Engenharia dos Materiais Metálicos - Parte 1 (4)

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Engenharia dos Materiais 
Metálicos
Prof.: João Matias
joao.matias@iff.edu.br
Instituto Federal Fluminense (IFF) campus Cabo Frio
Engenharia Mecânica
Referências Bibliográficas
➢ Ciência e Engenharia de Materiais, uma Introdução.
Callister; Rethwisch. 8ª edição, Editora gen|LTC.
(Capítulos 7, 9, 10 e 11)
Bibliografia complementar:
➢ Aços e Ligas Especiais. Costa e Silva; Mei. 3ª edição, Editora Blucher.
➢Metalurgia Mecânica. Dieter. 2ª edição, Editora Guanabara Dois, 1981.
➢ Ensaios de Materiais. Garcia; Spim; Santos. 2ª edição, Editora gen|LTC.
Mecanismos de Aumento da 
Resistência Mecânica
Introdução
• Busca por projetos de ligas que possuam alta resistência mecânica, mas com
ductilidade e tenacidade satisfatórias.
• Normalmente a ductilidade é sacrificada quando a liga tem sua resistência
aumentada.
• O aumento da resistência dos metais se baseia em impor obstáculos e
dificuldades ao movimento das discordâncias.
• Mecanismos de aumento da resistência mecânica em metais:
- Refino de grãos - Precipitação
- Solução sólida - Transformação de Fase (depois)
- Encruamento
Movimentação das Discordâncias
Movimentação das Discordâncias
Movimentação das Discordâncias
Movimentação das Discordâncias Provocando 
Deformação Plástica
Movimentação das Discordâncias Provocando 
Deformação Plástica
Movimentação das Discordâncias Provocando 
Deformação Plástica
Relembrando...
• Discordâncias ??
• Deformação plástica x elástica ??
• Resistência mecânica ??
• Dureza ??
• Ductilidade ??
• Fragilidade ??
• Tenacidade ??
Tamanho de Grão
• Os grãos dos materiais policristalinos possuem orientações
cristalográficas diferentes.
• O contorno de grão atua como uma barreira para a movimentação das
discordâncias, pois será necessário a mudança de direção no
movimento, dificultando o mesmo.
Tamanho de Grão
• Importante: os grãos possuem orientações diferentes, porém apresentam a 
mesma estrutura cristalina e a mesma composição química (metal monofásico).
Tamanho de Grão
Tamanho de Grão
Tamanho de Grão
• Para um mesmo metal, em qual situação haverá maior resistência?
a) Grãos refinados (menores).
b) Grãos grosseiros (maiores).
Motivo ?
Redução do Tamanho de Grão (Refinamento)
• O refino de grãos além de aumentar a resistência mecânica do aço,
também aumenta sua tenacidade.
Latão (cobre - zinco)
Solução Sólida
• Formação de ligas com átomos de impurezas, que formam solução
sólida substitucional ou instersticial.
• As ligas são mais resistentes que os metais puros, pois as impurezas
dificultam o movimento das discordâncias, sendo necessário tensões
maiores para ocorrer deformação.
Solução sólida substitucional Solução sólida intersticial
Solução Sólida
Endurecimento por 
Solução Sólida
• Distorções na rede cristalina
provocadas por átomos em solução
sólida: átomo maior (amarelo) e
átomo menor (vermelho).
Tração Compressão
Solução Sólida
• Átomos de soluto “deformam” a estrutura cristalina da matriz e
interferem na movimentação das discordâncias.
• O efeito dos átomos intersticiais é maior que o dos substitucionais.
Solução Sólida
✓ Exemplo em ligas multifásicas.
✓ Endurecimento por solução sólida
intersticial.
Variação da σLE e σLR para as ligas de
Fe-C (Aços).
• Aços com baixo %C : dúctil e tenaz.
• Aços com alto %C : Elevadas σLE e σLR .
Mais resistentes.
• Módulo de Elasticidade (E) constante.
Exemplo: Influência do % de Carbono
Precipitação
• Partículas de segunda fase
bloqueiam a movimentação
das discordâncias, tornando
necessário o aumento da
energia de deformação.
Precipitação
Tendência de alguns elementos de liga em formar carbonetos 
ou permanecer em solução sólida (Pavanati, 2010)
Encruamento
• O encruamento é o fenômeno pelo qual um metal dúctil se torna mais
resistente e duro conforme é deformado plasticamente.
• Também pode ser chamado de trabalho a frio (TF).
• É conveniente expressar o grau de deformação plástica como
porcentagem de trabalho a frio (%TF).
% TF = [ (A0 – Ad) / A0) ] . 100 %
A0 : área da seção transversal original
Ad : área da seção transversal deformada
Encruamento
Encruamento
Encruamento
• O encruamento na
microestrutura dos
metais policristalinos
provoca distorção no
formato dos grãos.
• Indicando a direção de
deformação.
Encruamento
Comparação 
Microestrutural
(a) Laminado
(b) Fundido
Exemplo: Aço Inoxidável Duplex
Encruamento
Encruamento e o Aumento da Resistência
Processos de Fabricação por Conformação 
Mecânica
• Quando realizados 
a frio, promovem 
o encruamento 
dos metais.
Processos de Fabricação por Conformação 
Mecânica
• Quando realizados a frio, promovem o encruamento dos metais.
• Laminação: 
Frio
Quente
Animações/Recozimento de um Metal Encruado/3 Laminação de Perfis.swf
Processos de Fabricação por Conformação 
Mecânica
• Quando realizados a frio, promovem o encruamento dos metais.
• Trefilação: 
Processos de Fabricação por Conformação 
Mecânica
• Quando realizados a frio, promovem o encruamento dos metais.
• Estampagem: 
Processos de Fabricação por Conformação 
Mecânica
• Análises por softwares de Elementos Finitos:
Encruamento
Tendência:
Encruamento: considerações
• À medida em que um metal é deformado plasticamente, as
discordâncias se movimentam e se multiplicam. As novas discordâncias
servem como barreiras para a movimentação das outras, tornando o
movimento (deformação) cada vez mais difícil. Isso faz com que o
material fique progressivamente mais duro e resistente.
• O encruamento é utilizado comercialmente para melhorar as
propriedades mecânicas dos metais durante a fabricação. Exemplos?
• Os efeitos do encruamento podem ser removidos pelo tratamento
térmico de recozimento (annealing).
Encruamento
Encruamento
Recozimento do Metal 
Encruado
Efeitos do Encruamento nos Metais
A nível microscópico:
• Alongamento dos grãos na direção da deformação.
• Linhas de escorregamento (bandas de cisalhamento).
Metal sem deformação Metal encruado
Efeitos do Encruamento nos Metais
A nível subestrutural:
• Geração de grande quantidade de
discordâncias. A densidade destas pode
aumentar de 106 a 1012 cm/cm3.
A nível atômico:
• Geração de grande quantidade de lacunas.
Efeitos do Encruamento nos Metais
Com relação às propriedades:
• Metais encruados se tornam menos dúcteis, mais resistentes e,
geralmente, menos tenazes.
• Devido à maior quantidade de defeitos cristalinos, tornam-se mais
reativos e susceptíveis à corrosão.
• Por outro lado, a alta densidade de lacunas provoca a diminuição das
condutividades elétrica e térmica.
• Por fim, os metais encruados possuem uma alta energia interna
armazenada na forma de defeitos cristalinos.
Recozimento do Metal Encruado
• As propriedades e estruturas modificadas pelo encruamento podem ser
revertidas aos seus estados anteriores ao trabalho a frio mediante ao
tratamento térmico de recozimento.
• Essa restauração ocorre em temperatura elevada e em até 3 etapas:
• Recuperação
• Recristalização
• Crescimento de grãos
Recuperação
• Ocorrem somente modificações a nível subestrutural e atômico.
• Severa diminuição da densidade de defeitos pontuais e lineares, causando
um aumento do peso específico e das condutividades elétrica e térmica.
• As discordâncias se rearranjam (sem aplicação de força externa) em
configurações que minimizam a energia interna do metal. Ocorre, então, o
processo de poligonização, que dá origem a sub-grãos.
Força motriz: A própria energia interna armazenada no processo de
trabalho a frio.
Recuperação
Poligonização → Formação de sub-grãos durante a recuperação
Recristalização
• Mesmo após a etapa de Recuperação estar completa, os grãos ainda estão
deformados.
• A Recristalização é a nucleação de grãos livres de deformação e equiaxiais,
com baixa densidade de discordâncias. Atingindo, assim, as características
das condições anteriores ao trabalho a frio.
• Os novos grãos se nucleiam bem pequenose crescem até se tocarem,
movimentando e formando novos contornos de grãos.
Força motriz: A mesma requerida para a recuperação: a diminuição da
energia interna armazenada na forma de defeitos cristalinos.
Latão (Cu-Zn) encruado
(33% TF)
Início do processo de recristalização 
(nucleação de pequenos grãos) 580oC por 3s
Recristalização parcial
580oC por 5s
Recristalização total
580oC por 8s
Crescimento dos grãos
580oC por 15 min
Crescimento dos grãos
700oC por 10 min
Recristalização
• Temperatura de Recristalização (TR), na qual o processo de recristalização
termina em exatamente 1 hora.
0,3 Tf < TR < 0,5 Tf
Recristalização
(Svyetlichnyy, 2015)
Recristalização
• Existe uma deformação crítica (c)
para a recristalização, assim como uma
temperatura abaixo da qual não
ocorre recristalização (TNR -
Temperatura de não recristalização).
• Durante a fabricação, as operações de
deformação plástica são
frequentemente realizadas acima da
temperatura de recristalização
(trabalho a quente). Assim, o metal
está dúctil e com baixa dureza, pois
não encrua, permitindo grandes
deformações.
Fatores que Influenciam na Cinética de Recristalização
• Temperatura: A velocidade de recristalização aumenta exponencialmente com a
temperatura.
• Grau de deformação prévia: Quanto maior a deformação prévia, mais
rapidamente acontece a recristalização.
• Presença de impurezas no metal: Pequenas porcentagens, como 0,01%, de um
átomo estranho em solução sólida podem elevar a temperatura de recristalização
de algumas centenas de graus. Assim, um metal extra puro geralmente
recristaliza em temperaturas muito mais baixas do que um metal de pureza
comercial.
Motivo: na recristalização, os contornos de grão se movimentam quando ocorre
nucleação e crescimento. A presença de átomos estranhos nas atmosferas
associadas a esses contornos retarda muito a sua movimentação e, assim,
diminui a velocidade de recristalização.
Fatores que Influenciam na Cinética de Recristalização
• Presença de precipitados muito finos nos contornos de grão: Também
pode impedir o movimento dessas superfícies e, dessa forma, retardar a
recristalização. Um exemplo típico é a microadição de Ti, Nb ou V nos aços
para retardar a recristalização. Esses elementos formam carbonetos muito
finos nos contornos de grão, os quais impedem o movimento das paredes.
Crescimento de Grãos
• Com o prolongamento do aquecimento ocorre o crescimento dos grãos, já
isentos de deformação.
• Normalmente é um fenômeno indesejável do ponto de vista das
propriedades mecânicas a baixas temperaturas.
Força motriz: A diminuição da energia associada à superfície dos contornos
de grão, pois crescendo o grão, a área dos contornos diminui.
Crescimento de Grãos
• Ocorre pela migração das paredes dos
contornos de grãos, por difusão dos
átomos de um lado para o outro.
• O fluxo de átomos se dá no sentido
oposto ao dos contornos.
• Neste processo, os grãos maiores
crescem às custas dos menores.
Crescimento dos grãos
580oC por 15min
Crescimento dos grãos
700oC por 10min
• Na recuperação, onde ocorre
prioritariamente o aniquilamento
de defeitos pontuais e o rearranjo
de discordâncias, observa-se
apenas o alívio de tensões; as
propriedades mecânicas pouco se
alteram: há um pequeno aumento
da ductilidade e uma pequena
queda na dureza.
• É na recristalização que a
ductilidade pode recuperar os
valores encontrados antes do
encruamento e a dureza e a
resistência mecânica caem
acentuadamente.
Consequências do Recozimento
Objetivos do Recozimento
• Remover tensões residuais (adquiridas durante o processamento);
• Ajustar o tamanho dos grãos;
• Diminuir a dureza;
• Melhorar a ductilidade;
• Regularizar a estrutura bruta de fusão.
Exemplo: Recozimento prévio à usinagem.
Diagramas de Fases
Diagramas de Fases – Introdução
• Os diagramas de fases são representações gráficas de um sistema de ligas,
por meio dos quais os estados físicos e os constituintes estruturais (fases), em
suas quantidades relativas, são conhecidos em função das composições,
temperaturas e normalmente sob pressão atmosférica.
• Estes diagramas são comumente denominados diagramas de equilíbrio, pois
são determinados em condições de equilíbrio termodinâmico, ou seja,
pressão constante e variação muito lenta da temperatura.
• O conhecimento do diagrama de fase (ou de equilíbrio) é de grande
importância, pois o mesmo serve de instrumento para compreender e prever
o comportamento dos metais e suas ligas nas transformações térmicas, como
a solidificação, fusão, tratamentos térmicos e processos de difusão.
• Além disso, existe uma forte correlação entre a distribuição de fases no
material (microestrutura) com as propriedades mecânicas do mesmo.
Diagramas de Fases Unários (Um Componente)
• Diagrama de Fases para a água pura (H20).
• As 3 curvas representam as fronteiras entre as fases.
Diagramas de Fases – Glossário
• Componente: Metais puros e/ou elementos químicos que participam na formação de uma liga. Por
exemplo, o ferro e o carbono nos aços e ferros fundidos.
• Fase: A porção homogênea de um material com características físicas e químicas uniformes. Todo
material puro é considerado como tendo uma única fase (monofásico), assim como todas as soluções
sólidas, líquidas e gasosas.
• Equilíbrio: Trata-se do equilíbrio termodinâmico, ou seja, a condição de mínima energia livre de um
material (como a natureza “prefere”) sob uma combinação específica de temperatura, pressão e
composição. Numa condição de equilíbrio, as propriedades do material não se alteram
espontaneamente com o tempo.
• Microestrutura: Estrutura ampliada do material, resultado da observação direta em microscópio. Em
ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes e pela forma como elas
estão distribuídas (morfologia).
• Limite de Solubilidade: A concentração máxima que um material (solvente) permite dissolver um
determinado soluto. Acima deste limite haverá obrigatoriamente mais de uma fase, pois uma segunda
fase se precipita ao extrapolar tal patamar. Portanto, a adição excessiva de soluto (impurezas) em uma
fase, acima do limite de solubilidade, resulta na formação de uma nova fase, mais rica nos elementos de
liga ou impurezas que não foram dissolvidos.
Limite de Solubilidade
Diagramas de Fases Binários (Dois Componentes)
• Diagrama representativo das ligas binárias, ou seja, com dois componentes.
• A temperatura e a composição são os parâmetros variáveis, enquanto a
pressão é mantida constante (normalmente em 1 atm).
• São úteis para prever as transformações de fases e as microestruturas
resultantes em condições de equilíbrio. É possível relacionar essas informações
com as propriedades mecânicas de uma determinada liga.
• Com esses diagramas é possível determinar quais as fases mais estáveis
termodinamicamente, para uma dada composição, em uma dada temperatura.
Também é possível determinar a composição química a porcentagem relativa
de cada fase presente.
• O diagrama binário mais simples é o que apresenta apenas duas fases (uma
líquida e uma sólida) e é chamado de diagrama de fases isomorfo.
Diagrama de Fases Isomorfo
• Exemplo: sistema Cobre-Níquel (Cu-Ni).
• Quando um átomo pode se dissolver totalmente em outro
material, independentemente da quantidade adicionada,
não há um limite de solubilidade para este material.
• A composição varia entre 0% Ni (100% Cu) e 100% Ni (0%
Cu), com % em peso.
• Há 3 regiões de fases distintas: fase sólida alfa (α), fase
líquida (L) e campo bifásico (α + L).
• A região de cada fase (ou fases) é delimitada pelas curvas
de fronteira.
• Acima da linha liquidus somente a fase líquida (L) estará
presente, para todas as temperaturas e composições. De
forma análoga, abaixo da linha solidus existirá apenas a fase
sólida α.
• A fase α é uma solução sólida substitucional, contendo
átomos de Cu e Ni, cuja estrutura cristalina é CFC.
• O líquido L é uma solução líquida homogênea, composta
por Cue Ni (bifásica).
• Abaixo de 1085°C, Cu e Ni são mutuamente solúveis entre
si no estado sólido, para todas as composições.
Interpretação do Diagrama de Fases Isomorfo
• Para uma coordenada qualquer no gráfico:
1) Determinação das fases presentes:
➢ Ponto A → apenas fase alfa (α)
➢ Ponto B → fase alfa (α) e fase líquida (L)
2) Composição de cada fase:
➢ Uma fase → trivial → composição lida direto
no gráfico (eixo horizontal).
➢ Duas fases → Usa-se o método da linha de
amarração (tie-line).
– A tie-line se extende de uma fronteira a outra.
– Marca-se as intersecções entre a tie-line e as
fronteiras e verifica-se as concentrações
correspondentes no eixo horizontal.
Interpretação do Diagrama de Fases Isomorfo
• Exemplo: Ponto B (35%p Ni – 65%p Cu a 1250°C).
• Composição da fase líquida (CL): 
CL = (32%p Ni – 68%p Cu)
• Composição da fase sólida α (Cα):
Cα = (43%p Ni – 57%p Cu)
Diagrama Isomorfo (Cu-Ni)
• Desenvolvimento da microestrutura
durante a solidificação em equilíbrio
de uma liga 35Ni-65Cu.
• Lembrar que:
• α é uma fase sólida de Cu e Ni.
• A solubilidade entre Cu e Ni é total.
• Resfriamentos em condições de
equilíbrio (tempo prolongado)
resultam em microestruturas estáveis.
Diagrama Isomorfo (Cu-Ni)
• Desenvolvimento da microestrutura durante a
solidificação fora do equilíbrio de uma liga 35Ni-65Cu.
• Taxas de resfriamento mais rápidas (casos reais).
• Consequências:
• Um gradiente de concentração é formado dentro
dos grãos (segregação).
• Esta estrutura é denominada zonada e promove
propriedades inferiores às ótimas.
• O centro dos grãos (primeira fração a solidificar) é
rico no elemento de maior ponto de fusão (ex: Ni).
• Com o reaquecimento, os contornos de grão se
fundirão primeiro, promovendo perda na
integridade mecânica devido à fina película de
líquido que separa os grãos (Ponto e’).
• A microestrutura zonada pode ser eliminada por
um tratamento térmico de homogeneização,
conduzido abaixo da linha solidus. Assim, a difusão
atômica produzirá grãos homogêneos.
Propriedades Mecânicas de Ligas Isomorfas (Cu-Ni)
• Efeito da composição química nas propriedades mecânicas.
• Aumento de resistência por solução sólida substitucional.
• Comportamento antagônico entre resistência mecânica e ductilidade.
Sistemas Eutéticos Binários
• Outro tipo comum de diagramas de
fases binários é o eutético. Neste
caso, porém, a solubilidade de um
componente no outro é parcial
(diferentemente do sistema
isomorfo).
• Exemplo:
➢ Sistema Cobre-Prata (Cu-Ag).
Sistemas Eutéticos Binários
• Exemplo: sistema Cobre-Prata (Cu-Ag).
• Solubilidade parcial, pois apenas uma quantidade limitada de um componente irá se
dissolver no outro.
• Há 3 regiões monofásicas no diagrama: α, β e líquido (L).
• A fase α é uma solução sólida rica em cobre, apresenta a prata como componente soluto e
uma estrutura cristalina CFC.
• A fase β também é uma solução sólida de estrutura CFC, porém rica em prata, logo, tem o
cobre como soluto.
• O cobre puro e a prata pura também são considerados como as fases α e β, respectivamente.
• Há 3 regiões bifásicas no diagrama: α + L , β + L , α + β
• As composições relativas das fases são determinadas traçando-se as linhas de amarração.
Sistema Eutético Binário Cobre-Prata (Cu-Ag)
• O ponto E (71,9% Ag a 779°C) é
chamado de ponto invariante ou
ponto eutético.
• No ponto eutético ocorre
isotermicamente a reação eutética,
na qual um líquido se transforma em
duas fases sólidas ou vice-versa:
Reação Eutética:
Líquido → Sólido 1 + Sólido 2
Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Sistema Chumbo-Estanho (Pb-Sn).
• Ocasionalmente, são preparadas ligas
com baixas temperaturas de fusão e
composições próximas às do eutético.
• Exemplo: solda de estanho 60–40
para eletrônicos, que contém 60% Sn
e 40% Pb.
• Exercícios:
1) Qual é o ponto eutético e sua
correspondente reação?
2) Qual a composição de cada fase no
ponto eutético?
3) Para uma liga com 40% Sn a 150°C,
quais são as fases presentes e quais as
suas composições?
Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Sistema Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Exercícios:
1) Qual é o ponto eutético e sua
correspondente reação?
2) Qual a composição de cada fase no
ponto eutético?
3) Para uma liga com 40% Sn a 150°C,
quais são as fases presentes e quais as
suas composições?
Fases α e β.
Composições:
Cα = 11% Sn – 89% Pb
Cβ = 98% Sn – 2% Pb
Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Sistema Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Exercícios:
4) Qual o limite máximo de solubilidade do
Sn na fase α, e em que temperatura
ocorre?
5) Qual o limite de solubilidade do Sn na
fase α em temperatura ambiente?
6) Qual o limite máximo de solubilidade do
Pb na fase β, e em que temperatura
ocorre?
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Resfriamento lento, em
equilíbrio.
• Dependendo da composição
da liga, são possíveis vários
tipos de microestruturas
diferentes.
1% Sn 15% Sn
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
• Composição eutética:
61,9% Sn – 38,1% Pb
• Resfriamento lento, em
equilíbrio.
• Reação eutética:
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição eutética: 61,9% Sn – 38,1% Pb
• Microestrutura em equilíbrio da liga eutética:
(Pb-Sn)
Fase α – escura
Fase β – clara
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição eutética: 61,9% Sn – 38,1% Pb
• Durante a transformação eutética, deve haver
necessariamente uma redistribuição dos
componentes chumbo e estanho, visto que as
fases α e β têm composições diferentes e
nenhuma dessas composições é igual à do líquido
(como indicado na equação).
• A formação da microestrutura eutética ocorre por
difusão atômica.
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição: 40% Sn – 60% Pb
• Conforme a temperatura é reduzida
para imediatamente abaixo daquela do
eutético (ponto m), a fase líquida
restante, que possui a composição
eutética, se transformará na estrutura
eutética (lamelas alternadas de α e β).
• Porém, já havia sido formada
isoladamente a fase α antes, dentro do
campo α + L, sendo esta chamada de α
primária e mantida a temperaturas
mais baixas.
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição: 40% Sn – 60% Pb
• Microestrutura resultante do
resfriamento em equilíbrio:
Fase α – escura
Fase β – clara
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição: 40% Sn – 60% Pb
• Microestrutura resultante do resfriamento em equilíbrio:
Fase α – escura – rica em Pb
Fase β – clara – rica em Sn
Fase α primária
(regiões globulares escuras)
Microestrutura eutética (α + β)
(região composta por lamelas 
alternadas das fases α e β)
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Composição: 45% Sn – 65% Pb
• Microestrutura resultante do resfriamento em equilíbrio:
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
• Resumo das microestruturas
características da liga
Chumbo-Estanho (Pb-Sn).
Reações Eutetoides e Peritéticas
• Além do eutético, outros
pontos invariantes envolvendo
3 fases diferentes são
encontrados em alguns
sistemas de ligas.
• Exemplo: sistema Cobre-Zinco
(Cu-Zn), de uma liga conhecida
como Latão.
• Por que o latão foi muito
utilizado na antiguidade?
Reações Eutetoides e Peritéticas
• Além do eutético, outros pontos
invariantes envolvendo 3 fases
diferentes são encontrados em
alguns sistemas de ligas.
• Exemplo: sistema Magnésio-
Chumbo (Mg-Pb).
Reação Eutetoide
• Diagrama de equilíbrio binários.
• A reação eutetoide ocorre no estado sólido.
Reação Eutetoide:
Sólido 1 → Sólido 2 + Sólido 3
O produto da reação eutetoide
é uma microestrutura formada 
pelas fases α e β a partir de γ :
γ → α + β
Reação Peritética
• Diagrama de equilíbrio binários.
Reação Peritética:
Líquido + Sólido 1 → Sólido 2
L + α → β
Reação Eutetoide
• Diagrama de equilíbrio binários.
• Exemplo: sistemaCobre-Zinco (Cu-Zn).
Reação Eutetoide (ponto E):
Reação Peritérica (ponto P):
Principais Reações
• As 5 reações mais importantes, envolvendo 3 fases, em diagramas de fases binários.
Diagramas de Fases Ternários
• Os diagramas de equilíbrio ternários são tridimensionais (3D).
• É extremamente difícil trabalhar com diagramas ternários completos. Assim, são construídos
cortes horizontais (isotérmicos) e verticais (pseudo-binários).
Cortes dos Diagramas de Fases Ternários
Cortes horizontais formando diagramas isotérmicos Cortes verticais formando diagramas pseudo-binários
Exemplo de Diagrama Pseudo-binário (Aços Inoxidáveis)
Representação dos diferentes modos de 
solidificação no diagrama pseudo-binário
Fe-Cr-Ni para 70% Fe
Diagrama de fases do sistema ternário 
Fe-Cr-Ni com corte em 70% Fe
Estruturas Brutas de Fusão
• A solidificação ocorre fora do equilíbrio, pois as taxas de resfriamento não são suficientemente lentas.
• A microestrutura final apresenta a forma de dendritas.
• Ocorrem macro e microssegregações de elementos químicos, formando gradientes de composição.
• Características geralmente encontradas em peças fundidas e metais de solda.
Liga 70%Cu–30%Ni
Estruturas Brutas de Fusão
Metal de solda de um aço 
inoxidável superaustenítico
20%Cr – 25%Ni – 6%Mo – 1,5%Cu
Estruturas Brutas de Fusão
Revestimento depositado por 
soldagem (weld overlay) com 
aço inoxidável superaustenítico
sobre chapa de aço carbono
Comparação de Microestruturas
Materiais trabalhados
mecanicamente (laminados, 
forjados, trefilados) geralmente 
apresentam uma microestrutura 
mais homogênea e com grãos 
mais definidos.
Comparação de Microestruturas
Lingote de Al (fundido) com aproximadamente 5cm 
de largura, mostrando a formação da linha central 
de contração
Estrutura de uma peça forjada
Animações/Técnicas de Caracterização/1 Solidifição Lingote Super-resfriamento.swf
Sistema Ferro-Carbono 
(Fe-C)
Alotropia do Ferro Puro
Alotropia do Ferro Puro
Ferrita δ
(CCC)
Austenita γ
(CFC)
Ferrita α
(CCC)
Temperatura Ambiente
Sistema Ferro-Carbono (Fe-C)
• O diagrama de equilíbrio Fe-C (Ferro – Carbono) apresenta a ferrita e a grafita
como sendo as fases termodinamicamente mais estáveis na temperatura ambiente.
Entretanto, em termos práticos, no estudo dos aços, a grafitização não ocorre.
• Logo, o diagrama de fases Fe-Fe3C (Ferro – Carbeto de Ferro) vem a ser o mais
apropriado para o estudo dos aços carbono e baixa liga, pois é nesta forma
metaestável que o carbono se precipita nessas ligas.
• As microestruturas previstas no diagrama Fe-Fe3C são resultantes de reações que
dependem de difusão no estado sólido e, portanto, só poderão ser obtidas através
de resfriamentos lentos.
Diagrama Ferro-Cementita (Fe-Fe3C)
Diagrama Ferro-Cementita (Fe-Fe3C)
• Cristalografia do ferro
puro.
• Limites de solubilidade
importantes.
• Patamares e reações
importantes.
Influência de Outros Elementos de Liga
• As temperaturas de fronteira, tais como as linhas A1 e A3 , são função da composição
química do aço. Na verdade, elas dependem não só do carbono (C), mas também de
outros elementos de liga (Mn, Si, Cr, Ni, Mo, Ti, W etc). Algumas relações de
dependência são mostradas abaixo:
Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
• Ferrita (α) : Solução sólida intersticial de carbono em ferro CCC. A solubilidade
máxima do carbono (C) nesta fase é de 0,022% na temperatura eutetóide (727°C).
Já na temperatura ambiente, a ferrita α consegue dissolver apenas 0,008%C. Esta
fase é relativamente macia.
• Austenita (γ) : Solução sólida intersticial de carbono no ferro CFC. A solubilidade
máxima do carbono nesta fase é de 2,11% na temperatura eutética (1147°C). A
austenita dissolve mais carbono do que a ferrita (~ 100 vezes mais) porque a
estrutura CFC possui interstícios maiores, logo, a solubilidade do carbono e de
outros elementos intersticiais é maior. Esta fase é paramagnética e não é estável
abaixo da temperatura eutetóide (727°C).
Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
Ferrita (α) Austenita (γ) 
Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
• Ferrita (δ) : Solução sólida intersticial de carbono no ferro CCC. Dissolve até
0,09%C na temperatura peritética (1493°C). A solubilidade máxima do carbono
nesta fase é um pouco maior do que na ferrita α (0,09% contra 0,022%) porque
ocorre em temperaturas maiores, onde a agitação térmica dos átomos é maior. A
ferrita δ é virtualmente a mesma que a ferrita α, exceto pela faixa de temperatura
ao longo da qual cada uma existe.
• Cementita (Fe3C) : Carbeto de ferro, de estequiometria Fe3C
(6,67%C em peso) e com estrutura cristalina complexa
(ortorrômbica). Seu ponto de fusão é de aproximadamente
1200°C. Mecanicamente, a cementita é muito dura (> 800 HB)
e frágil, logo, a resistência de alguns aços é aumentada
substancialmente por sua presença.
Classificação das Ligas do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
• Ferro Puro : Ligas com teor de
carbono (%C) até 0,008%. Por ser
muito macio, não apresenta
propriedades estruturais adequadas.
• Aço : Ligas com %C entre 0,008 e
2,11%. Na prática, raramente
excedem 1,0%C.
• Ferro Fundido : Ligas com %C entre
2,11 e 6,67%. Na prática, raramente
excedem 4,5%C.
Diagrama de Fases Fe-Fe3C
• Existe um eutético no diagrama
de fases Fe-Fe3C em 4,30%C a
1147°C. Porém, este caso é mais
estudado para ferros fundidos,
devido ao alto teor de carbono.
• Neste caso, a reação eutética é:
Diagrama de Fases Fe-Fe3C
• Também existe um ponto
invariante eutetoide no diagrama
de fases Fe-Fe3C , neste caso em
0,77%C a 727°C.
• A reação eutetoide é: γ → α + Fe3C
• As mudanças de fases eutetoides,
ocorridas a 727°C (linha A1), são
muito importantes para a
caracterização da microestrutura
final e para os tratamentos
térmicos dos aços.
γ (0,77%C) → α (0,022%C) + Fe3C (6,67%C)
Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Fe-C
• São 3 as microestruturas obtidas pelo
resfriamento em equilíbrio, as quais
formam 3 tipos básicos de aço carbono, a
depender do teor de carbono (%C).
1) Aços Hipoeutetoite : Possuem carbono
abaixo de 0,77% (e acima de 0,022%).
2) Aço Eutetoide : Possui a composição que
passa pelo ponto eutetóide, ou seja,
0,77%C (~ 0,80%C). Corresponde à
classificação SAE 1080.
3) Aços Hipereutetoide : Possuem carbono
acima de 0,77% e abaixo de 2,11%.
Aço Eutetoide
• A reação eutetoide promove a transformação
isotérmica da austenita (γ) em perlita (α + Fe3C).
• A perlita é um constituinte composto
microestruturalmente por camadas (ou lamelas)
alternadas das fases ferrita (α) e cementita
(Fe3C).
• Mecanicamente, a perlita (α + Fe3C) apresenta
propriedades intermediárias entre a ferrita,
macia e dúctil, e a cementita, dura e frágil.
Formação da Perlita
Microestrutura: Perlita
Formação da Perlita
Aço Eutetoide
Aço Hipoeutetoide
• A ferrita contida na perlita é chamada de
ferrita eutetoide, enquanto a outra
(isolada), que foi formada acima da
temperatura eutetoide (727°C), no campo
γ + α, é denominada ferrita proeutetoide.
Aço Hipoeutetoide
Microestrutura de um aço hipoeutetoide com 0,38 %C. 
Ampliação: 635x
Aço Hipoeutetoide
Microestrutura de um aço hipoeutetoide com 0,20 %C. 
Ampliação: 635x
Grande ampliação mostrando em detalhe o 
grão de perlita
Aço Hipoeutetoide
Aço Hipereutetoide
• Neste caso, a fase formada entre o campo
austenítico (γ) e a temperatura eutetoide
(linha A1) é a cementita proeutetoide. Já
a cementita contida na perlita é
denominada cementita eutetoide.
Aço Hipereutetoide
Microestrutura de um aço hipereutetóide com 1,4 %C.
Colônias de perlita envolvidas por cementita delineando os contornos de grão da austenita prévia. 
Aço Hipereutetoide
Resumo das Microestruturas Obtidas em Equilíbrio
Microestruturas de Aços Carbono
0,2 %C 0,45 %C 0,7 %C
Variação do % de Perlita com o Teor de C
Variação do % de Perlita com o Teor de C
Propriedades Mecânicas de Aços Carbono
Exercício
• Para um aço carbono eutetoide, resfriado lentamente,responda:
a) A composição global da liga.
b) Quantas e quais fases estão presentes.
c) A distribuição das fases na microestrutura final.
d) A composição química de cada fase.
e) O limite de solubilidade do carbono na ferrita (α) em temperatura
ambiente.
Exercício
• Petrobras 2012 : Engenheiro Mecânico Junior
Exercício
• Petrobras 2012 : Engenheiro de Equipamentos Junior – Inspeção
	Slide 1: Engenharia dos Materiais Metálicos
	Slide 2: Referências Bibliográficas
	Slide 3: Mecanismos de Aumento da Resistência Mecânica
	Slide 4: Introdução
	Slide 5: Movimentação das Discordâncias
	Slide 6: Movimentação das Discordâncias
	Slide 7: Movimentação das Discordâncias
	Slide 8: Movimentação das Discordâncias Provocando Deformação Plástica
	Slide 9: Movimentação das Discordâncias Provocando Deformação Plástica
	Slide 10: Movimentação das Discordâncias Provocando Deformação Plástica
	Slide 11: Relembrando...
	Slide 12: Tamanho de Grão
	Slide 13: Tamanho de Grão
	Slide 14: Tamanho de Grão
	Slide 15: Tamanho de Grão
	Slide 16: Tamanho de Grão
	Slide 17: Redução do Tamanho de Grão (Refinamento)
	Slide 18: Solução Sólida
	Slide 19: Solução Sólida
	Slide 20: Endurecimento por Solução Sólida
	Slide 21: Solução Sólida
	Slide 22: Solução Sólida
	Slide 23: Exemplo: Influência do % de Carbono
	Slide 24: Precipitação
	Slide 25: Precipitação
	Slide 26: Encruamento
	Slide 27: Encruamento
	Slide 28: Encruamento
	Slide 29: Encruamento
	Slide 30: Encruamento
	Slide 31: Comparação Microestrutural
	Slide 32: Encruamento
	Slide 33: Encruamento e o Aumento da Resistência
	Slide 34: Processos de Fabricação por Conformação Mecânica
	Slide 35: Processos de Fabricação por Conformação Mecânica
	Slide 36: Processos de Fabricação por Conformação Mecânica
	Slide 37: Processos de Fabricação por Conformação Mecânica
	Slide 38: Processos de Fabricação por Conformação Mecânica
	Slide 39: Encruamento
	Slide 40: Tendência:
	Slide 41: Encruamento: considerações
	Slide 42: Encruamento
	Slide 43: Encruamento
	Slide 44: Recozimento do Metal Encruado
	Slide 45: Efeitos do Encruamento nos Metais
	Slide 46: Efeitos do Encruamento nos Metais
	Slide 47: Efeitos do Encruamento nos Metais
	Slide 48: Recozimento do Metal Encruado
	Slide 49: Recuperação
	Slide 50: Recuperação
	Slide 51: Recristalização
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54
	Slide 55: Recristalização
	Slide 56: Recristalização
	Slide 57: Recristalização
	Slide 58: Fatores que Influenciam na Cinética de Recristalização
	Slide 59: Fatores que Influenciam na Cinética de Recristalização
	Slide 60: Crescimento de Grãos
	Slide 61: Crescimento de Grãos
	Slide 62
	Slide 63
	Slide 64
	Slide 65: Consequências do Recozimento
	Slide 66: Objetivos do Recozimento
	Slide 67: Diagramas de Fases
	Slide 68: Diagramas de Fases – Introdução
	Slide 69: Diagramas de Fases Unários (Um Componente)
	Slide 70: Diagramas de Fases – Glossário
	Slide 71: Limite de Solubilidade
	Slide 72: Diagramas de Fases Binários (Dois Componentes)
	Slide 73: Diagrama de Fases Isomorfo
	Slide 74: Interpretação do Diagrama de Fases Isomorfo
	Slide 75: Interpretação do Diagrama de Fases Isomorfo
	Slide 76: Diagrama Isomorfo (Cu-Ni)
	Slide 77: Diagrama Isomorfo (Cu-Ni)
	Slide 78: Propriedades Mecânicas de Ligas Isomorfas (Cu-Ni)
	Slide 79: Sistemas Eutéticos Binários
	Slide 80: Sistemas Eutéticos Binários
	Slide 81: Sistema Eutético Binário Cobre-Prata (Cu-Ag)
	Slide 82: Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
	Slide 83: Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
	Slide 84: Sistema Eutético Binário Chumbo-Estanho (Pb-Sn)
	Slide 85: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 86: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 87: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 88: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 89: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 90: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 91: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 92: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 93: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Eutéticas
	Slide 94: Reações Eutetoides e Peritéticas
	Slide 95
	Slide 96: Reações Eutetoides e Peritéticas
	Slide 97: Reação Eutetoide
	Slide 98: Reação Peritética
	Slide 99: Reação Eutetoide
	Slide 100: Principais Reações
	Slide 101: Diagramas de Fases Ternários
	Slide 102: Cortes dos Diagramas de Fases Ternários
	Slide 103: Exemplo de Diagrama Pseudo-binário (Aços Inoxidáveis)
	Slide 104: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 105: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 106: Estruturas Brutas de Fusão
	Slide 107: Comparação de Microestruturas
	Slide 108: Comparação de Microestruturas
	Slide 109: Sistema Ferro-Carbono (Fe-C)
	Slide 110: Alotropia do Ferro Puro
	Slide 111: Alotropia do Ferro Puro
	Slide 112: Sistema Ferro-Carbono (Fe-C)
	Slide 113: Diagrama Ferro-Cementita (Fe-Fe3C)
	Slide 114: Diagrama Ferro-Cementita (Fe-Fe3C)
	Slide 115: Influência de Outros Elementos de Liga
	Slide 116: Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 117: Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 118: Constituintes do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 119: Classificação das Ligas do Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 120: Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 121: Diagrama de Fases Fe-Fe3C
	Slide 122: Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Fe-C
	Slide 123: Aço Eutetoide
	Slide 124: Formação da Perlita
	Slide 125: Microestrutura: Perlita
	Slide 126: Formação da Perlita
	Slide 127: Aço Eutetoide
	Slide 128: Aço Hipoeutetoide
	Slide 129: Aço Hipoeutetoide
	Slide 130: Aço Hipoeutetoide
	Slide 131: Aço Hipoeutetoide
	Slide 132: Aço Hipereutetoide
	Slide 133: Aço Hipereutetoide
	Slide 134: Aço Hipereutetoide
	Slide 135: Resumo das Microestruturas Obtidas em Equilíbrio
	Slide 136
	Slide 137: Microestruturas de Aços Carbono
	Slide 138: Variação do % de Perlita com o Teor de C
	Slide 139: Variação do % de Perlita com o Teor de C
	Slide 140: Propriedades Mecânicas de Aços Carbono
	Slide 141: Exercício
	Slide 142: Exercício
	Slide 143: Exercício
	Slide 144