unid_2 Ciência dos materiais

Prévia do material em texto

68
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Unidade II
5 DIAGRAMA DE FASES DA LIGA FERRO‑CARBONO
As ligas mais utilizadas em projetos de engenharia são as ligas ferrosas. Segundo a Wordsteel 
Association (2015), no ano de 2014, o mundo produziu 1,66 bilhão de toneladas de aço, sendo que seus 
maiores produtores são China (822,7 milhões de toneladas) e Japão (110,7 milhões de toneladas). No 
Brasil, a produção de aço em 2016 foi de 694 mil toneladas, faturamento estimado em R$ 4 bilhões e 
que emprega cerca de 26 mil colaboradores (CBCA, [s.d.]).
A produção de aço na siderúrgica segue para diversas outras indústrias, como automobilísticas, 
aeronáuticas, navais, peças diversas, construção civil e outros ramos, que utilizam o aço como sua 
principal matéria‑prima. Além do aço, a indústria utiliza também outras ligas classificadas como ferrosas, 
como as ligas de aço inox, aço ferramenta e ferro fundido.
As ligas ferrosas são ligas que apresentam as propriedades mecânicas, elétricas e térmicas que se 
adequam aos projetos de engenharia, além do seu custo ser mais competitivo que os demais materiais. 
Atualmente, até os cabos de transmissão de alta tensão são fabricados em aço, pois sua condutividade 
não fica muito abaixo da condutividade do cobre, por exemplo. Bloco de motores automotivos podem 
ser fabricados em aço ou em alumínio, sendo que os automóveis populares são fabricados em aço para 
reduzir o seu custo. O desempenho do aço em relação ao alumínio é muito parecido, com vantagem de 
apresentar maior resistência térmica e mecânica, precisando de menos manutenção e sendo esta mais 
fácil quando necessária.
As ligas ferrosas são, na maior parte, compostas de ferro e com adição de carbono. O aço é um liga 
formada pela mistura de ambos os elementos (ferro x carbono). Essa liga contém 0,02% até 2,11% de 
carbono. Acima de 2,11% e até 6,67%, a liga chama‑se ferro fundido que, na prática, é utilizado até 4%. 
Nessa liga, por causa da sua elevada dureza, necessita‑se da adição de silício para formação de grafita, 
o que permitirá que a liga seja utilizada em diversas peças em diversas máquinas.
A liga ferro x carbono apresenta um diagrama conforme apresentado na figura a seguir. Esse 
diagrama é um mapa para que o engenheiro saiba o que irá acontecer com a liga que ele possui se for 
adicionado mais carbono ou se for reduzida a quantidade de carbono existente na liga. Não é um gráfico 
que apresenta nenhuma propriedade, mas dá indícios que poderão auxiliá‑lo na escolha da liga mais 
adequada para o trabalho.
69
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
1%
400 ºC
600 ºC
800 ºC
1.000 ºC
1.200 ºC
1.400 ºC
1.600 ºC
δ+L
γ+δ
δ
1.534 ºC
1.495 ºC
0,51%
1.148 ºC
910 ºC
1.227 ºC
2,11%
0,77%0,02%
4,30%
727%
6,67%
1.394 ºC
2% 3% 4% 5% 6%
10
0%
 F
e 3
C
7%
% de carbono em massa
Líquido
α+Fe3C
γ+Fe3C
γ+L
α+γ
α
γ
Fe3C+L
Figura 60 – Diagrama da liga Ferro carbono
Na figura, é observado um limite de 6,67% de carbono, pois é o máximo permitido pela estequiometria, 
conforme verifica‑se na equação 5.1, e desenvolvido na equação 5.2 e equação 5.3.
3Fe + C → FeC (equação 5.1)
3 * 55,845 + 12 → 179,535 (equação 5.2)
179 535 100
12
6 68
, / %
/
, %
g mol
g mol X
X
→
→
=
 (equação 5.3)
Verifica‑se também no diagrama a presença de ferrita: é o ferro na estrutura CCC; existe até a 
temperatura de 910ºC; sua fase magnética ocorre até a temperatura de 768ºC (temperatura de Curie) e 
permite até 0,02% de carbono na temperatura de 727ºC sem precipitar a fase de cementita (Fe3C). Acima 
de 727ºC, inicia‑se a formação de austenita, que, em baixos teores de carbono, começa a se formar em 
912ºC e pode existir até 1.394ºC. É a fase em que o ferro está organizado na estrutura CFC e é uma fase 
não magnética. Permite que até 2,11% de carbono fique totalmente dissolvido nela à 1.148ºC sem a 
precipitação de cementita. Na figura a seguir, é apresentada a diferença microscópica existente entre 
ferrita e austenita.
70
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
 Saiba mais
Temperatura de Curie é a temperatura em que o magnetismo do 
material é induzido. Veja mais em:
BAUER, W.; WESTFALL, G. D. Física para universitários: mecânica. São 
Paulo: Amgh, 2012.
Ferrita Austenita
Figura 61 – Imagens microscópicas da ferrita e da austenita
A cementita é a outra fase que predomina no diagrama. Quimicamente, é o carbeto de ferro que 
corresponde à ligação metálica entre carbono e ferro. O diagrama ferro x carbono é, na verdade, o 
diagrama ferro cementita em função da quantidade de carbono que existe na liga. Ela se cristaliza 
na forma ortorrômbica e é considerada um material cerâmico, apresenta elevada dureza e é muito 
quebradiça, mas, ao se misturar ao ferro, forma o equilíbrio da liga, dando a dureza que é necessária para 
o aço. Microscopicamente, ela é visualizada conforme a figura a seguir.
Figura 62 – Imagem microscópica da cementita, que são as lamelas na figura. 
O fundo branco é a ferrita. O conjunto ferrita + cementita = perlita
71
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
No diagrama da liga ferro x carbono, a cementita pode aparecer com a austenita ou com a ferrita. 
Quando ela está com a austenita (aços hipereutetoides e ferros fundidos), há a formação de uma 
micrografia chamada de ledeburita. Quando a cementita está com a ferrita, que é a condição mais 
estudada, é a micrografia chamada de perlita.
A liga ferro carbono apresenta o equilíbrio eutético (menor temperatura de fusão – fusão 
facilitada) em 4,30% de carbono, tendo nessa concentração a menor temperatura de fusão, em 
1.148ºC. O equilíbrio eutetoide (menor temperatura de transformação alotrópica) é em 0,77% 
(0,83% para alguns autores), na temperatura de 727ºC. Nessa condição, a mistura de ferrita com 
cementita, em aquecimento, transforma‑se instantaneamente em austenita. Acontece também 
o equilíbrio perfeito da ferrita com a cementita até a temperatura de transformação, em que 
microscopicamente ambas as fases estão em harmonia, bem distribuídas e organizadas em um 
único grão chamado de perlita.
O grão único de perlita só acontece nesse equilíbrio, nessa concentração de carbono. Em qualquer 
concentração inferior a 0,77% de carbono, a perlita começa a formar grãos separados, conforme a 
figura a seguir. Esses aços são os chamados aço hipoeutetoide, ou seja, concentração de carbono abaixo 
da concentração de equilíbrio eutetoide.
Figura 63 – Perlita em um aço hipoeutetoide em ampliação de 100 vezes
A figura anterior refere‑se a um aço ABNT1045, que contém 0,45% de carbono. Observa‑se, neste 
caso, que o grão é rodeado de uma faixa branca chamada de ferrita. Essa mesma ferrita está dentro 
do grão juntamente com a cementita. Na imagem da figura a seguir, que é uma ampliação da figura 
anterior, é possível observar melhor os detalhes de como que a cementita está dentro do grão de perlita. 
Dentro do grão, observa‑se melhor a cementita em forma de lamelas e a ferrita tomando conta da 
matriz do material.
72
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Figura 64 
Ao realizar a regra da alavanca do aço com 0,45% de carbono, fica mais fácil entender a imagem do 
ponto de vista quantitativo. Na equação 5.4 é realizada a regra da alavanca para o cálculo da fase ferrita 
(α) para a figura anterior. Neste cálculo, observa‑se um total de 93,25% de ferrita:
α = −
−
⋅ =6 67 0 45
6 67 0
100 93 25
, ,
,
, % (equação 5.4)
Já na equação 5.5 é calculado o percentual de cementita. Como já temos o percentual de 93,25% de 
ferrita, o restante (6,75%), neste caso, é cementita.
Fe C3 100 93 25
0 45 0
6 67 0
6 75= − = −
−
=% , % ,
,
, % (equação 5.5)
O cálculo da equação5.6 é a quantificação da ferrita que está fora do grão de perlita, aqui chamada 
de ferrita primária. Neste cálculo, foi obtido o valor de 41,56%. Se subtrairmos o resultado da equação 
5.4 com a 5.5 teremos a diferença de 51,69%, que corresponde à quantidade de ferrita existente dentro 
do grão de perlita.
αprim riaá =
−
−
⋅ =0 77 0 45
0 77 0 00
100 4156
, ,
, ,
, % (equação 5.6)
Na equação 5.7 é quantificado o percentual de perlita que pode ser calculado pela diferença de 100% 
da equação 5.6 ou, fazendo a aplicação da regra da alavanca, é obtido o valor de 58,44%. Conclusão é 
que, em um aço com 0,45% de carbono, quase 60% é perlita, apesar da existência de 93,25% de ferrita. 
Essa ferrita está em boa parte dentro do grão de perlita.
Perlita = − = −
−
=100 4156 0 45 0 00
0 77 0 00
58 44% , %
, ,
, ,
, % (equação 5.7)
A mesma situação é observada no aço com 0,20% de carbono, também classificado como 
hipoeutetoide, conforme pode ser visualizado na figura a seguir. Nesta figura, a quantidade de perlita é 
bem reduzida, e a ferrita predomina em toda a micrografia:
73
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 65 – Imagem microscópica do aço ABNT1020. Ampliação de 100 vezes
Ao observar a ampliação desse aço, observa‑se que a distinção de ferrita e perlita dentro do grão é 
mais difícil, sendo necessária a utilização de lentes de aumento superior a 500 vezes.
Figura 66 – Micrografia com ampliação de 500 vezes a imagem do material
Ao aplicar a regra da alavanca, de forma semelhante à realizada no aço com 0,45% de carbono, 
verifica‑se o percentual de ferrita de 97%, conforme a equação 5.8:
α = −
−
⋅ =6 67 0 20
6 67 0
100 97 00
, ,
,
, % (equação 5.8)
A equação 5.9 calcula o percentual de cementita. Como já temos o percentual de 97% de ferrita, o 
restante (3%) é cementita.
Fe C3 100 97 00
0 20 0
6 67 0
3 00= − = −
−
=% , % ,
,
, % (equação 5.9)
74
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
O cálculo da equação 5.10 é a quantificação da ferrita fora do grão de perlita, (ferrita primária). 
Neste cálculo, foi obtido o valor de 74,03%. Se subtrairmos o resultado da equação 5.8 com a 5.10, 
teremos a diferença de 22,97%, que corresponde à quantidade de ferrita existente dentro do grão 
de perlita.
αprim riaá =
−
−
⋅ =0 77 0 20
0 77 0 00
100 74 03
, ,
, ,
, % (equação 5.10)
Na equação 5.11 é quantificado o percentual de perlita, obtendo‑se o valor de 25,97%. Com este 
valor, conclui‑se que, em um aço com 0,20% de carbono, quase 26% é de perlita, apesar da existência 
de 97% de ferrita.
Perlita = − = −
−
=100 74 03 0 20 0 00
0 77 0 00
25 97% , %
, ,
, ,
, % (equação 5.11)
No caso de um aço que contém o percentual de carbono superior a 0,77% de carbono, esses aços são 
chamados de aço hipereutetoide. Como exemplo, a figura a seguir apresenta a micrografia de um aço 
que contém 1,4% de carbono. Nesta micrografia, verificam‑se as diferenças significativas em relação 
aos aços hipoeutetoides, por exemplo, o fundo claro agora não é mais ferrita, mas, sim, a cementita, 
que, neste caso, chama‑se cementita pró‑eutetoide. Esses aços também nunca terão um percentual de 
perlita igual a 100%.
Figura 67 – Micrografia de um aço hipereutetoide contendo 1,4% de carbono
A aplicação da regra da alavanca é aplicada na equação 5.12 com o cálculo de ferrita; a equação 
5.13 com o cálculo da cementita; a equação 5.14 com o cálculo da cementita pró‑eutetoide e a equação 
5.15 para o cálculo da perlita. Com o aumento do percentual de carbono, o esperado é que o percentual 
de carbono seja reduzido, conforme apresentado na equação 5.12.
75
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
α = −
−
⋅ =6 67 140
6 67 0
100 79 01
, ,
,
, % (equação 5.12)
A equação 5.13 calcula o percentual de cementita para esse aço. Como já tem o percentual de 
79,01% de ferrita, o que restou (20,99%) é cementita.
Fe C3 100 79 01
140 0
6 67 0
20 99= − = −
−
=% , % ,
,
, % (equação 5.13)
O cálculo da equação 5.14 é a quantificação da cementita fora do grão de perlita (cementita 
pró‑eutetoide). Neste cálculo, foi obtido o valor de 10,68%. Se subtrairmos o resultado da equação 5.13 
da 5.14, teremos a diferença de 10,31%, que corresponde à quantidade de cementita existente dentro 
do grão de perlita.
Fe C eutet ide3
140 0 77
6 67 0 77
100 10 68Pr
, ,
, ,
, %ó ó‑ =
−
−
⋅ = (equação 5.14)
Na equação 5.15 é quantificado o percentual de perlita, obtendo‑se o valor de 89,32%. Com esse 
valor, conclui‑se que, em um aço com 1,40% de carbono, quase 90% é de perlita, apesar da existência 
de quase 21% de ferrita. Neste caso ainda pode‑se concluir que o percentual de carbono acima da 
concentração eutetoide terá uma queda menor do percentual da perlita.
Perlita = − = −
−
=100 168 6 67 140
6 67 0 77
89 32% , %
, ,
, ,
, % (equação 5.15)
Quando o percentual de carbono é superior a 2,11%, a liga ferro carbono deixa de se chamar aço e 
passa a se chamar ferro fundido. Contudo, se apenas existir ferro e carbono com percentual superior a 
2,11%, a liga é o ferro fundido branco, que é uma liga com uma dureza muito elevada, muito quebradiça, 
não existindo uma função específica para ela.
Essa liga serve de matéria‑prima base para a produção das demais ligas de ferro fundido, como o 
ferro fundido cinzento, ferro fundido nodular e ferro fundido maleável, mas, para isso, é necessária a 
adição de pelo menos 1% de sílicio à liga para que ocorra a precipitação da fase grafita (tradicionalmente 
conhecida como grafite).
6 TRATAMENTOS TÉRMICOS EM AÇO E DIAGRAMA (TTT)
O aço é uma liga que apresenta vantagens até mesmo se houver a necessidade de alterar algumas 
de suas propriedades mecânicas. É possível aumentar ou até mesmo diminuir a dureza de um aço. O 
método para que isso seja possível é através dos tratamentos térmicos.
Os tratamentos térmicos são realizados nos materiais com o objetivo de alterar as suas propriedades. 
No caso, alterar as suas propriedades quer dizer aumentar ou diminuir sua dureza, tenacidade, resistência 
à tração e resistência a impacto. De certa forma, alterar as propriedades mecânicas em alguns materiais 
pode alterar algumas outras propriedades. Cada caso de material apresenta uma regra e uma metodologia 
diferenciada para os tratamentos térmicos.
76
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Este capítulo terá como objetivo apresentar os tratamentos térmicos aplicados a ligas de aço. 
Não é possível seguir essas regras para aço inox, aço ferramenta ou quaisquer outras ligas ferrosas. 
As metodologias para esses materiais são diferenciadas. Não se pode temperar um inox 316L como 
se tempera um aço ABNT 1045, pois a liga de inox apresentará muitas trincas, não sendo mais 
viável a sua utilização.
Da mesma forma, as ligas não ferrosas, tais como alumínio, cobre, titânio etc., não devem seguir essas 
metodologias, pois essas ligas não apresentam as mesmas condições das ligas de aço. Esses materiais 
podem sofrer tratamento térmico assim como quaisquer outros, contudo, os objetivos são diferentes e, 
portanto, as metodologias também.
A principal ferramenta para o estudo dos tratamentos térmicos são os diagramas TTT, que são 
diagramas de Tempo x Temperatura x Transformação. No eixo x do gráfico, o tempo é representado em 
escala logarítmica; no eixo y, a representação da temperatura é em escala normal. A transformação são 
as linhas vermelha, verde e o tracejado em azul da figura a seguir.
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
Figura 68 – Diagrama Tempo x Temperatura x Transformação (TTT) 
para a liga ferrocarbono eutetoide (0,77% de carbono, aço ABNT1080)
77
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
A ideia desse diagrama é representar um resfriamento de um aço para obter as micrografias 
que podem alterar as propriedades mecânicas dos materiais. No diagrama, a letra A é a austenita, a 
micrografia inicial para um tratamento térmico. Para qualquer tratamento térmico em aço, é obrigatória 
a transformação em austenita para que ele seja resfriado e, posteriormente, aconteça a transformação 
em alguma fase. As fases micrográficas identificadas com a letra P são referentes à perlita; a letra B 
identifica a bainita e a letra M representa a martensita.
A curva de resfriamento em algum momento irá cruzar a linha de transformação de alguma dessas 
micrografias. A linha vermelha representa o início da transformação; o tracejado azul indica que 50% já 
estão transformados em uma determinada micrografia. A linha verde representa a transformação total 
da austenita em alguma das micrografias.
A micrografia, após transformada, poderá sofrer um novo tratamento para, posteriormente, 
ser transformada em outra micrografia. Um exemplo é que uma peça pode passar pelo processo de 
recozimento para diminuir a sua dureza e, na sequência ser usinada. Após a usinagem, o material 
poderá ser temperado para aumentar a sua dureza. Esse processo é utilizado para diminuir o 
desgaste com as pastilhas de usinagem, minimizando o custo do processo. Outro exemplo: em 
um aço que foi laminado diversas vezes a frio para evitar que fique com trincas, é comum ocorrer 
um recozimento para que, em seguida, ele possa passar novamente nos rolos de laminação.
6.1 Normalização
A normalização é o tratamento térmico normal da siderúrgica, por isso o nome de normalização, 
pois o objetivo é voltar o material às condições normais após os processos de conformação mecânica 
ocorridos na siderúrgica. Esse tratamento consiste em aquecer o material até a fase de austenização 
(acima de 727ºC para aço eutetoide) e resfriar ao ambiente.
Quando o aço é resfriado no ambiente, ele demora um pouco para atingir o equilíbrio com 
a temperatura ambiente. Isso acontece porque depende do coeficiente de capacidade térmica 
do material, da massa específica e da viscosidade do fluído de resfriamento, que, no caso, é o 
próprio ar.
Na figura a seguir, a linha lilás é o comportamento do resfriamento do aço no ambiente. Percebe‑se 
que a linha lilás cruza a linha verde antes do pontilhado preto indicado com a letra N, o que significa 
que a estrutura formada é a perlita. Contudo, como ainda é considerado um resfriamento mais rápido, o 
grão formado é de perlita fina. A perlita fina apresenta uma dureza um pouco mais elevada que a perlita 
grossa formada no processo de recozimento.
78
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 69 – Representação do resfriamento da normalização de um aço eutetoide
6.2 Recozimento
O recozimento é o tratamento térmico em que o material é levado ao forno até a temperatura de 
austenização (acima de 727ºC para aço eutetoide); após o equilíbrio térmico, o forno é desligado e a peça 
continuará dentro do forno. Esse resfriamento pode demorar até 24 horas para atingir a temperatura 
ambiente, que é de aproximadamente 30ºC.
Esse tratamento térmico é o mais adequado para anteceder um processo de usinagem, pois diminui 
a dureza do material, causando menos desgaste na pastilha de usinagem. Também pode ser utilizado 
para aliviar tensões de fadiga que as peças estão sofrendo em uma máquina, por exemplo. A figura a 
seguir apresenta a curva de resfriamento do aço eutetoide para o recozimento. O resfriamento pode 
durar até 27 horas, que seria o equivalente aos 105 segundos do gráfico.
79
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 70 – Representação do resfriamento do recozimento de um aço eutetoide
6.3 Austêmpera
O tratamento de austêmpera é o tratamento térmico em que o aço é resfriado até uma temperatura 
abaixo do tracejado preto do diagrama e acima da linha amarela. A temperatura é mantida por um 
tempo até o cruzamento da linha verde, em que ocorre a transformação total na bainita, conforme 
pode ser visualizado na figura a seguir. Esse resfriamento é realizado na prática por meio de chumbo 
líquido, que se mantém nesse estado entre 300ºC e 600ºC, ou por meio de óleo lubrificante aquecido 
até essa temperatura. Em decorrência de sua alta insalubridade, esse tratamento é realizado apenas em 
empresas especializadas ou com uma série de recursos, como exaustores com lavadores de gases.
80
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 71 – Representação do resfriamento da austêmpera de um aço eutetoide. Na linha 
lilás superior, a formação de bainita superior, e na linha lilás inferior, a formação de bainita inferior
Na figura a seguir é representada a micrografia de uma bainita após uma austêmpera. A bainita tem 
aspecto de “pena de ave”.
Figura 72 
81
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
6.4 Têmpera
A têmpera é o tratamento térmico mais utilizado na indústria, pois ele aumenta a dureza do material 
ferroso, principalmente após o processo de usinagem. Esse tratamento consiste em um violento choque 
térmico no material, tirando‑o do forno e resfriando‑o rapidamente em água ou em outro fluído, como 
óleo diesel, lubrificante, óleo vegetal etc. Como o resfriamento é rápido, acontece em até cinco segundos 
para atingir o equilíbrio com o ambiente, sua estrutura formada é a martensita.
Como o choque térmico é violento, é possível que ocorram trincas no material. Esse problema pode 
ser evitado com o uso de fluídos com velocidade de resfriamento menor, como os óleos. Por outro lado, 
a dureza será menor que o material que foi resfriado brutalmente em água.
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 73 – Representação do resfriamento da têmpera de um aço eutetoide
A micrografia martensítica é uma solução supersaturada de carbono no ferro α de aspecto acicular 
e de reticulado tetragonal. Sua micrografia pode ser identificada na caracterização da figura a seguir.
82
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Figura 74 – Micrografia da martensita
6.5 Martêmpera (Revenimento)
Como a têmpera é um tratamento muito bruto, podendo formar trincas no material, existe a 
possibilidade de realizar um tratamento que faz um alívio das tensões internas que acontecem no material. 
Esse tratamento consiste em deixar o material descansar por um tempo (não tem uma regra do quanto). 
Após o descanso, o material irá para um forno à temperatura menor que a temperatura eutetoide, sendo 
mantida por um tempo e, posteriormente, resfriadono ambiente, de forma lenta (veja a figura a seguir).
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 75 – Representação do resfriamento da martêmpera de um aço eutetoide
83
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Não há uma regra para especificar um tempo ou uma temperatura, mas pode‑se dizer que quanto 
maior a temperatura, menor será o tempo de exposição no forno para o alívio das tensões. Com o alívio 
das tensões, haverá também uma queda no valor da dureza do material. Dependendo da aplicação, isso 
poderá ser uma boa opção para as trincas internas no material.
6.6 Coalescimento
O coalescimento, que também é chamado de esferoidização, é um tratamento térmico que consiste 
em um resfriamento escalonado do material, necessitando de um tempo maior e disponibilidade de 
vários fornos para a realização do resfriamento. Na prática, é muito parecido com o recozimento, a 
diferença é que, no recozimento a temperatura diminui, enquanto no coalescimento o material deve 
passar para um outro forno que esteja a aproximadamente 30ºC abaixo da temperatura eutetoide 
(aproximadamente 700ºC) por diversas horas.
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
A
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 76 – Representação do resfriamento da martêmpera de um aço eutetoide
Com esse resfriamento, a morfologia da cementita muda de lamelas para glóbulos. Por esse motivo, 
a microestrutura formada é conhecida como esferoidita (Figura 77). Essa microestrutura também possui 
matriz de ferrita. O tratamento usual é com aços de alto teor de carbono para facilitar a usinabilidade
84
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Figura 77 – Micrografia da esferoidita
6.7 Tratamento térmico dos demais materiais
Conforme já discutido anteriormente, o tratamento térmico é variado de material para 
material, não sendo possível aplicar a mesma regra para qualquer material. Como exemplo, 
um torneiro mecânico sabe que o aço com 0,2% de carbono não pegará têmpera, ou seja, ele 
não é tratável termicamente, sem aumento de sua dureza. Isso é perceptível no momento da 
usinagem do material, seja no torno, verificado na formação do cavaco, ou no esmeril, na 
formação das fagulhas.
A justificativa para essa ocorrência é que, para esse tipo de material, apesar de apresentar 
um diagrama TTT, é impossível formar outra micrografia que não seja a perlita. Como pode 
ser observado no diagrama TTT da figura a seguir, em que é apresentado um diagrama de um 
aço doce (baixo carbono), as linhas de transformação se aproximam muito do eixo inicial do 
diagrama, fazendo com que o resfriamento cruze inicialmente a linha da perlita, formando 
apenas essa estrutura.
85
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
1 10
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
10210–1
200
100
300
400
500
600
700
800
900
1.400
1.200
1.000
800
600
400
103 104 105
A
50%
N
P
B
Eutectoid temperature
A
P
A + B
+
Figura 78 – Diagrama TTT para uma liga ferrosa com menos de 0,40% de carbono
Já na figura a seguir, pode ser apreciado um diagrama TTT para um aço ABNT4340, que contém 
molibdênio, juntamente com o carbono na liga ferrosa. A linha de transformação apresenta mais 
fases, pois há menos carbono, permitindo a presença de perlita e ferrita após o resfriamento. Nesse 
caso, as curvas de resfriamento são semelhantes ao aço eutetoide, mas haverá diferenças no tempo e 
temperatura em que o material deverá ficar no banho de chumbo.
86
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
10 102
Time (s)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
1031
200
100
0
300
400
500
600
700
800
1.400
1.200
1.000
800
600
400
400
104 105 106
A
A
A
50% B
M
Eutectoid temperature
A + F
A + F 
+ P
F + P
A + B
M + B
M(start)
M(50%)
M(90%)
Figura 79 – Diagrama TTT para a liga ABNT 4340
Em resumo, o tratamento térmico para qualquer material vai variar muito, pois, para cada liga, há 
um diagrama TTT específico. Sob hipótese alguma, o procedimento prático de tratamento térmico de 
aços poderá ser aplicado aos materiais, tais como aço inox, alumínio, cobre e outros. Não ocorrerá o que 
se deseja e ainda poderá provocar tensões internas desnecessárias ao material.
6.8 Tratamentos superficiais e termoquímicos
Outra opção de tratamento para endurecimento são os tratamentos superficiais e os tratamentos 
termoquímicos. Eles têm como objetivo apenas endurecer a superfície do material, muitas vezes até 
deixando o interior com baixa dureza. Essa é uma estratégia de utilização da peça, que poderá ter a 
necessidade de resistir ao atrito e, ao mesmo tempo, ter o interior com dureza menor para absorver o 
impacto, por exemplo, engrenagens, trilhos e rodas de trens.
A têmpera superficial é um exemplo de processo realizado com material de alto teor de carbono: 
coloca‑se o material em fogo e, posteriormente, ele é resfriado em água. Apenas a superfície do material será 
endurecida nesse processo. Contudo, a profundidade de têmpera será em função da espessura do material e o 
87
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
tempo que ele ficou exposto à chama. É um processo em que não é possível realizar a têmpera por espessura 
determinada. O objetivo é aumentar a dureza para um processo rápido, como uma ferramenta, por exemplo.
Para fazer a têmpera em uma profundidade específica, recomenda‑se o processo de têmpera por 
indução: o processo é realizado através de uma bobina; por meio de indução eletromagnética, ela aquece 
o material que, em seguida, é resfriado rapidamente. Esse processo também é recomendado para aço de 
alto teor de carbono.
Outra opção de tratamento é adicionar carbono à superfície do material por meio de difusão; esse 
tratamento é chamado de cementação. A cementação é um tipo de tratamento termoquímico em que o 
carbono entra em forma de monóxido de carbono no aço e forma cementita, conforme a equação 6.1.
6 2 2 3 2Fe CO Fe C O+ → + (equação 6.1)
Nesse processo, a cementita está somente na superfície do material. Como está sendo adicionado 
carbono, há a necessidade de que o aço tenha baixo teor de carbono. Além disso, o tratamento exige 
um resfriamento rápido, que fixa o carbono no aço, impedindo a descarbonetação (perda de carbono) e, 
simultaneamente, temperando a superfície do material.
A última opção é a nitretação, que é outro tratamento termoquímico que também aumentará a 
dureza superficial do material. Esse processo é a adição de nitrogênio na camada superficial do aço. É 
recomendado para aço de alto teor de carbono.
 Saiba mais
Para mais informações sobre os processos de tratamentos térmicos e 
termoquímicos, leia:
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos: características gerais, tratamentos 
térmicos, principais tipos. 7.ed. São Paulo: ABM, 2005.
CHIAVERINI, V. Tecnologia mecânica. 2. ed. São Paulo: McGraw‑Hill, 1986.
CHIAVERINI, V. Tratamento térmico das ligas metálicas. São Paulo: ABM, 2003.
7 CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS
Existem diversas ligas ferrosas disponíveis no mercado. Há ligas contendo apenas carbono, que 
são as mais usuais, e aquelas em que é adicionado algum elemento de liga para obter propriedades 
específicas. Sabe‑se que o carbono, ao ser adicionado à liga ferrosa, irá aumentar a sua resistência 
mecânica à traçãoe a sua dureza, deixando o material menos tenaz (alongando menos em deformações 
como tração) e, assim, dificultando o processo de conformação.
88
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Entretanto, o carbono não é o único a deter essas alterações nas propriedades mecânicas da liga 
ferrosa. Com exceção do carbono, o ferro é um elemento que dá preferência para ligar‑se com outros 
elementos que estão ao seu redor na tabela periódica.
 Observação
O ferro é um elemento que se localiza na coluna 8 da tabela periódica 
e está organizado na estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC) na sua 
organização principal (ferrita) e se recristaliza em Cúbica de Face Centrada 
(CFC) em temperatura superior a 727ºC (austenita). Dessa forma, ele 
procurará se misturar com elementos semelhantes a ele, como os elementos 
que se localizam ao seu lado na tabela periódica e se organizam no mesmo 
sistema cristalino.
7.1 Aços
O aço é o principal material representante das ligas ferrosas. Os aços são os materiais sobre os 
quais mais existem estudos na área de engenharia, pois suas propriedades são as mais adequadas 
para quaisquer projetos. Basicamente, o aço é formado por ferro mais carbono, mas podem ter mais 
elementos ligados à liga.
A maioria dos elementos ligados ao ferro irá aumentar a sua resistência mecânica. O 
cobalto (Co) e o cromo (Cr) são elementos que também aumentam a resistência à tração da 
liga ferrosa. Ambos os elementos também auxiliam a liga ferrosa a ser resistente ao calor, ao 
desgaste por abrasão e principalmente à corrosão; o cromo é o principal elemento formador 
de ligas de aço inox.
Entre outros elementos, o níquel aumenta o limite de escoamento do material. Com o limite de 
escoamento maior, o material também terá mais elasticidade e, consequentemente, sua tenacidade 
também será maior. O níquel também fará com que o material resista aos meios redutores.
Para aumentar a resistência ao calor, os elementos mais indicados para a liga ferrosa são 
molibidênio, vanádio e, principalmente, tungstênio. Com maior resistência ao calor, o material poderá 
ser utilizado em máquinas que trabalham em temperaturas elevadas. O tungstênio e o vanádio 
podem ser utilizados em facas e ferramentas cortantes, pois eles garantem que os gumes das facas 
permaneçam afiados e cortantes.
Cada elemento terá uma função específica na liga ferrosa. Em resumo, a tabela a seguir apresenta o 
efeito que cada elemento adicionado poderá provocar na liga ferrosa. Por exemplo, o carbono tem um 
efeito positivo em resistência mecânica, indicando que quanto mais carbono na liga ferrosa, maior será 
a sua resistência. Por outro lado, o efeito negativo em ductilidade indica que quanto maior a quantidade 
de carbono na liga ferrosa, menor será sua ductilidade.
89
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 10 – Influência dos elementos de liga adicionados 
à liga de aço: positivo aumenta e negativo diminui sua propriedade
Propriedade / Elemento C Mn Si S P Ti Cr Nb
Resistência mecânica + + + ‑ + + + +
Ductilidade ‑ ‑ 0 ‑ ‑ 0 ‑ ‑
Tenacidade ‑ 0 0 ‑ 0 0 0 +
Soldabilidade ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ 0 ‑ 0
Resistência à corrosão ‑ 0 + 0 + + + 0
Desoxidante 0 + + 0 0 0 0 0
Existem diversas possibilidades de misturas ferrosas que podem ser expressas por meio de normas. 
A designação mais usual é a representação de acordo com a norma SAE (2014). A classificação SAE é 
a mesma que as normas brasileiras utilizam (ABNT NBR 6006:1994, substituída por NBR NM87:2000). 
Essa classificação é apresentada na tabela a seguir com a identificação de cada liga em função da sua 
composição química. Os dois últimos dígitos, apresentados com XX na tabela, representam o percentual 
de carbono da liga.
Tabela 11 – Sistemas SAE, AISI e UNS de classificação dos aços
Designação
Tipos de aço
AISI‑SAE UNS
10XX G10XXX Aços‑carbono comuns
11XX G11XXX Aços de usinagem fácil, com alto S 
12XX G12XXX Aços de usinagem fácil, com alto P e S 
13XX G13XXX Aços‑Mn com 1,75% de Mn médio 
14XX G14XXX Aços‑carbono com 0,10% de Nb
15XX G15XXX Aços‑carbono com teor de Mn de 1,0% a 1,65% (aço‑manganês)
23XX G23XXX Aços com Ni entre 3,25% e 3,75%
25XX G25XXX Aços com Ni entre 4,75% e 5,25%
31XX G31XXX Aços com Ni entre 1,10% e 1,40% e com Cr entre 0,55% e 0,90%
32XX G32XXX Aços com Ni entre 1,50% e 2,00% e com Cr entre 0,90% e 1,25%
33XX G33XXX Aços com Ni entre 3,25% e 3,75% e com Cr entre 1,40% e 1,75%
34XX G34XXX Aços com Ni entre 2,75% e 3,25% e com Cr entre 0,60% e 0,95%
40XX G40XXX Aços‑Mo com 0,25% de Mo médio
41XX G41XXX Aços‑Cr‑Mo com 0,4 a 1,1% de Cr e 0,08 a 0,35% de Mo
43XX G43XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 1,65 a 2 de Ni, 0,4 a 0,9% de Cr e 0,2 a 0,3% de Mo
46XX G46XXX Aços‑Ni‑Mo com 0,7 a 2% de Ni e 0,15 a 0,3% de Mo 
47XX G47XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,2% de Mo 
48XX G48XXX Aços‑Ni‑Mo com 3,25 a 3,75% de Ni e 0,2 a 0,3% de Mo
51XX G51XXX Aços‑Cr com 0,7 a 1,1% de Cr 
E51100 G51986 Aços‑cromo (forno elétrico) com 1% de Cr 
E52100 G52986 Aços‑cromo (forno elétrico) com 1,45% de Cr 
90
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
61XX G61XXX Aços‑Cr‑V com 0,6 ou 0,95% de Cr e 0,1 ou 0,15% de V mín. 
81XX G81XXX Aços com Ni entre 0,20% e 0,40%, com Cr entre 0,30% e 0,55% e com Mo entre 0,08% e 0,15%
86XX G86XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,2% de Mo
87XX G87XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,25% de Mo
88XX G88XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 0,55% de Ni, 0,5% de Cr e 0,3 a 0,4 de Mo 
92XX G92XXX Aços‑Si com 1,8% a 2,2% de Si 
93XX G93XXX Aços com Ni entre 3,00% e 3,50%, com Cr entre 1,00% e 1,40% e com Mo entre 0,08% e 0,15%
94XX G94XXX Aços com Ni entre 0,30% e 0,60%, com Cr entre 0,30% e 0,50% e com Mo entre 0,08% e 0,15%
97XX G97XXX Aços com Ni entre 0,40% e 0,70%, com Cr entre 0,10% e 0,25% e com Mo entre 0,15% e 0,25%
98XX G98XXX Aços com Ni entre 0,85% e 1,15%, com Cr entre 0,70% e 0,90% e com Mo entre 0,20% e 0,30%
50BXX G50XXX Aços‑Cr com 0,2 a 0,6% de Cr e 0,0005 a 0,003% de boro 
51B60 G51601 Aços‑Cr com 0,8% de Cr e 0,0005 a 0,003 de boro 
81B45 G81451 Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 0,3% de Ni, 0,45% de Cr, 0,12% Mo e 0,0005 a 0,003% de boro 
94BXX G94XXX Aços‑Ni‑Cr‑Mo com 0,45% de Ni, 0,4% de Cr, 0,12% Mo e 0,0005 a 0,003% de boro 
 Observação
A classificação da ABNT é igual a SAE, ASTM e AISI. A norma DIN (norma 
alemã) apresenta uma forma diferente de classificar os materiais pela 
composição química.
7.2 Aços inoxidáveis
As ligas de aços inoxidáveis são ligas fabricadas com o objetivo de resistir à oxidação, que é a corrosão 
tradicionalmente conhecida como ferrugem. A corrosão em aços comuns se caracteriza pela presença 
de uma camada de óxido permeável. No ambiente corrosivo, a oxidação do material irá continuar até a 
total desintegração do material. Com a adição de aproximadamente 12% de cromo, haverá formação 
de uma camada de óxido de ferro e cromo que se transforma em uma película protetora, chamada de 
camada de passivação. Isso confere o título de aço inoxidável.
Em ligas de aços inoxidáveis, o carbono é um elemento limitante, mas alguns outros elementos 
podem ser diferenciais, além do cromo. O molibdênio, por exemplo, aumenta a resistência da 
camada de passivação, principalmente em meios como ácido sulfúrico e água do mar, que tendem 
a formar corrosão por pites. Os elementos titânio, tântalo e nióbio são formadores de carbonetos, 
minimizando a corrosão intergranular. O nitrogênio, apesar de gasoso, pode formar liga com o 
aço e aumentar a dureza e melhorar a ductilidade do material, além de estabilizar a austenita em 
temperatura ambiente.
As ligas de aços inoxidáveis têm a classificação pela composição química tratada pelas normas 
brasileiras (ABNT, 2011). Na tabela a seguir, são apresentados os aços classificados como austeníticos. 
Esses aços contêm elevadaconcentração de níquel, que amplia a faixa de estabilidade da austenita, por 
esse motivo essas ligas são chamadas de austeníticos.
91
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 12 – Composição química dos aços inoxidáveis austeníticos
ABNT C Mn Si P S Cr Ni Outros
201 0,15 5,5 ‑7,5 1,00 0,060 0,030 16,00 3,50 N = 0,25
202 0,15 7,5‑10,0 1,00 0,060 0,030 17,0‑19,0 4,00‑6,00 N = 0,25
205 0,12‑0,25 14,0‑15,5 1,00 0,060 0,030 16,5‑18,0 1,0‑1,75 N=0,32‑0,40
301 0,15 2,00 1,00 0,045 0,030 16,0‑18,0 6,0‑8,0 
302 0,15 2,00 1,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 8,0‑10,0 
302 B 0,15 2,00 2,00‑3,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 8,00‑10,00 
303 0,15 2,00 1,00 0,20 >0,15 17,0‑19,0 5,00‑10,00 Mo‑0,60 (A)
303 Se 0,15 2,00 1,00 0,20 0,060 17,0‑19,0 8,00‑10,00 Se > 0,15
304 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 18,0‑20,0 8,00‑10,50 
304 L 0,030 2,00 1,00 0,045 0,030 18,0‑20,0 8,00‑12,00 
304 N 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 18,0‑20,0 8,00‑10,50 N=0,10‑0,16
305 0,12 2,00 1,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 10,50‑13,00 
308 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 19,0‑21,0 10,00‑12,00 
309 0,20 2,00 1,00 0,045 0,030 22,0‑24,0 12,00‑15,00 
3095 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 22,0‑24,0 12,00‑15,00 
310 0,25 2,00 1,50 0,045 0,030 24,0‑26,0 19,00‑22,00 
3105 0,08 2,00 1,50 0,045 0,030 24,0‑26,0 19,00‑22,00 
314 0,25 2,00 1,50‑3,00 0,045 0,030 23,0‑26,0 19,00‑22,00 
316 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 16,0‑18,0 10,00‑14,00 Mo=2,0‑3,0
316 L 0,030 2,00 1,00 0,045 0,030 16,0‑18,0 10,00‑14,00 Mo=2,0‑3,0
316 F 0,08 2,00 1,00 0,20 >0,10 16,0‑18,0 10,00‑14,00 Mo=1,75‑2,5
316 N 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 16,0‑18,0 10,00‑14,00 Mo = 2,0‑3,0N =0,10‑0,16
317 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 18,0‑20,0 11,00‑15,00 Mo=3,0‑4,0
317 L 0,030 2,00 1,00 0,045 0,030 18,0‑20,0 11,00‑15,00 Mo=3,0‑4,0
321 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 9,00‑12,00 Ti > 5 x C
329 0,10 2,00 1,00 0,040 0,030 25,0‑30,0 3,00‑6,0 Mo=1,0‑2,0
330 0,08 2,00 0,75‑1,50 0,040 0,030 17,0‑20,0 34,00‑37,00 
347 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 9,00‑13,0 Nb+Ta > 10xC
348 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 17,0‑19,0 9,00‑13,00
Nb+Ta > 10xC
Ta<0,10
Co<0,20
384 0,08 2,00 1,00 0,045 0,030 15,0‑17,0 17,00‑19,00 
 (A) Opcional
O níquel tem outro fator positivo que auxilia na formação de óxido de Cr‑Ni (camada passivadora) e 
que aumenta a resistência à corrosão do material. O níquel é um elemento endurecedor em fase sólida 
e também aumenta a resistência ao calor.
A tabela a seguir apresenta a liga de aço inox martensítica. Nesse caso, o carbono aumenta a 
resistência da martensita e precipita carbonetos que aumentam a dureza da liga. Por esse motivo que 
92
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
as ligas martensíticas podem sofrer têmpera. Essa classificação ocorre conforme as mesmas normas 
brasileiras (ABNT, 2011).
Tabela 13 – Composição química dos aços inoxidáveis martensíticos
ABNT C Mn Si P S Cr Ni Outros
403 0,15 1,00 0,50 0,040 0,030 11,50‑13,00 
405 0,08 1,00 1,00 0,040 0,030 11,50‑14,50 Al= 0,10‑0,30
410 0,15 1,00 1,00 0,040 0,030 11,50‑13,50 
414 0,15 1,00 1,00 0,040 0,030 11,50‑13,50 Ni =1,25‑2,50
416 0,15 1,25 1,00 0,060 >0,15 12,00‑14,00 0,60 (A) 
416 Se 0,15 1,25 1,00 0,060 0,060 12,00‑14,00 Se > 0,15 
420 (B) > 0,15 1,00 1,00 0,040 0,030 12,00‑14,00 
420 F > 0,15 1,25 1,00 0,060 > 0,15 12,00‑14,00 0,60 (A) 
422 0,20 ‑0,25 1,00 0,75 0,025 0,025 11,00‑13,00 0,75‑1,25
Ni = 0,50‑1,00 
V = 0,15‑0,30 
W = 0,75‑1,25
431 0,20 1,00 1,00 0,040 0,030 15,00‑17,00 Ni = 1,25‑2,50
440 A 0,60‑0,75 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 0,75 
440 B 0,75‑0,95 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 0,75 
440 C 0,95‑1,20 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 0,75 
501 > 0,10 1,00 1,00 0,040 0,030 4,00‑6,00 0,40‑0,65 
502 0,10 1,00 1,00 0,040 0,030 4,00‑6,00 0,40‑0,65 
 (A) Opcional
 (B) O aço tipo ABNT 420 pode ser solicitado objetivando carbono nas faixas O,15/0,35
 Lembrete
A têmpera em ligas de aço inoxidáveis martensíticos é completamente 
diferente do processo empregado ao aço eutetoide; haverá um aumento 
de trincas no interior do material e não ocorrerá o aumento da dureza.
A tabela a seguir apresenta a liga de aço inox ferrítico, ou seja, aço inox não temperável, conforme 
as mesmas normas brasileiras (ABNT, 2011). Os aços inoxidáveis ferríticos são os mais básicos, sendo que 
seu principal elemento é o cromo.
93
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 14 – Composição química dos aços inoxidáveis ferríticos
ABNT C Mn Si P S Cr Ni Outros
409 0,08 1,00 1,00 0,045 0,045 10,50‑11,75 Ti>6xC Ti < 0,75
429 0,12 1,00 1,00 0,040 0,030 14,00‑16,00 
430 0,12 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 
430 F 0,12 1,25 1,00 0,060 >0,15 16,00‑18,00 0,60 (A) 
430 F Se 0,12 1,25 1,00 0,060 0,060 16,00‑18,00 Se > 0,15
434 0,12 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 
436 0,12 1,00 1,00 0,040 0,030 16,00‑18,00 0,75‑1,25 Nb+Ta>5xC < 0,70
442 0,20 1,00 1,00 0,040 0,030 13,00‑23,00 0,75‑1,25 
446 0,20 1,50 1,00 0,040 0,030 23,00‑27,00 N = 0,25
 (A) Opcional
A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades mecânicas das ligas de aço inox austeníticos 
mais usuais nos projetos de engenharia.
Tabela 15 – Propriedades mecânicas básicas dos aços inoxidáveis austeníticos
ABNT Estado Resistência à tração N/mm²
Limite de 
escoamento à 
0,2% N/mm²
Alongamento em 50,8 mm percentual Dureza 
Rockwele < 0,38 0,38 < e < 0,76 e > 0,76
201
recozido 
¼ duro 
½ duro 
¾ duro 
duro
665,0 
875,0* 
1050,0* 
1225,0* 
1295,0*
315,0 
525,0* 
770,0* 
945,0* 
980,0*
40 
20* 
9* 
3* 
3*
40 
20* 
10* 
5* 
4*
40 
20* 
10* 
7* 
5*
B 90 
C 25 
C 32 
C 37 
C 41
202 recozido ¼ duro
630,0 
875,0*
315,0 
525,0*
40 
12*
‑ 
‑
‑ 
‑
B 90 
C 25
301
recozido 
¼ duro 
½ duro 
¾ duro 
duro
770,0 
875,0* 
1025,0* 
1225,0* 
1295,0*
280,0 
525,0* 
770,0* 
945,0* 
980,0*
60* 
25* 
18* 
12* 
9*
‑ 
‑ 
‑ 
‑ 
‑
‑ 
‑ 
‑ 
‑ 
‑
B 85 
C 25 
C 32 
C 37 
C 41
302 recozido ¼ duro
630,0 
875,0*
280,0 
525,0*
50 
12*
‑ 
‑
‑ 
‑
B 85 
C 25
302 B recozido 665,0 280,0 55 ‑ B 85
304 recozido 588,0 294,0 55 ‑ B 80
304 L recozido 567,0 273,0 55 ‑ B 79
305 recozido 595,0 266,0 50 ‑ B 80
309 recozido 630,0 315,0 45 ‑ B 85
310 recozido 665,0 315,0 45 ‑ B 85
314 recozido 700,0 350,0 40 ‑ B 85
316 recozido 588,0 294,0 50 ‑ B 79
316 L recozido 567,0 294,0 50 ‑ B 79
317 recozido 630,0 280,0 45 ‑ B 85
94
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
321 recozido 630,0 245,0 45 ‑ B 80
347 recozido 665,0 280,0 45 ‑ B 85
* Valor mínimo
Notas: 
1) Fator é o número pelo qual se deve multiplicar a espessura nominal da chapa para se obter o diâmetro do cutelo a ser 
empregado no ensaio do dobramento (Exemplo: se o fator é igual a 3, o diâmetro do cutelo deverá ser igual a 3 vezes a 
espessura da chapa a ser ensaiada).
2) Os valores das propriedades mecânicas apresentadas sem asteriscos (*) na tabela acima são médios.
3) As propriedades podem variar consideravelmente em função da composição química, dimensão, estado do aço ensaiado 
e métodos de tratamentos térmicos ou mecânicos. 
4) As propriedades mecânicas dos produtos planos variam em função da relação entre a direção testada e a direção de 
laminação. Por exemplo: ductilidade (é maior quando o eixo de dobramento for transversal à direção da laminação).
A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades mecânicas das ligas de aço inox ferrítico.
Tabela 16 – Propriedades mecânicas básicas dos aços inox ferríticos
ABNT Estado Resistência à tração N/mm²
Limite de 
escoamento à 
0,2% N/mm²
Alongamento em 50,8 mm percentual Dureza 
Rockwelle < 0,38 0,38 < e < 0,76 e > 0,76
430 recozido 525,0 350,0 25 ‑ ‑ B 85
446 recozido 560,0 350, 20 ‑ ‑ B 83
502 recozido 490,0 ‑ 30 ‑ ‑ B 75
Notas para as tabelas 15 e 16:1) Fator é o número pelo qual se deve multiplicar a espessura nominal da chapa para obter o diâmetro do cutelo a ser 
empregado no ensaio do dobramento. Por exemplo: se o fator é igual a 3, o diâmetro do cutelo deverá ser igual a 3 vezes a 
espessura da chapa a ser ensaiada.
2) Os valores das propriedades mecânicas apresentadas sem asteriscos (*) na tabela são médios.
3) As propriedades podem variar consideravelmente em função da composição química, da dimensão, do estado do aço 
ensaiado e dos métodos de tratamentos térmicos ou mecânicos.
4) As propriedades mecânicas dos produtos planos variam em função da relação entre a direção testada e a direção de 
laminação. Por exemplo: ductilidade (é maior quando o eixo de dobramento for transversal à direção da laminação).
7.3 Ferro fundido
As ligas de ferro fundido são ligas classificadas somente pelas suas propriedades mecânicas, pois elas 
possuem mais de 2,11% de carbono. Quando contêm somente ferro e carbono, é o ferro fundido branco, 
muito quebradiço e de difícil trabalho, sendo usual como matéria‑prima para as demais ligas, como o 
ferro fundido cinzento, ferro fundido maleável e o ferro fundido nodular.
Para isso, a liga deverá ser fundida com pelo menos 1% de silício para que o carbono excedente se 
cristalize em grafita. Quando o resfriamento é rápido, haverá formação de perlita e cementita, o que 
caracteriza ainda a liga de ferro fundido branco. Quando é realizado um resfriamento moderado, a 
grafita cristaliza‑se em forma de lamelas grandes e grãos de perlita (ferro fundido cinzento perlítico). Já 
no resfriamento rápido, haverá a cristalização da grafita e formação da ferrita (ferro fundido cinzento 
ferrítico – figura a seguir). A grafita da liga de ferro fundido cinzento deixa a região de ruptura muito 
acinzentada. Por esse motivo, a liga chama‑se ferro fundido cinzento.
95
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Figura 80 – Microestrutura de um ferro fundido cinzento ferrítico
Quando a liga de ferro fundido branco é aquecida em aproximadamente 700ºC por 30 horas, ela 
pode ser resfriada lentamente, formando ferro fundido maleável ferrítico; também pode ser resfriado 
rapidamente, formando ferro fundido maleável perlítico. Se a liga de ferro fundido branco é fundida 
com adição de cério ou magnésio, a grafita irá se cristalizar, mas em forma de nódulos. Assim, este será 
o chamado ferro fundido nodular (ferro fundido dúctil). Se resfriado rapidamente, formará uma matriz 
perlítica (ferro fundido nodular perlítico); se for resfriado lentamente, formará uma matriz ferrítica 
(ferro fundido nodular ferrítico – figura a seguir).
Figura 81 – Microestrutura de um ferro fundido nodular ferrítico
7.4 Aço ferramenta
As demais ligas ferrosas existentes são ligas de aço ferramenta. As ligas de aço ferramenta são 
ligas de ferro com carbono juntamente com elementos como vanádio, tungstênio e níquel. Essas ligas 
são usuais em ferramentas para corte, dobra ou quaisquer outras formas de conformar ou usinar os 
materiais. Contudo, algumas ferramentas caseiras, como chave de fenda, alicates, chave de grifo e 
outras, são também fabricadas com esse material.
96
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Os aços ferramentas são classificados como aço rápidos (desenvolvidos para corte e altas velocidades), 
aço para trabalho a quente (grupo H, para aguentar pressão, abrasão e calor que estão envolvidos em 
processos de conformação) e aço ferramenta para trabalhos a frio.
Alguns aços ferramentas apresentam propriedades diferentes, como misturas parciais 
de ligas. A liga de aço damasco é um exemplo desse tipo de aço ferramenta, utilizado para 
fabricação de facas de corte na culinária, por exemplo. É uma liga formada por mistura de 
aços pelo processo de caldeamento, em que o aço é aquecido e prensado sob a temperatura 
elevada. É o tradicional processo visualizado nos filmes, em que os povos medievais utilizavam 
para fabricar as suas espadas.
8 METAIS E LIGAS NÃO FERROSAS
As ligas metálicas não ferrosas são de extrema importância para a engenharia, pois apresentam 
vantagens em relação ao aço, como menor peso (alumínio), maior condutividade elétrica (cobre), ligas 
aplicadas a biomateriais pela sua resistividade à corrosão (titânio) e outras propriedades. No geral, a 
desvantagem dessas ligas é o alto custo. Serão apresentadas aqui algumas características das ligas não 
ferrosas e suas classificações.
8.1 Alumínio
O alumínio é um metal que, no ponto de vista de projeto, forma ligas versáteis que apresentam 
desempenho econômico. Não contém atividade magnética, não é tóxico e possui uma boa resistência 
à oxidação. É uma liga dúctil e maleável. As ligas de alumínio de maior resistência têm limites de 
ruptura na faixa de 70 a 90 kpsi (480 a 620 MPa), que é a tensão próxima à tensão de ruptura 
de um aço de baixo carbono. Ainda existe a possibilidade de algumas ligas serem endurecidas por 
tratamento térmico.
 Lembrete
Os tratamentos térmicos de materiais não ferrosos não têm relação 
com o tratamento térmico de ligas ferrosas. Para cada material deverá ser 
estudado o melhor tratamento.
Na tabela a seguir, é apresentada a classificação da liga de alumínio de acordo com a ABNT (2010). 
Essa classificação é em função de seus elementos principais adicionados às ligas.
97
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Tabela 17 – Classificação química das ligas de alumínio
Série Elemento(s) de liga principal(is) Outros elementos de liga 
1xxx Alumínio puro ‑
2xxx Cu Mg, Li
3xxx Mn Mg
4xxx Si ‑
5xxx Mg ‑
6xxx Mg, Si ‑
7xxx Zn Cu, Mg, Cr, Zr
8xxx Sn, Li, Fe, Cu, Mg ‑
9xxx Reservado para uso futuro ‑
A liga da série 1xxx é aplicada às indústrias química e elétrica. Já a liga 2xxx é aplicada a aeronaves 
graças a sua elevada resistência mecânica. A liga da série 3xxx têm aplicações arquitetônicas e produtos 
de uso geral.
A liga da série 4xxx é aplicada em varetas ou eletrodos de solda e chapas para brasagem. Seu principal elemento 
de liga é o silício, que, ao se ligar ao alumínio, forma o diagrama que pode ser apreciado na figura a seguir.
Atomic percent silicon
Weight percent silicon
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
0 10
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
SiAl
0
300
500
700
900
660.452 ºC
577+1 ºC
12,6
1.100
1.300
1.414 ºC
L
1.500
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Figura 82 – Diagrama da liga alumínio x silício
98
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
A liga da série 5xxx é aplicada em produtos expostos à atmosfera marinha, como cascos de barcos. Seu 
principal elemento de liga é o magnésio, que, na mistura, formará o diagrama da figura a seguir. A liga da 
série 6xxx, que é utilizada para produtos extrudados de uso arquitetônico, é formada pela mistura de silício 
e magnésio na mesma liga, formando um diagrama ternário entre os três elementos.
Atomic percent magnesium
Weight percent magnesium
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
0 10
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
MgAl
0
100
200
300
400
450 ºC 437 ºC
Al3Mg3
Al12Mg17
R
500
600
650 ºC660.452 ºC
L
700
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Figura 83 – Diagrama da liga alumínio x magnésio
A liga da série 7xxx é aplicada a componentes estruturais de aeronaves e outras aplicações que necessitam 
de elevados requisitos de resistência. Essa liga é a que possui a maior resistência mecânica entre as ligas de 
alumínio. Seu principal elemento de liga é o zinco, que, na mistura com o alumínio, forma o diagrama 
da figura a seguir.
99
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Atomic percent Zinc
Weight percent Zinc
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
0 10
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ZnAl
0
100
0
200
300
400 381 ºC
361,5 ºC
277 ºC32.4 77.7
83.1 94
99.3
419,58 ºC
500
600
660.452 ºC L
700
800
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Figura 84 – Diagrama da liga alumínio x zinco
Na tabela a seguir, são apresentadas as propriedades mecânicas de algumas das principais ligas em 
alumínio. Nesta tabela, também há as propriedades em função de seus tratamentos térmicos.
Tabela 18 – Propriedades mecânicas de algumas das ligas de alumínio mais usuais
Liga 
ABNT 
ASTM
DIN Têmpera
Limite de resistência 
à tração 
Mpa (N/mm²)
Limite de 
escoamento 
Mpa (N/mm²)Mín.
Alongamento 
mínimo 
“50 mm”(%)
Dureza 
Brinell 
(HB)
1050 Al 99,5 OH14
55
95
95
130
15
70
22
3
20
26
1100 – O H14
75 
110
105 
145
25 
95
22 
3
23 
32
1200 Al 99,0 O H14
75 
110
105 
145
25 
95
22 
3
23 
32
100
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
1350 E‑Al OH14
55
95
95
130
‑
‑
22
3
20
30
2011 Al Cu Pb Bi T4 T8
275 
370
– 
–
125 
275
16 
10
– 
100
3003 Al Mn Cu O H14
95 
140
130 
180
35 
115
22 
3
28 
40
3104 Al Mn
O
H32
H34
150
190
220
200
240
265
60
145
170
15
3
3
45
58
66
3105 Al Mn0,5 Mg0,5
O 
H14
95 
150
145 
200
35 
125
19 
2
28 
40
5005 Al Mg1,0
O 
H14 
H19
105 
145 
157
145 
185 
–
35 
115 
137
19 
2 
–
28 
41 
–
5052 Al Mg2,5 O H34
170 
235
215 
285
65 
180
17 
4
47 
68
6060 Al Mg Si0,5 T5 145 – 105 8 60
6061 Al Mg Si Cu
T4 
T6
180 
260
– 
–
110 
240
16 
8
65 
95
6063 Al Mg Si0,5 T5 145 – 105 8 60
6101 E‑Al Mg Si0,5 T6 200 – 172 8 78
6261 – T6 265 – 225 10 90
6262 – T6 260 – 240 10 90
6351 Al Mg Si1,0 T6 290 – 255 10 95
8011 Al Fe Si O H14/H24
80 
120
120 
210
50 
110
12 
4
28 
35
Notas:
1) Os valores indicados não implicam garantia formal.
2) Os dados de tensão são expressos na unidade megapascal (Mpa), equivalente a 1N/mm2. Para obter a medida da unidade em 
kgf/mm2, divide‑se o valor indicado por 9,807.
3) Classificação das têmperas:
• O – recozido: aplica‑se a produtos acabados, no estado em que apresentam o menor valor de resistência mecânica.
• H – encruada: aplica‑se a produtos de ligas não tratáveis termicamente, ou seja, ligas em que o aumento da resistência 
mecânica se consegue apenas por deformação plástica a frio (encruamento).
• F – como fabricada: aplica‑se aos produtos obtidos através de processos de conformação em que não se emprega qualquer 
controle especial sobre as condições térmicas ou de encruamento. Não se especificam limites para as propriedades mecânicas.
• T – tratada termicamente: aplica‑se aos produtos que sofrem tratamento térmico com ou sem deformação plástica 
complementar, que produz propriedades físicas estáveis e diferentes das obtidas com “F”, “O” e “H”.
4) Para as ligas com têmpera H114, utilizam‑se os limites especificados na têmpera “O”.
5) Para as ligas com têmpera H154, utilizam‑se os limites especificados na têmpera “H14”.
6) Para materiais laminados, os valores de alongamento correspondem às espessuras de 0,63 m a 1,20 m.
7) Propriedades mecânicas conforme normas da ABNT‑NBR 7823 (laminados) e ABNT‑NBR 7000:2005 (extrudados).
101
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
8.2 Cobre
As ligas de cobre são ligas com elevadas condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão, 
sem propriedades magnéticas. Uma das suas ligas é o latão (cobre e zinco), que é utilizado em munições 
de artilharia leve ou pesada até abajures e joalheria. O latão não é necessariamente formado de cobre e 
zinco, podem existir outros elementos. O diagrama cobre x zinco pode ser apreciado na figura a seguir.
Weight percent Zinc
419.58 ºC
Atomic percent Zinc
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ZnCu
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.000
1.100
1.064,87 ºC
L
32.5 902
37.5
36.8
56.5 59.6
80.369.8
76.5
73.2
48.9
57.7
70.6
45.5
39.95
88.2
97.25
76.574.1
88.3
98.3
834 ºC
700 ºC
560 ºC
598 ºC
425 ºC
488 ºC454 ºC
β
γ
δ
c
β‘
10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
Figura 85 – Diagrama da liga cobre x zinco
Outra liga muito comum e importante é o bronze, que é liga de cobre e estanho (diagrama na 
figura a seguir), sendo que este último pode ser substituído por silício ou alumínio. O bronze de silício 
é utilizado, por exemplo, em hélices de navios. O bronze é uma liga nobre e utilizado inclusive como 
premiação em torneios esportivos. Por esse motivo é um material de custo elevado.
102
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Weight percent Tin
Atomic percent Tin
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
SnCu
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1.000
1.100
1.200
1.064,87 ºC
L
13.5
1.3
11
15.6 27.0
59
32.55
60.9
99.360.3
24.6
52.4
25.5
30.0
58.6
22
≈350 ºC
227 ºC
231.9681 ºC
186 ºC
520 ºC
586 ºC
796 ºC
755 ºC
676 ºC
640 ºC
582 ºC
415 ºC
189 ºC
β
γ
C c
δ
η
η'
10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
Figura 86 – Diagrama da liga cobre x estanho
Uma outra liga de cobre muito comum é a liga de cobre‑belírio, a mais resistente das ligas de cobre. 
Seu diagrama pode ser apreciado na figura a seguir. Em alguns casos, as ligas de Cu‑Be apresentam 
resistência superior a diversas ligas ferrosas, apresentando limite de ruptura que pode atingir até 1.380 
MPa, podendo ser utilizada em molas amagnéticas.
103
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Weight percent Beryllium
Atomic percent Beryllium
Te
m
pe
ra
tu
re
 ºC
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
BeCu
0
500
600
700
800
900
1.000
1.100
1.200
1.300
1.064,87 ºC
1289 ºC
1270 ºC
102030 40 50 60 70 80 1000
L
6.09
8.3
8.4
12
858
10.7
34.5
40.4
57.4
≈20.3
≈38.4
≈1.275ºC≈36
≈33
≈47.1
618
900 ºC
1219 ºC
1199 ºC
1109 ºC
933 ºC
(αβe)
(βBe)
δ
γβ
Figura 87 – Diagrama da liga cobre x berílio
8.3 Níquel
O níquel é um metal atualmente muito utilizado para confecção das moedas. Apresenta valor 
econômico elevado, mas o seu valor varia pouco no mercado, impedindo que uma moeda que está 
cunhada em determinado valor tenha variações do seu valor real.
Em projetos de engenharia, ele é útil na melhoria de resistência mecânica a altas temperaturas, 
resistência à corrosão e para alterar as propriedades de liga ferrosa. O níquel também é um ótimo 
condutor elétrico e térmico, além de apresentar propriedades magnéticas.
8.4 Titânio
O titânio e suas ligas são materiais mais usuais para próteses ou recomposição óssea de pessoas 
acidentadas, pois é um material biocompatível, ou seja, não há rejeição do corpo biológico ao material. 
Sua densidade razoavelmente baixa, girando em torno de 4,5 g/cm³, ajuda muito nesse aspecto, mas 
também auxilia em diversos outros projetos aplicados a máquinas.
Seu ponto de fusão é elevado, girando em torno de 1.668°C, possibilitando o trabalho em temperaturas 
elevadas. Seu módulo de elasticidade é aproximadamente 107 GPa e sua resistência à tração pode 
chegar a 1.400 MPa, uma das mais elevadas para os metais. O titânio tem também resistividade química 
boa, não oxidando com facilidade.
104
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Entretanto, as suas excelentes propriedades ficam ofuscadas pelo seu elevado custo, tanto de aquisição 
como de trabalho. Suas propriedades são excelentes com a peça já pronta, como leveza, resistência e 
durabilidade. No entanto, é um material de difícil usinagem, elevado custo de fundição e de aquisição.
 Observação
O titânio é um metal que se organiza no sistema Hexagonal Compacto 
(HC) em sua forma principal, mas pode se organizar também no sistema 
CCC. O zinco é um metal que também se organiza no sistema Hexagonal 
Compacto (HC), mas não tem outra forma cristalina.
8.5 Zinco
O zinco é outro material muitoutilizado na engenharia. Não tem um custo tão elevado quanto 
alguns materiais, mas também não apresenta tantas vantagens. É um material cuja principal função é 
servir de metal de sacrifício para estruturas que estão sujeitas à corrosão, principalmente o aço.
 Saiba mais
Metais de sacrifício podem ser estudados em:
GENTIL, V. Corrosão. 6. ed. São Paulo: LTC, 2011.
O zinco é um metal facilmente maleável entre 100ºC e 150ºC; pode ser laminado em chapas e estirados 
em fios. Contudo, o zinco tem função maior em processos químicos como agente catalizador e agente 
redutor de reações ou aditivos, como pigmentos de tintas, borrachas e em pilhas e baterias alcalinas.
8.6 Estanho
O estanho é um metal que tem como principal característica ser um material extremamente mole, 
dúctil e maleável, baixa resistência mecânica e baixo ponto de fusão, mas elevada resistência à corrosão. 
Sua principal aplicação é na soldagem de componentes eletrônicos, pois a solda em baixa temperatura 
faz com que o dano na placa de circuito impresso seja menor.
 Saiba mais
Sobre os materiais não ferrosos, pode‑se obter mais informações no livro:
BARBOSA, C. Metais não ferrosos e suas ligas. Rio de Janeiro: E‑Papers, 2014.
105
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
 Resumo
Nesta unidade, conhecemos um pouco sobre as ligas metálicas disponíveis 
para os engenheiros, em especial as ligas de aço. O aço é formado pela mistura 
do ferro com o carbono, gerando um diagrama de fases; o carbono se liga 
com o ferro formando a molécula do carboneto de ferro, tradicionalmente 
conhecida como cementita. O diagrama da liga ferro‑carbono é limitado em 
6,66% de carbono, porque acima desse percentual é apenas cementita pura, 
não existindo ferro nessa condição. Além da fase cementita, é possível ver a 
fase ferrita, que, ao se juntar com a cementita, forma a perlita.
Outra estrutura possível de ser estudada é a austenita; uma fase 
alotrópica do ferro organizado na estrutura CFC. O conhecimento do 
diagrama de fases da liga é importante para selecionar o material com as 
condições e as especificações que se deseja do material. Contudo, em alguns 
casos, é possível alterar as propriedades de grãos dos materiais por meio de 
tratamentos térmicos, que são processos nos quais se aquece o material até 
a transformação total em austenita e, posteriormente, ocorre o resfriamento.
A têmpera é um tratamento térmico cujo objetivo é obter o grão de 
martensita, um grão que confere maior dureza ao material. Além da martensita, 
é possível ter o grão de bainita (por austêmpera), perlita (pela normalização) e a 
esferoidita (por coalescimento). O que muda em cada tratamento é a forma de 
resfriamento, por exemplo: o resfriamento em água, que é o caso da têmpera, 
ou o resfriamento superlento dentro do forno, conhecido como normalização, 
utilizado para formar perlita grossa e minimizar a dureza do material.
A mistura de metais em ligas ferrosas é possível por processo de fundição, 
e cada metal apresentará uma condição específica ao ser adicionado à liga, 
por exemplo: atribuir maior dureza, maior ductilidade ou até a resistência 
à corrosão. O mesmo ocorre com os materiais não ferrosos, que podem ser 
utilizados para diversos projetos em engenharia.
Entre os metais não ferrosos, os principais têm o alumínio, que é o 
mais usual depois das ligas ferrosas pelo seu baixo peso específico, por sua 
resistividade química e também por sua resistência à tração, que, apesar de 
baixa, é suficiente para aplicações em diversos projetos. Algumas de suas 
ligas são inclusive utilizadas como material aeronáutico por apresentar 
elevada resistência e por ser de extrema leveza.
A liga de cobre já tem como seu principal atrativo a alta condutividade 
elétrica, que pode ser utilizada para condutos elétricos, mas também para 
106
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
diversas outras funções e peças. Algumas ligas de cobre podem apresentar 
elevada resistência mecânica. Assim, verificou‑se também que há diversas 
outras ligas que podem ser interessantes para o trabalho de engenharia.
 Exercícios
Questão 1. (Enade 2014) No Brasil é comercializada uma cadeira de rodas de alumínio com peso 
aproximado de 12 kg, que representa cerca da metade do peso de um modelo convencional. Construída 
em estrutura tubular de uma liga de alumínio aeronáutico, essa cadeira de rodas possui alta resistência 
mecânica, além de ter custo reduzido.
Adaptado de: <http://www.hospitalar.com>.
O alumínio aeronáutico possui uma combinação única de propriedades que o torna um material de 
construção versátil, altamente utilizável e atrativo. Essas características são devidas a quais propriedades?
A) Alta resistência mecânica e baixa densidade.
B) Baixa plasticidade e alto ponto de fusão.
C) Alta dureza a quente e baixa ductilidade.
D) Baixa plasticidade e alta soldabilidade.
E) Alta dureza e alta densidade.
Resposta correta: alternativa A.
Análise das alternativas
A) Alternativa correta.
Justificativa: o alumínio aeronáutico possui resistência comparável à do aço de baixo carbono e 
densidade próxima a 75% da densidade do aço.
B) Alternativa incorreta.
Justificativa: como afirma Dieter e Schmidt (2012), comparado com o aço, o alumínio possui ponto 
de fusão bem mais baixo e massa específica menor.
C) Alternativa incorreta.
Justificativa: a dureza do alumínio é menor que a do aço e, de acordo com Shackelford, o alumínio 
possui boa ductilidade, mesmo em temperaturas muito baixas.
107
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
D) Alternativa incorreta.
Justificativa: a plasticidade está associada à ductilidade. Um material que possui boa ductilidade 
também possui boa plasticidade.
E) Alternativa incorreta.
Justificativa: a dureza do alumínio é menor que a do aço e sua densidade é cerca de 75% da do aço.
Questão 2. (Enade 2005) Considere o diagrama de equilíbrio Fe‑C para teores de carbono até 6,7%, 
mostrado na figura:
200
0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
Feγ
(Austenita)
6,0 6,7
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.394
1.495
J
1.600
1.538
912
1.800
α
S(0,77)
2,11 Solidus
LiquidusSolidus
Ac
m
C(4,30)
Austenita + Cementita
E
727º
1148º
A1
Figura 88 
108
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Unidade II
Com relação ao diagrama mostrado e seus constituintes, conclui‑se que:
A) A austenita é um carboneto contendo 2,11% de carbono.
B) A solução sólida do carbono do ferro é chamada cementita.
C) Este é, de fato, um diagrama Fe‑Fe2O3, visto que a extremidade direita do mesmo corresponde a 
6,7% de carbono, que representa a solubilidade máxima do carbono no Fe2O3.
D) A solubilidade do carbono na austenita é máxima a 1148 °C e corresponde a 4,3% de carbono.
E) Este é, de fato, um diagrama Fe‑Fe3C, visto que a extremidade direita do mesmo corresponde a 
6,7% de carbono, que é a composição aproximada do carboneto de ferro Fe3C.
Resolução desta questão na plataforma.
109
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
FIGURAS E ILUSTRAÇÕES
Figura 1
661996294570508290. Disponível em: <https://www.thinglink.com/scene/661996294570508290>. 
Acesso em: 13 nov. 2017.
Figura 2
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 3
BROWN, L. S.; HOLMES, T. Química geral aplicada à engenharia. 2. ed. São Paulo: Cengage Learning, 
2014. p. 12.
Figura 4
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 5
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 6
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 7
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 8
KLEIN, C.; DUTROW, B. Manual de ciência dos minerais. 23. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. p. 349.
Figura 9
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 10
Grupo Unip‑Objetivo
110
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 11
Grupo Unip‑ObjetivoFigura 12
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 13
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 14
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 15
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 16
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 17
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 18
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 19
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 20
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 21
Grupo Unip‑Objetivo
111
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 22
BRASIL. Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações. Grupo do laboratório de raio 
X. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas: CBPF. Disponível em: <http://www.cbpf.br/GrupPesq/RaioX/
Lab_RX.htm>. Acesso em: 13 nov. 2017.
Figura 23
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 24
BRASIL. Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações. Grupo do laboratório de raio 
X. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas: CBPF. Disponível em: <http://www.cbpf.br/GrupPesq/RaioX/
Lab_RX.htm>. Acesso em: 13 nov. 2017.
Figura 25
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 26
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 27
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 28
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 141.
Figura 29
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 30
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 31
Grupo Unip‑Objetivo
112
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 32
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 33
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 34
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 35
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 36
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 37
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 38
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 39
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 40
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 154.
Figura 41
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 151.
Figura 42
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 151.
113
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 43
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 151.
Figura 44
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 153.
Figura 45
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 151.
Figura 46
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 240.
Figura 47
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 48
ASKELAND, D. R. Ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 296.
Figura 49
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 50
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 255.
Figura 51
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 263.
Figura 52
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 266.
Figura 53
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 272.
114
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 54
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 55
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 38.
Figura 56
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 39.
Figura 57
Grupo Unip‑Objetivo
Figura 60
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 273.
Figura 61
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 273.
Figura 67
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 279.
Figura 68
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 69
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 70
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
115
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 71
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 73
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 75
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 76
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 77
CALLISTE, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2013. p. 308.
Figura 78
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 28.
Figura 79
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977. p. 171.
Figura 82
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 321.
Figura 83
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 305.
116
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
Figura 84
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 335.
Figura 85
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 780.
Figura 86
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 784.
Figura 87
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992. p. 469.
REFERÊNCIAS
Textuais
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 209: Alumínio e suas ligas – Composição 
química. Rio de Janeiro, 2010.
___. NBR 5601: Aços inoxidáveis – Classificação por composição química. Rio de Janeiro, 2011.
ASKELAND, D. R. Ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Cengage Learning, 2008.
ASM HANDBOOK. Alloy phase diagrams. ASM International: 1992.
BARBOSA, C. Metais não ferrosos e suas ligas. Rio de Janeiro: E‑Papers, 2014.
BAUER, W.; WESTFALL, G. D. Física para universitários: mecânica. São Paulo: Amgh, 2012.
BOYER, H. (Ed.). Atlas of isothermal transformation and cooling transformation diagrams. American 
Society for Metals, 1977.
BRASIL. Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações. Grupo do laboratório de raio 
X. Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas: CBPF. Disponível em: <http://www.cbpf.br/GrupPesq/RaioX/
Lab_RX.htm>. Acesso em: 13 nov. 2017.
BROWN, L. S.; HOLMES, T. Química geral aplicada à engenharia. 2. ed. São Paulo: Cengage Learning, 
2014. p. 12.
CALLISTER, W. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
117
Re
vi
sã
o:
 A
na
 / 
Ca
rla
 -
 D
ia
gr
am
aç
ão
: M
ár
ci
o 
- 
05
/0
1/
20
18
CBCA. Construção em aço: estatísticas. Rio de Janeiro, [s.d.]. Disponível em: <http://www.
cbca‑acobrasil.org.br/site/fale‑conosco.php>. Acesso em: 17 nov. 2017.
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos: características gerais, tratamentos térmicos, principais tipos. 
7.ed. São Paulo: ABM, 2005.
___. Tecnologia mecânica. 2. ed. São Paulo: McGraw‑Hill, 1986.
___. Tratamento térmico das ligas metálicas. São Paulo: ABM, 2003.
COPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2008.
GENTIL, V. Corrosão. 6. ed. São Paulo: LTC, 2011.
KLEIN, C.; DUTROW, B. Manual de ciência dos minerais. 23. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
MAHAN, L. K. Química: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blücher, 2000.
PUKASIEWICZ, A. G. M. Aços: tratamentos térmicos. Materiais II, Centro Federal de Educação 
Tecnológica do Paraná – Unidade de Ponta Grossa – Coordenação de Mecânica, 2003. Ponta Grossa, 
2003. Notas de