contornos de grãos.
O comportamento da estrutura cristalina continua se alterando após a recristalização, 
estas mudanças são observadas como crescimento dos grãos, na medida que se mantém uma 
temperatura alta. Isto significa que o crescimento dos grãos é contínuo em função da temperatura 
79
aplicada no processo. Como observa Newell (2016) “uma parcela da recristalização ocorre durante 
a recuperação outra continua ocorrendo na terceira etapa (crescimento de grão)”. Este fenômeno 
é observado nos metais, entretanto o crescimento dos grãos pode ocorrer independente das 
etapas de recuperação e recristalização.
Como os grãos tendem a aumentar nesta etapa, consequentemente reduzindo a energia 
e aumentado a área dos contornos dos grãos, esta característica é observada durante este 
processo. Conforme Callister e Rethwish (2020), “o crescimento dos grãos ocorre pela migração 
de contornos dos grãos”, sendo que ao longo do tempo a estrutura cristalina apresenta tamanhos 
de grãos de dimensões maiores.
FIQUE DE OLHO
Os conceitos sobre tratamento térmico aqui apresentados são basicamente os fundamentos 
da teoria. Sabemos que as indústrias que buscam sobreviver em um mercado competitivo têm 
que buscar novas tecnologias e inovação no desenvolvimento de materiais para a indústria. Uma 
forma de nos atualizarmos é pesquisar em revistas especializadas no assunto. Em relação ao 
tema tratado podemos pesquisar na Revista ABM – Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais 
e Mineração, que traz algumas tendências em relação as ligas e tratamento térmico recentes 
como no artigo Tratamento Térmico (Silva, 2019) onde é abordado matérias-primas de alto 
desempenho, e publicado pela ABM.
O estudante deve buscar diversas fontes para se manter atualizado, e a Revista ABM – 
Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração é uma das referências que apresenta 
um portifólio diversificado de informações importantes doramo metal mecânico.
80
Assista aí
82
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• estudar os conceitos da conformação mecânica e do tratamento térmico;
• aprender os diferentes processos de conformação mecânica como: laminação, 
trefilação, extrusão, forjamento e estampagem;
• compreender a necessidade do tratamento térmico ou recozimento, do trabalho 
a quente e do trabalho a frio;
• entender as três etapas do recozimento (recuperação, recristalização e crescimento 
dos grãos); e ampliar seus conhecimentos com os diversos processos de recozimento;
• conhecer como melhorar as propriedades mecânicas dos materiais aplicando os 
conceitos de conformação mecânica e do tratamento térmico de revenido e têmpera 
aplicados a metais e aços.
PARA RESUMIR
BRESCIANI FILHO, E.; SILVA, I. B.; BATALHA, G. F.; BUTTON, S. T. Conformação plástica 
dos metais. 1. Ed. Dig. São Paulo: EPUSP, 2011.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Mate-
riais. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020.
CIMM. Aspectos de Temperatura na Conformação. Disponível em: https://www.cimm.
com.br/portal/material_didatico/6469-aspectos-de-temperatura-na-conformacao#.
XkhcK2hKhRY. Acesso em 15 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.
SILVA, A. P.; CÂNDIDO, L. C; TRINDADE, V. B.; DORNELAS, P. H. G. Análise dos efeitos dos 
tratamentos térmicos de têmpera e particionamento, na microestrutura e proprieda-
des mecânicas de três aços C-Mn de aplicação API. Tecnologia em Metalurgia, Mate-
riais e Mineração. São Paulo, v. 16, n. 4, p. 504-511, 2019. Disponível em: http://doi.
org/10.4322/2176-1523.20191816. Acesso em 21 fev. 2020.
SILVA, M. J. Tratamento térmico. Revista ABM Digital. São Paulo, v. 75, n. 654, p. 14-15. 
Disponível em: https://revistaabmdigital.com.br/edicoes/654/#p=14. Acesso em 20 
fev. 2020.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. 5. Ed. 
Porto Alegre: AMGH, 2012.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
UNIDADE 4
Ligas metálicas: fabricação e seleção 
com base nas propriedades
Olá!
Você está na unidade Ligas Metálicas: fabricação e seleção com base nas 
propriedades. Conheça aqui os vários tipos de ligas metálicas existentes, sendo elas 
ferrosas ou não ferrosas e os vários métodos para se obtê- las, tais como conformação 
mecânica ou fundição.
Nesta unidade, você conhecerá, ainda, os principais tratamentos térmicos utilizados 
para endurecer (têmpera, revenimento e envelhecimento) ou para amolecer (recozimento) 
os metais e suas ligas e, por fim, aprenderá sobre os principais aspectos que fazem com 
que um material seja escolhido em um projeto de seleção de materiais.
Bons estudos!
Introdução
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1. TIPOS DE LIGAS METÁLICAS: LIGAS FERROSAS
Para um engenheiro, é essencial conhecer todos os tipos de ligas, seus comportamentos 
em processamento e suas propriedades para poder escolher melhor o tipo de material que será 
utilizado num projeto, por exemplo.
Os materiais metálicos são divididos em dois grandes grupos a fim de facilitar o seu estudo 
e tendo em vista a grande quantidade de ligas que existem e a alta importância industrial das 
mesmas. Os dois grandes grupos são as ligas ferrosas e as ligas não ferrosas.
As ligas ferrosas, como o próprio nome diz são as ligas que contém ferro na sua composição, 
o que inclui todos os aços e os ferros fundidos.
A importância do estudo das ligas ferrosas se deve a alguns motivos particulares do elemento 
ferro (CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
• há abundância do elemento ferro na crosta terrestre;
• a obtenção do ferro metálico a partir do minério de ferro e/ou de sucata de 
ferro é economicamente viável;
• as ligas ferrosas são versáteis e se consegue alteração de propriedades facilmente.
Segundo SMITH e HASHEMI (2012) cerca de 90% da produção mundial de metais é de ligas 
ferrosas, o que atesta a importâncias dessas ligas e de estudá-las.
No esquema “Classificação para as ligas ferrosas” veja a posição de cada uma delas.
88
Figura 1 - Classificação para as ligas ferrosas 
Fonte: Baseado em Callister e Rethwisch, 2016.
#PraCegoVer: No esquema “Classificação para as ligas ferrosas” temos um esquema que 
mostra que as ligas metálicas podem ser ferrosas ou não-ferrosas. As ligas ferrosas são divididas 
em aços ou ferro fundido. Os ferros fundidos são divididos em ferro cinzento, ferro dúctil, ferro 
branco, ferro maleável ou ferro fundido vermicular, enquanto que os aços são divididos em aços 
de baixa e de alta liga. Aços de baixo, médio e alto de carbono fazem parte dos aços de baixa liga, 
enquanto que aço ferramenta e aço inoxidável fazem parte dos aços de alta liga.
Aços e ferros fundidos serão estudados separadamente na sequência.
1.1 Aços
Os aços são materiais compostos de ferro e carbono. O aumento no teor de carbono eleva 
a resistência mecânica e a dureza dos aços. Ainda pode fazer parte dos aços uma infinidade de 
elementos de ligas, onde cada um fará uma modificação nas propriedades dos mesmos.
Como vimos na Figura 1, os aços são divididos em aços de baixa e alta liga. Os aços de baixa 
liga são (CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
Aços com baixo teor de carbono: são os que possuem menos do que 0,25% em massa de carbono 
na composição. Altas quantidades desse material são obtidas industrialmente e as microestruturas 
existentes são a ferrita e a perlita. O aumento da resistência mecânica só é conseguido com a 
realização de trabalho a frio, portanto, são ligas de baixa dureza e baixa resistência e alta ductilidade 
e tenacidade. Por conta dessas propriedades, são facilmente usináveis e soldáveis e são utilizados 
89
em carcaças de automóveis, vigas, canaletas, cantoneiras, chapas que podem ser utilizadas na 
fabricação de tubulações, edificações, pontes e latas para embalagens. Os aços mais comuns são os 
1010 e 1020 da classificação SAE. Esses aços podem receber elementos de liga como cobre, vanádio, 
níquel e molibdênio que elevam a resistência mecânica e a resistência à corrosão. Isso explica a 
aplicação em sistemas de construção como pontes, torres, colunas de sustentação de prédios e 
vasos de pressão (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
FIQUE DE OLHO
Nomenclatura dos Aços AISI/SAE
Os aços receberam das American Iron and Steel Institute e Society of Automotive Engineers 
uma nomenclatura que leva em conta 4 algarismos, no qual o 1º dígito indica a classe do aço, o 2º 
dígito indica a variação nos teores de elementos de liga e os 3º e 4º dígitos indicam o teor médio 
de carbono em massa.
Aços com médio teor de carbono: são os que possuem concentração entre 0,25 e 0,60% de 
carbono em massa. Essas ligas aceitam bem o tratamento térmico que eleva a temperatura até 
que todo o ferro se torne austenita, resfriando-o rápido por têmpera e seguido de revenimento. 
A temperabilidade é baixa, e pode ser contornada com a adição de cromo, níquel e molibdênio. 
Devido à alta concentração de carbono a resistência mecânica e a dureza são maiores do que os 
aços de baixo teor de carbono, entretanto, a ductilidade e a tenacidade são baixos. Por causa 
dessas propriedades, são aplicados em rodas de trens e trilhos de ferrovias, engrenagens, 
virabrequins, entre outras aplicações (CALLISTER e RETHWISCH, 2016);
FIQUE DE OLHO
Temperabilidade
A temperabilidade é uma propriedade que determina a profundidade e a distribuição da 
dureza obtida por têmpera de um aço elevado até a austenitização. É dependente da concentração 
de carbono no aço, do tamanho do grão de austenita e homogeneidade do aço antes da têmpera 
(SMITH e HASHEMI, 2012).
90
Assista aí
Aços com alto teor de carbono: são os que possuem concentração de carbono entre 0,6 
e 1,4% em massa. Entre os aços carbono são os mais duros e resistentes e menos dúcteis. 
Geralmente são temperados e revenidos. Por possuírem alta resistência ao desgaste e serem 
bastanteduros, podem ser utilizados como ferramentas de corte, como brocas, serras, 
ferramentas de torno, cutelaria, lâminas de tesouras e facas, etc., e recebem os elementos de liga 
cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio para endurecerem ainda mais através da formação de 
carbetos (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Já os aços de alta liga podem ser classificados em:
Aços inoxidáveis: são aço altamente resistentes à formação de ferrugem devido à corrosão 
em diferentes ambientes, principalmente ao ar livre. É necessário ter uma concentração superior 
a 12% de Cr para que o aço seja inoxidável. O cromo forma uma camada superficial de óxido 
de cromo que impede a reação de oxidação do ferro que está além dessa barreira de óxido de 
cromo. Níquel e molibdênio também podem fazer parte dessa liga. Além da desejada resistência 
à corrosão, os aços inoxidáveis são divididos em tipos diferentes de microestrutura que alteram 
outras propriedades, tais como as propriedades mecânica, o que os torna bastante versáteis 
(ASKELAND e WRIGHT, 2016);
91
FIQUE DE OLHO
Tipos de aços inoxidáveis
Existem vários tipos de aços inox de acordo com sua estrutura cristalina, podendo ser: aços 
inoxidáveis ferríticos, aços inoxidáveis martensíticos, aços inoxidáveis austeníticos, aços inoxidáveis 
endurecidos por precipitação ou aços inoxidáveis duplex (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Aços ferramenta: qualquer tipo de aço utilizado para fabricar ferramentas de corte, 
conformação ou qualquer outro que seja capaz de dar forma a um material e transformá-lo em 
uma peça. É comum o uso de aço com alto teor de carbono e com elementos de liga bastante 
duros, tais como tungstênio, vanádio, cromo e molibdênio (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Os ferros fundidos caracterizam-se por possuírem concentrações superiores a 2,14% de 
carbono. São ligas com temperatura de fusão menores do que os aços e são obtidos por fundição, 
uma vez que a concentração de carbono é muito dura e isso torna o material quebradiço 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
São compostos de ferrita e cementita. A cementita, entretanto, por estar em concentração 
elevada tende a formar grafita, de acordo com a equação química a seguir (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016).
A grafita, nesse caso, se apresenta na forma de flocos que são envolvidos por uma matriz de 
ferrita α ou de perlita.
Conforme vimos na Figura 1, os ferros fundidos podem ser divididos em (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016): Ferro cinzento: liga com concentração de 2,5 a 4,0% de carbono e 1,0 a 3,0% 
de silício. Microscopicamente, apresenta a grafita na forma de flocos de e aparência acinzentada 
em superfície fraturada. Apresenta fragilidade em tração, mas altas resistência e ductilidade à 
compressão, sendo frequentemente aplicados em sistemas que sofrem vibrações constantes, 
como em cilindros e pistões;
Ferro dúctil (ou nodular): liga de ferro cinzento com a adição de uma pequena quantidade 
de magnésio ou cério, o que torna o material bastante dúctil, mas mantém a elevada resistência 
mecânica, sendo aplicados como componentes de máquinas, engrenagens, virabrequins, entre 
outros componentes;
92
Ferro branco: liga com concentração menor de 1,0% de silício, e superfície esbranquiçada em 
superfície fraturada. Apresenta grande quantidade de cementita, o que o torna bastante duro e 
resistente à abrasão, porém frágil, o que justifica o seu uso em cilindros laminadores, por exemplo;
Ferro maleável: liga derivada do ferro branco a partir do seu aquecimento a temperaturas 
entre 800 e 900ºC por um tempo elevado e com atmosfera sem oxigênio. Isso faz com que a 
cementita presente no ferro branco seja convertida em grafita, tornando o ferro maleável e com 
alta ductilidade, o que determina sua aplicação em engrenagens de transmissão, conexões de 
tubulações, válvulas de sistemas pesados, etc.;
Ferro fundido vermicular: liga com teor de carbono entre 3,1 e 4,0% e silício entre 1,7 e 3,0% 
e pequenas concentrações de magnésio e de cério. A grafita na liga tem o formato de um verme, o 
que justifica a sua nomenclatura, levando a uma diminuição nas resistências à fratura e à fadiga do 
material. A grafita pode ainda coexistir em forma de nódulos e a concentração e a distribuição da 
grafita vermicular e da grafita nodular fará com as propriedades possam ser ajustadas conforme 
a necessidade. De forma geral, termicamente, são materiais com boa condutividade térmica, 
resistente a choques térmicos sofrem menos oxidação em temperaturas elevadas, fazendo com 
que sejam aplicados em blocos de motor a diesel, exaustores de distribuição, carcaças de caixas 
de engrenagens, discos de freio e polias volantes.
Bem, essas são as principais ligas ferrosas na forma de aços ou de ferros fundidos. Agora 
estudaremos um pouco sobre as ligas não-ferrosas.
2. TIPOS DE LIGAS METÁLICAS: LIGAS NÃO-
FERROSAS
Embora a aplicação de metais ferrosos seja muito elevada, algumas propriedades são 
necessárias para algumas aplicações que os materiais ferrosos não possuem, tais como densidade 
menor, condutividade elétrica maior, não sofrer tanto com ataques da corrosão. Na sequência 
abordaremos um pouco sobre as ligas metálicas que possuem tais propriedades (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016).
2.1 Cobre e suas ligas
O cobre foi um dos primeiros metais a serem utilizados na história, tanto é que temos uma 
idade só para ele: a idade do Cobre. O cobre e suas ligas apresentam propriedades interessantes, 
tais como a alta ductibilidade e a resistência à corrosão. As propriedades mecânicas do cobre 
favorecem sua fabricabilidade através de trabalho a frio, e podem ser melhoradas com a adição 
de elementos de liga (CALLISTER e RETHWISCH, 2016), na qual os principais são:
93
Latão: liga de cobre com zinco que pode ser vermelho (concentração de cerca de 20% de Zn) 
que é bastante maleável e pode ser utilizado na confecção de lâminas; amarelo (entre 20 a 40% 
de Zn) que é utilizado para a fabricação de peças de máquinas ou branco (com mais de 80% de Zn) 
que é bastante quebradiço (STEIN, 2018); Bronze: liga de cobre com estanho, no qual 90% Cu e 
10% Sn formam o bronze simples. Outros elementos podem ser adicionados, tais como o fósforo, 
formando o bronze de fósforo (Cu, Sn e P). Os bronzes possuem elevada condutividade térmica e 
elétrica, boa resistência à corrosão, boa resistência mecânica e facilidade de processamento. Em 
via de regra, são mais resistentes mecanicamente do que os latões (STEIN, 2018); Cuproníquel: 
liga de cobre com até 30% de níquel. É uma liga de elevadas resistências à corrosão e à fadiga 
e por isso são utilizados em peças que entrarão em contato com a água do mar, tais como 
permutadores, condensadores e tubos (STEIN, 2018).
2.2 Alumínio e suas ligas
O alumínio tem uma vantagem bastante interessante sobre outros metais e ligas metálicas, 
seu valor de densidade é quase 1/3 do valor da densidade do ferro, por exemplo, densidade do 
alumínio = 2,7 g cm-3 e densidade do ferro = 7,8 g cm-3, além de possuir elevadas resistências 
elétrica, térmica e à corrosão. Sua alta ductilidade favorece a conformação mecânica e laminação 
evidenciada nos papeis alumínio e nas latinhas de refrigerante que consumimos em casa 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Apesar de ser o terceiro elemento mais abundante da crosta terrestre (ASKELAND e WRIGHT, 
2016), demorou- se a encontrar uma rota eficiente de conversão da bauxita em alumínio. Isso só 
foi alcançando após a existência em larga escala de energia elétrica para realizar a transformação 
da alumina no alumínio por meio da eletrólise da mesma (SMITH e HASHEMI, 2012).
Quanto às suas ligas, são dois tipos principais:
Ligas trabalhadas: são ligas que são produzidas por trabalho a frio e podem ser ou 
tratadas termicamente para serem endurecidas. São comuns as ligas com cobre, 
manganês, silício, zinco e lítio. Ligas de alumínio e lítio, por exemplo, são utilizadas na 
indústria aeronáutica e aeroespacial na confecção de tanques de combustível devido à 
baixa densidade (ASKELAND e WRIGHT,2016).
Ligas para fundição: são ligas constituídas de silício na composição que resulta em baixo 
ponto de fusão, boa fluidez e boa fundibilidade para o alumínio. As propriedades das 
ligas de fundição são controladas pela quantidade adicionada de elementos de liga, pelo 
endurecimento da liga na formação das fases sólidas através do resfriamento e demais 
condições de solidificação (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
94
Os conceitos de fluidez e fundibilidade são importantes não apenas para alumínio e suas ligas, 
mas para todos os demais metais e ligas também.
2.3 Magnésio e suas ligas
O magnésio é ainda mais excepcional do que o alumínio em questão de densidade, já que 
a sua densidade é 1,7 g cm-3, é macio, tem baixo módulo de elasticidade e apresenta baixa 
deformação. Por não se deformar facilmente, é obtido por fusão ou deformação a quente. Tem 
boa resistência à corrosão ao ar ambiente por formarem uma camada de passivação de MgO, mas 
baixa resistência à corrosão em ambientes marinhos (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
As ligas de magnésio são classificadas em fundidas ou forjadas e algumas podem ser tratadas 
termicamente. São comumente utilizadas em aplicações aeroespaciais, máquinas de alta 
velocidade, estruturas e tubulações de proteção catódica e não podemos nos esquecer das rodas 
de liga leve utilizadas nos automóveis (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
Assista aí
2.4 Titânio e suas ligas
O titânio tem elevada resistência à corrosão (aplicação como biomaterial em implantes, por 
FIQUE DE OLHO
Fluidez e fundibilidade
A fluidez é a capacidade de um material no estado líquido de escoar por um capilar. No caso dos 
metais fundidos, este escoamento deve permitir a sua adição a um molde sem solidificar de forma 
muito rápida. 
Já a fundibilidade é a facilidade na qual uma peça fundida pode ser produzida a partir de uma 
porção preexistente do material (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
95
exemplo), alta resistência mecânica, e boas propriedades em temperaturas elevadas. As ligas de 
titânio são muito dúcteis e podem ser forjadas e usinadas com facilidade (ASKELAND e WRIGHT, 
2016; CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Por causa de sua combinação de características, o titânio é utilizado em aplicações 
aeroespaciais, em componentes estruturais e motores e adquire propriedades únicas se 
combinados com outros elementos. Se combinado com nióbio, por exemplo, forma um composto 
intermetálico supercondutor. Se for combinado com níquel apresentará efeito de memória de 
forma. Se combinado com alumínio e estanho, as aplicações a altas temperaturas serão certas 
(ASKELAND e WRIGHT, 2016; CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Existe ainda uma infinidade de outras ligas metálicas que tem propriedades específicas 
e logicamente aplicações específicas também. Como vimos em alguns dos tipos de ligas, além 
das propriedades estarem intrinsicamente relacionadas com as aplicações e com a estrutura, 
o processamento exerce uma grande influência sobre as características específicas finais dos 
metais. Sendo assim, estudaremos os processos de fabricação dos metais na sequência.
3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE METAIS
Os processos de fabricação dos metais normalmente incluem os processo de reino, formação de 
ligas e tratamentos térmicos a fim se obter as propriedades desejadas. Posteriormente, as peças são 
fabricadas por processos de conformação, fundição, metalurgia do pó, soldagem e usinagem. O método 
a ser utilizado depende muito da peça que se deseja e de suas características como tamanho, formato, 
acabamento e tolerância, das propriedades finais que se desejam e do material que é trabalhado.
No “Esquema com a classificação das técnicas de fabricação dos metais” veja os tipos de 
técnicas de fabricação de metais.
Figura 2 - Esquema com a classificação das técnicas de fabricação dos metais 
Fonte: Baseado em Callister e Rethwisch, 2016.
96
#PraCegoVer: Na imagem temos um esquema que mostra as principais técnicas de fabricação 
de metais sendo divididas em três grupos: operações de conformação, podendo ser forjamento, 
laminação, extrusão ou trefilação; fundição, que pode em areia, matriz, revestimento, espuma 
perdida ou contínua e outras técnicas como soldagem e metalurgia do pó.
Na sequência estudaremos cada uma dessas técnicas.
3.1 Operações de Conformação
As operações de conformação são as que envolvem a alteração do mesmo por deformação 
plástica, recebendo um esforço que pode ser tração, compressão, cisalhamento ou flexão 
(SANTOS, 2018). Fazem parte desses processos o forjamento, a laminação, a extrusão e a 
trefilação ou estiramento, conforme mostrado na figura 2. Metais dúcteis são passíveis desses 
tipos de processo, para que aceitam bem os processos de deformação.
O forjamento consiste na aplicação de deformação mecânica de compressão ou aplicação de 
uma força de impacto sobre uma peça de metal geralmente quente. Podem ser aplicados sobre 
matriz aberta ou fechada. Na matriz aberta são utilizadas duas matrizes de formas geométricas 
simples (chapas planas paralelas ou semicírculos). Já na matriz fechada, a força é aplicada sobre 
uma ou mais partes do material. As propriedades obtidas são boas porque os grãos são bem 
trabalhados (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
A laminação é um processo de deformação mais utilizado e consiste em empurrar uma peça 
metálica entre dois cilindros, levando à redução da espessura da peça sem alterar muito a largura 
e aumentando o comprimento da peça. Produz peças intermediárias que serão utilizadas na 
usinagem e na estampagem (SANTOS, 2018).
A extrusão é realizada através da passagem forçada de um tarugo através de um orifício 
em uma matriz. A peça obtida sofre uma diminuição da área de seção transversal (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016).
A trefilação ou estiramento consiste em puxar em tração uma peça através de uma matriz 
com orifício cônico. Ocorre a redução da área de seção transversal da peça, acompanhado do 
aumento do comprimento (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
A tabela “Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de conformação” apresenta um 
compilado de produtos obtidos por meio de cada uma das técnicas de conformação.
97
Figura 3 - Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de conformação 
Fonte: Elaborado pela autora com base em Callister e Rethwisch (2016) e Santos (2018).
#PraCegoVer: Na tabela “Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de conformação” 
temos os produtos obtidos pelos quatro métodos mais comuns de conformação. Como 
exemplo podemos dizer que barras, arames, produtos tubulares, hastes, arames de molas ou de 
instrumentos musicais são obtidos por trefilação.
Na sequência estudaremos os tipos de fundição mais comuns.
3.2 Fundição
A fundição é um processo de fabricação no qual um metal ou liga metálica totalmente no 
estado líquido é adicionado a uma cavidade de um molde. Esse molde apresenta a geometria 
desejada para a peça que se forma após processo de solidificação. A técnica se faz interessante 
quando a peça desejada tem geometria complexa, quando o material utilizado tem características 
muito duras e frágeis ou tão dúcteis que inviabilizam a conformação mecânica (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016).
98
Figura 4 - Processo de fundição 
Fonte: Elaborado por Warut1, 2018.
#PraCegoVer: Na figura temos uma fotografia um metal no estado líquido sendo adicionado 
a uma cavidade, representando o processo de fundição.
O processo de fundição é barato quando comparado a outros processos e pode ser subdividida em:
Fundição em molde de areia: é o método mais comum utilizado, no qual o molde é feito 
com areia em duas partes que se encaixam. Para dar o formato que deseja à peça, é utilizado 
um modelo que pode ser um peça de madeira, metal ou plástico no qual, em volta a areia é 
compactada. É comum que sejam criados canais de alimentação por todo o molde a fim de 
facilitar a entrada do metal líquido (CALLISTER e RETHWISCH, 2016; SANTOS, 2018);
FIQUE DE OLHO
Canais de alimentação
Os canais de alimentação ou massalotes são responsáveispor transportar o metal líquido ao 
molde durante a contração (diminuição de volume) que o metal sofre na solidificação. A peça 
apresentar defeitos se o massalote não for devidamente dimensionado (SANTOS, 2018).
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 Fundição com matriz ou molde permanente: é um método na qual o metal líquido é forçado 
com aplicação de pressão para o interior de um molde ou matriz em uma velocidade elevada, 
solidificando-se enquanto a pressão é mantida. O molde é feito por uma matriz permanente de 
duas partes que formam a geometria desejada. A peça pronta é ejetada após a sua solidificação 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Fundição de precisão ou de cera perdida: é um método na qual o modelo é feito de cera ou 
plástico de baixo ponto de fusão. Ao redor do modelo é despejada uma lama fluida como gesso 
por exemplo. O molde é queimado deixando-se uma cavidade com a forma desejada. É comum o 
seu uso em peças que necessitam de alta precisão dimensional (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Fundição com espuma perdida: trata se de uma variação da fundição de precisão na qual o 
modelo consumível é uma espuma conformada de pedaços pequenos de poliestireno unidos por uma 
cola. A areia é compactada ao redor do modelo, formando o molde. Ao se adicionar o metal líquido, o 
poliestireno se decompõe e o metal líquido assume a sua forma. É uma técnica utilizada para se obter 
geometrias complexas com tolerâncias bem rigorosas (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Fundição contínua: é um método no qual a solidificação ocorre em grandes lingoteiras que 
geralmente são laminados a quente para produzir uma chapa plana ou um tarugo que posteriormente 
serão trabalhados por um técnica de conformação (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
A tabela “Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de fundição” apresenta os principais 
produtos obtidos pelos vários tipos de fundição.
Figura 5 - Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de fundição 
Fonte: Elaborado pela autora com base em Callister e Rethwisch (2016) e Santos (2018).
#PraCegoVer: Na tabela “Produtos obtidos por meio dos diversos tipos de fundição” temos os 
produtos obtidos pelos métodos mais comuns de fundição.
Na sequência estudaremos os métodos chamados de técnicas diversas na imagem “A 
soldagem e a metalurgia do pó”.
100
3.3 Soldagem
A soldagem é um processo no qual são unidas de forma permanente duas ou mais partes 
metálicas na fabricação de um peça (SANTOS, 2018). Os metais a serem unidos podem ser 
iguais ou diferentes e a união das partes envolve processo de difusão de átomos (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2016).
A figura “Processo de soldagem” ilustra o processo de soldagem sendo realizado por um 
soldador.
Figura 6 - Processo de soldagem 
Fonte: Elaborado por aaltair, 2020.
#PraCegoVer: Na figura temos uma fotografia uma pessoa com todo o EPI necessário fazendo 
uma solda numa peça metálica. É possível ver as fagulhas “voando” na foto.
São diversos os tipos de soldagem e os mais comuns são:
• Soldagem a arco e a maçarico.
• Brasagem.
• Solda branca.
• Soldagem por raios a laser.
101
3.4 Metalurgia do pó
A metalurgia do pó envolve a compactação de pós-metálicos e posterior tratamento térmico 
para produzir uma peça mais densa. O pó é sinterizado em temperaturas e pressões específicas 
que ocasionam a redução do volume da peça e elevam a resistência mecânica (SANTOS, 2018).
O processo de metalurgia do pó envolve as seguintes etapas segundo Santos (2018, p. 27):
• mistura do pó;
• compressão da mistura resultante com o emprego das matrizes (operação denominada 
compactação);
• aquecimento do compactado resultante, de modo a produzir uma ligação entre as 
partículas e conferir resistência mecânica ao compactado – ou seja, sinterização.
Espera-se uma peça com pouquíssimos poros e propriedades equivalentes ao material de 
origem. É destinado a metais com baixa ductilidade, pois os mesmos sofrem pequena deformação 
plástica das partículas pulverizadas. É interessante aplicar para metais com altas temperaturas de 
fusão, uma vez que a metalurgia do pó pode acelerar o processo (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
Agora que conhecemos as ligas e sabemos sobre as principais técnicas de obtenção dos 
produtos metálicos mais produzidos, vamos estudar os principais métodos de tratamento térmico 
que visam a alteração das propriedades dos mesmos.
4. PROCESSAMENTO TÉRMICO DE METAIS
Os metais podem ter suas propriedades moldadas para aquilo que deseja graças ao 
tratamento térmico que visa amolecer ou endurecer o material, sempre causando a alteração 
de sua microestrutura. Em seguida estudaremos os procedimentos de recozimento, tratamento 
térmico dos aços, e o endurecimento por precipitação.
4.1 Recozimento
O recozimento é um tratamento térmico no qual o material é aquecido a uma certa 
temperatura, mantido nela durante um tempo (chamado de tempo de encharcamento) e 
resfriado lentamente até a temperatura ambiente. Ou seja, com o recozimento é possível obter 
microestruturas bem arranjadas e com poucos defeitos (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
102
FIQUE DE OLHO
Temperatura de recozimento
Cada material metálico ou liga metálica tem a sua temperatura específica de recozimento, 
sendo esta um valor tabelado que é possível de se retirar do diagrama de fases.
O recozimento é realizado para reduzir a dureza do aço, aumentar a usinabilidade, facilitar 
o trabalho a frio ou buscar a microestrutura específica. Existem basicamente três tipos de 
recozimento (SILVA e MEI, 2010):
• recozimento pleno ou supercrítico;
• recozimento subcrítico;
• recozimento intercrítico ou esferoidização.
No recozimento pleno, o aço é totalmente austinizado, isto é, aquecido até formar fase 
austenita (cerca de 50 ºC acima da linha que separa a fase α+γ da fase γ para aços hipoeutetóides 
e acima de 50 ºC para aços hipereutetóides na fase γ+Fe3C – aços hipereutetóides não são 
totalmente austenitizados, porque no resfriamento lento seria formada Fe3C nos contornos de 
grão, o que fragilizaria a liga) (SILVA e MEI, 2010).
O recozimento pleno é utilizado em aços com baixo e médio teor de carbono que sofrerão 
posterior usinagem ou deformação plástica durante algum processo de conformação. O resultado 
apresenta uma microestrutura de grãos pequenos e uniformes (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
No recozimento subcrítico o aço é tratado termicamente abaixo da linha de formação da 
austenita, de 595 a 675 ºC. Ele é utilizado para recuperar a ductilidade de um aço trabalhado a 
frio. Neste processo ocorre a recuperação e a recristalização das fases encruadas. Esse tratamento 
também serve para reduzir as tensões após o uso (trilhos de trens, por exemplo), ou após alguns 
processos de fabricação, tais como soldagem, lixamento, dobramento, resfriamento brusco 
(SILVA e MEI, 2010).
Na esferoidização os aços de médio e alto teor de carbono são tratados para que tenham 
uma microestrutura com cementita globulizada ou esferoidizada. Nessa condição, o material 
encontra seu maior valor de ductilidade e seu menor valor de dureza, o que possibilita que sejam 
103
usinados ou deformados com muita facilidade. O tratamento térmico é realizado da seguinte 
forma (CALLISTER e RETHWISCH, 2016):
• a liga é aquecida até abaixo da temperatura eutetóide, a cerca de 700 ºC onde está com 
as fases α+Fe3C e nessa temperatura permanece de 15 a 25 horas;
• a liga é aquecida até ultrapassar a temperatura eutetóide e é resfriada muto lentamente 
dentro do próprio forno;
• alternam-se aquecimentos e resfriamentos de ±50 ºC acima e abaixo da linha eutetóide, 
respectivamente.
Ainda, pode-se realizar a normalização do aço, que consiste na austenitização completa dos 
aços, seguida de resfriamento ao ar parado ou em movimento. Costuma ser realizada após o 
processo de forjamento e antes da têmpera, visando o refino do grão, melhoria da usinabilidade, 
refino de estruturas brutas provenientes da fusão e obtenção das propriedades mecânicas 
desejadas (SILVA e MEI, 2010).
Em seguida continuaremos a falar dostratamentos térmicos para o aço, visando o 
endurecimento dos mesmos.
4.2 Tratamento térmico dos aços
A têmpera é o principal tratamento térmico utilizado para aumentar a dureza e a resistência 
mecânica dos aços. Nela, o aço forma uma fase dura chamada martensita. A martensita é obtida 
mediante o aquecimento do aço até a sua austenitização, seguida de um resfriamento rápido, de tal 
forma que as fases bainita e perlita não tenham tempo hábil para serem formadas (SILVA e MEI, 2010).
Os meios de resfriamentos utilizados na têmpera são a água, o óleo e o ar, dos quais a água é 
mais severa. Ao contrário do recozimento que alivia as tensões, na têmpera tensões são criadas e 
dependendo de sua magnitude, pode ocorrer o empenamento da peça a ruptura pela ocorrência 
de trincas e tensões residuais (SILVA e MEI, 2010).
Muitos fatores alteram a têmpera, tais como o tipo de aço utilizado, pois quanto maior for a 
concentração de carbono mais duro já será o aço, e as dimensões da peça, entre outros.
Como a martensita formada na têmpera é extremamente dura e frágil e de baixa tenacidade, 
para evitar o risco de trincas e dar aplicação prática, peças temperadas passam por um processo 
de revenimento, no qual a peça de aço é aquecida até uma temperatura abaixo da austenitização e 
mantida tempo suficiente para que as propriedades desejadas sejam obtidas (SILVA e MEI, 2010).
104
4.3 Endurecimento por precipitação
O endurecimento por precipitação ou envelhecimento de algumas ligas metálicas (alumínio-
cobre, cobre-berílio, cobre-estanho, magnésio alumínio e algumas ligas ferrosas) pode ser 
alcançada através da formação de partículas pequenas e uniformemente dispersas (de tamanho 
nanométrico) em uma segunda fase no interior da matriz original, na qual essas partículas são 
precipitados de característica mais dura do que a matriz (CALLISTER e RETHWISCH, 2016).
A precipitação eleva o limite de escoamento das ligas sem alterar a sua densidade. É alcançada 
por meio das etapas (ASKELAND e WRIGHT, 2016):
• aquecimento até a temperatura de solubilização, acima da linha solvus do diagrama de 
fases e é mais facilmente homogeneizada se for aquecida até logo abaixo da linha solidus;
• resfriamento rápido, no qual os átomos não tem tempo suficiente para difundirem 
e é formada uma solução sólida supersaturada, que é denominada de microestrutura 
metaestável;
• envelhecimento onde a fase supersaturada é aquecida a uma temperatura abaixo da 
linha solvus, o que permite a difusão de dos átomos por distâncias curtas.
As propriedades a serem obtidas podem ser controladas pela temperatura e pelo tempo de 
envelhecimento. O aço também pode ser tratado por envelhecimento, uma vez que é possível 
formar cementita precipitada em sua estrutura (ASKELAND e WRIGHT, 2016).
Uma vez que já abordamos todos os tipos de ligas metálicas existentes, os modos de fabricá-
las e de tratá-las termicamente, em seguida trataremos dos aspectos de escolha de um material 
em projeto.
5. SELEÇÃO DE MATERIAIS
A seleção de materiais é uma das tarefas mais complexas que o engenheiro tem que realizar. 
Normalmente e industrialmente falando, quando uma peça vai ser projetada, o engenheiro 
recebe um conjunto de requisitos de desempenho e através das propriedades dos materiais, do 
tipo de processamento que a empresa dispõe, de questões ambientais, econômicas e sociais é 
escolhido o material adequado para uma determinada aplicação.
A Toyota, por exemplo, deve parte de seu desenvolvimento e do Sistema Toyota de Produção, 
às especificações interessantes que passava a seus prováveis fornecedores. Em linhas gerais, 
quem apresentasse um produto funcional, receberia o pedido de produção. Veja um exemplo 
abaixo com especificação por desempenho:
105
[...] pedia-se que projetassem um conjunto de freios capaz de parar um carro de 1 tonelada, a 
97 quilômetros por hora, em 60 metros, dez vezes seguidas, sem falar. Os freios deveriam se encaixar 
num espaço de 15cm X 20cm X 25cm na extremidade de cada eixo [...] (WOMACK, JONES e ROOS, 
1992, p.51).
Observe que não há indicação alguma de que material deveria ser utilizado, ou como ele deveria 
ser processado ou ainda que propriedades deveria possuir. Isso tudo caberia ao engenheiro.
FIQUE DE OLHO
Sistema Toyota de Produção
O Sistema Toyota de Produção ou Lean Manufacturing surgiu na Japão no final da Segunda 
Guerra Mundial e é um sistema baseado em alguns princípios, tais como a eliminação de 
desperdícios, a fabricação enxuta e a fabricação com qualidade (OHNO, 1997).
Na sequência estudaremos sobre os principais aspectos envolvidos na seleção de materiais 
para projetos.
5.1 Requisitos de um projeto para a seleção de materiais
Além de o engenheiro conhecer os tipos de materiais e suas combinações, suas formas de 
fabricação, suas propriedades, sejam elas mecânicas, elétricas, ópticas, magnéticas, térmicas, 
entender de seus processos de corrosão e saber como aquele material responde ao ambiente 
onde está sofrendo trabalho, outros requisitos também são importantes na seleção de materiais 
para um projeto.
Um desses requisitos são as questões mercadológicas ou econômicas que regem aquele 
material. Um produto, simplesmente, tem que ser vendável, ou seja, deve haver quem compre 
aquele material. Os trens, por exemplo, demoraram a surgir, embora James Watt e outros cientistas 
já tivessem dominado a fabricação dos máquinas a vapor. Você deve estar se perguntando por 
que demorou. Pois bem, foi por causa dos trilhos. As máquinas a vapor eram pesadas demais 
e não havia conhecimento suficiente nos materiais ferrosos para desenvolver um trilho que 
suportasse o peso dessas máquinas. Existem muitos outros exemplos semelhantes na história 
e ainda existem tecnologias que são apenas imaginadas mas não conseguiram se desenvolver 
totalmente por falta de material que tenha as propriedades necessárias.
106
Além disso, o custo do produto tem que ser muito menor do que o preço de venda do 
concorrente, se não o produto não desbancará a concorrência.
Outro aspecto mercadológico importante é a escala de produção, ou seja, o tamanho do 
mercado. Não vale a pena investir uma fortuna num sistema de produção que fará apenas meia 
dúzia de produtos. É necessário que a empresa ou indústria continue a produzir.
Além dos aspectos mercadológicos, as questões técnicas são importantes. Além de saber 
sobre as propriedades mecânicas, físicas e químicas do material, também é necessário saber 
sobre suas condições de operação, bem como se uma propriedade poderá ser alterada durante o 
uso. Um exemplo é que a tenacidade de um material aplicado a um sistema estático ou dinâmico 
deverá ser considerado de maneira diferente.
Por fim, o interesse da indústria em produzir, a logística de transporte de matéria-prima, a 
existência de normas, as questões ambientais deverão ser consideradas no projeto.
Para auxiliar na escolha do melhor material para um projeto existem cartas de seleção de 
materiais, que relacionam, por exemplo a resistência mecânica com a densidade de todos os 
materiais (CALLISTER e RETHWISCH, 2008).
Em seguida veremos um exemplo prático de seleção de materiais num projeto.
Assista aí
5.2 Exemplo prático na seleção de materiais
Como exemplo prático de seleção de materiais para um projeto vamos imaginar a necessidade 
de escolher um material para ser aplicado como prótese integral da bacia ou pelve de uma pessoa, 
na imagem “Representação esquemática dos ossos que fazem parte da bacia e sus ossos próximos”.
107
Figura 7 - Representação esquemática dos ossos que fazem parte 
da bacia e seus ossos próximos 
Fonte: Elaborado por Hank Grebe, 2020.
#PraCegoVer: Na figura temos uma representação esquemática dos ossos da pelve e seus 
ossos vizinhos, tais como os da coluna vertebral e o fêmur.
É de imaginar que a pelve tenha que ter uma grande resistência mecânica para suportar 
nossas atividades diárias e o peso do nosso corpo, além da movimentação de andar e correr. Até 
dormindo, a pelvereceberá uma força de compressão sobre ela. Além disso, os ossos como um 
todo precisam ser leves para que possamos ter movimento no corpo, e é claro, não pode sofrer 
com processos e degradação.
De fato, os ossos são um compósito composto de hidroxiapatita que tem características 
frágeis e de colágeno que é um polímero mole e resistente. Sua densidade é de 1,6 a 1,7 g cm-3. 
Os ossos são unidos por meio de uma cartilagem que é constantemente lubrificada, o que auxilia 
a suportar os movimentos que sofre. A pélvis, por exemplo, sobre movimento giratório grande 
com a cabeça do fêmur (CALLISTER e RETHWISCH, 2008).
108
Se essa região sofrer uma fratura ou adoecer em virtude de osteoartrite, poderá ocorrer 
uma fratura. Aí, é necessário trocar a bacia doente por um biomaterial que tenha propriedades 
muito próximas ao osso, além de apresentar biocompatibilidade e biofuncionalidade (CALLISTER 
e RETHWISCH, 2008).
FIQUE DE OLHO
Biocompatibilidade e Biofuncionalidade
Biocompatibilidade é quando um material é aceito pelo organismo humano, sendo compatível 
com o material anterior.
Biofuncionalidade é quando um material pode ser aplicado com a mesma função em 
organismo humano
Quanto às propriedades, a tabela “Propriedades mecânicas dos ossos nas articulações” 
apresenta uma compilação das propriedades mecânicas necessárias.
Figura 8 - Propriedades mecânicas dos ossos nas articulações 
Fonte: Elaborado pela autora com base em Callister e Rethwisch (2008).
#PraCegoVer: Na tabela “Propriedades mecânicas dos ossos nas articulações” temos 
as propriedades mecânicas necessárias para o uso de um osso no que se trata da região das 
articulações que é a mais solicitada mecanicamente.
109
É necessário se atentar, ainda, com as possíveis degradações devido à movimentação próximo 
à cabeça do fêmur e na região onde o biomaterial será preso. Qualquer degradação poderá causar 
inflamações, rejeição do usuário e necessitar de nova troca (CALLISTER e RETHWISCH, 2008).
Bom, tendo dito todos os parâmetros necessários, a pergunta é: que materiais são utilizados 
neste projeto?
São necessárias pelos menos duas peças: a haste femoral e esfera, e a taça acetabular. A haste 
femoral será unida ao fêmur. Os materiais mais utilizados são uma liga metálica composta de 66% 
Co, 28% Cr e 6% Mo e outra composta de 90% Ti, 6% de Al e 4% V. O aço inox 316 L foi utilizado 
durante bastante tempo, mas nas condições de osso, até o aço inox oxida. É importante ressaltar 
que as propriedades das duas ligas são compatíveis com as necessidades presentes na tabela 3. 
(CALLISTER e RETHWISCH, 2008).
Já a taça acetabular pode ser composta de óxido de alumínio, de ligas biocompatíveis ou de 
polietileno de utra- alto peso molecular. Este último é o mais utilizado por apresentar excelentes 
características de resistência ao desgaste e coeficiente de atrito baixo. A fixação dos materiais 
é feita com uso de um polímero termofixo, o poli metil metracrilato (PMMA) (CALLISTER e 
RETHWISCH, 2008).
110
PARA RESUMIR
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• conhecer os tipos de ligas ferrosas existentes, bem como suas relações com as 
propriedades e microestruturas;
• conhecer também as ligas não ferrosas mais comuns e suas propriedades 
principais;
• estudar os principais meios de fabricação dos metais, sendo eles meios de conformação 
metálica ou fundição ou técnicas mais avançadas como a metalurgia do pó;
• saber sobre os principais tipos de tratamento térmico existentes para amolecer ou 
endurecer os metais e suas ligas;
• entender sobre a importância da seleção de materiais para a aplicação em um 
projeto.
ASKELAND, D.R.; WRIGHT, W.J. Ciência e engenharia dos materiais. 3ª edição. São 
Paulo: Cengage Learning, 2016.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdu-
ção. 9ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
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WOMACK, J.P.; JONES, D.T.; ROOS, D. A máquina que mudou o mundo. Rio de Janeiro: 
Campus, 1992.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
O livro Materiais de construção mecânica é direcionado para 
estudantes de cursos da área de engenharia e engenharia mecânica. 
Além de abordar assuntos gerais, o livro traz conteúdo específico 
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 materiais, 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 conformação mecânica: laminação, trefilação, 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!
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