Tratamento térmico 2

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Tratamento térmico
Prof.Julio Cesar José Rodrigues Junior
Descrição
Apresentação do diagrama Fe-C. Estudo do diagrama temperatura,
tempo e transformação (TTT). Abordagem dos aspectos práticos dos
tratamentos térmicos e das mudanças nas propriedades mecânicas das
ligas ferrosas tratadas térmica ou termoquimicamente.
Propósito
O estudo dos tratamentos térmicos e termoquímicos é primordial para
entender as principais aplicações, vantagens, desvantagens e
propriedades mecânicas adquiridas pela liga ferrosa tratada térmica ou
termoquimicamente.
Objetivos
Módulo 1
Tratamentos térmicos e termoquímicos:
fundamentos
Descrever os fundamentos sobre tratamentos térmicos e
termoquímicos.
Módulo 2
Diagrama TTT
Interpretar o diagrama TTT.
Módulo 3
Processos de tratamento térmico
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Distinguir os processos de tratamento térmico.
Módulo 4
Processos de tratamento termoquímico
Distinguir os processos de tratamento termoquímico.
Introdução
Faremos um breve resumo dos principais tratamentos térmicos e
termoquímicos nas ligas ferrosas abordados neste conteúdo.
Orientação sobre unidade de medida
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos
juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No
entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o
número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e
demais materiais escritos por você devem seguir o padrão
internacional de separação dos números e das unidades.
1 - Tratamentos térmicos e termoquímicos: fundamentos
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever os fundamentos sobre tratamentos
térmicos e termoquímicos.
Vamos começar!
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
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Fundamentos sobre tratamentos
térmicos e termoquímicos
Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao
longo deste conteúdo.
Diagrama Fe-C
Aspectos gerais do diagrama ferro-
carbono (Fe-C)
Inicialmente, faremos neste conteúdo uma apresentação do diagrama
Fe-C (imagem 1) e de seus aspectos mais importantes. Com isso, você
poderá conhecer as fases que ocorrem nas ligas ferrosas a depender da
temperatura e da composição química. Além disso, apresentaremos as
reações e suas fases decorrentes.
Imagem 1: Diagrama Fe-C.
O diagrama da imagem 1 apresenta, no eixo vertical, a temperatura em
ºC e, no horizontal, o percentual de carbono. Por exemplo, para 0 no eixo
horizontal, o ferro é puro e apresenta-se sob as seguintes formas
polimórficas:
Ferrita (ferro )
Austenita (ferro )
Ferro 
A austenita é cúbica de face centrada; as demais, cúbicas de corpo
centrado. À temperatura de , o ferro é fundido. O diagrama
apresentado é parte de sua representação (até de C).
A liga binária (Fe-C) será denominada aço quando o percentual de
carbono variar de a . Acima desse valor, indo até 
de C, a liga é chamada de ferro fundido.
α
γ
δ.
1.538∘C
6, 7%
0, 008% 2, 14% 6, 7%
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Ainda observando a imagem 1, percebem-se regiões monofásicas e
bifásicas, como, por exemplo, as regiões monofásicas (líquida) e 
(ferrita) e as bifásicas (líquido + austenita) e (ferrita +
cementita).
Duas linhas são importantes no diagrama de fases:
Liquidus
Associada às temperaturas do final da solidificação da liga, a partir da
qual o sistema encontra-se sólido.
Solidus
Acima dessa linha, a liga fica no estado líquido.
Aços eutetoide, hipoeutetoide e
hipereutetoide
Os aços de carbono podem apresentar uma classificação a partir do
diagrama Fe-C:
Aços eutetoides com 0,76% de C.
Aços hipoeutetoides com valores inferiores a 0,76% de C.
Aços hipereutetoides para valores superiores.
Exemplo
Imagine um aço eutetoide a cerca de Um resfriamento lento
levaria o aço do campo austenítico para a região bifásica. Trata-se da
chamada reação eutetoide, sendo a composição e a
temperatura de .
Observe a reação eutetoide esquematizada a seguir:
Note que, na reação eutetoide apresentada, a austenita possui, em peso,
0,76% de carbono decompondo-se em ferrita, com 0,022% de C, e
cementita, com 6,7% de C. Esses percentuais são observados nos
extremos da linha horizontal de temperatura eutetoide (727ºC).
Agora apresentaremos reações importantes para os aços
hipoeutetoides, eutetoides e hipereutetoides, considerando que todos
eles estão a uma temperatura inicial que garanta a presença da
austenita. Realizaremos um resfriamento gradual, além de
apresentarmos a microestrutura.
A imagem 2 apresenta o diagrama Fe-C e um aço hipoeutetoide sendo
resfriado desde o campo austenítico:
L α
L + γ α + Fe3C
1.000∘C.
0, 76%p C
727∘C
γ(0, 76%p C) ↔ α(0, 022%p C) + Fe3C(6, 7%p C)
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Imagem 2: Resfriamento de aço hipoeutetoide.
O aço hipoeutetoide considerado apresenta percentual de e
temperatura inicial de (ponto c na imagem 2). Nessa situação, a
fase presente é a austenita . Existe uma representação micrográfica
dos grãos austeníticos.
No ponto d, a região é bifásica (ferrita + austenita), o que pode ser
percebido na nucleação de ferrita proeutetoide . Ao final, há a perlita
(lamelas de ferrita e cementita) e a ferrita proeutetoide.
A imagem 3 apresenta a micrografia de um aço de 0,5% C:
Imagem 3: Micrografia de aço hipoeutetoide.
Já as imagens 4 e 5 contêm o resfriamento gradual para os aços
eutetoide e hipereutetoide, destacando-se a microestrutura:
C0
870∘C
(γ)
(α)
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Imagem 4: Resfriamento de aço eutetoide.
Imagem 5: Resfriamento de aço hipereutetoide.
Tratamentos térmicos
Descrição geral dos tratamentos
térmicos
Em linhas gerais, o tratamento térmico (TT) realizado em ligas ferrosas
consiste numa série de etapas, como, por exemplo, aquecimento,
homogeneização e resfriamento. Nessas etapas, as variáveis tempo,
temperatura, atmosfera do forno de aquecimento e taxa de resfriamento
deverão ser controladas a fim de que os objetivos do TT sejam
alcançados.
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Listaremos os principais objetivos nesse processo:
Redução de tensões residuais;
Aumento da dureza;
Elevação da resistência mecânica;
Aumento da ductilidade;
Elevação da resistência à fadiga.
A imagem 6 apresenta, de forma esquemática, um TT genérico. Observe
as três etapas citadas anteriormente:
A rampa de aquecimento (atingir temperatura superior à do
campo austenítico – temperatura crítica) – imagem A;
A permanência nessa temperatura (homogeneização) – imagem
B;
A redução da temperatura – imagem C.
Imagem 6: Gráfico de um TT genérico.
Como afirma Vicente Chiaverini (2015), a composição química da liga
ferrosa não se altera apenas por ação do TT a que foi submetida.
Os principais TT utilizados em ligas ferrosas com o intuito de ajustar
algumas propriedades mecânicas são:
 Recozimento
 Normalização
 Têmpera/revenido
 Têmpera super�cial
 Martêmpera
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Aspectos práticos dos tratamentos
térmicos
No detalhamento dos aspectos práticos na condução de um TT, é
possível citar a etapa inicial, isto é, o aquecimento acima da temperatura
de austenitização do aço. No aquecimento, desde a ferrita (CCC) até a
austenita (CFC), ocorrem variações dimensionais. Por isso, é usual
haver “rampas” de aquecimento e manutençãoem temperaturas
inferiores à do campo austenítico a fim de reduzir problemas com a
variação dimensional, o que diminui o risco de trincas e de distorção em
peças de seção variável.
Outros cuidados devem ser tomados para a realização do TT. O tempo
de permanência possibilita a dissolução de carbetos de ferro na fase
austenítica. Além disso, o tempo nessa etapa do processo torna a
granulação da austenita mais grosseira, isto, é, grãos grandes.
Atenção!
O tempo precisa ser o suficiente para se alcançar as propriedades ao
final do TT. Tempo prolongado pode provocar a oxidação ou a
descarbonetação do aço.
Na etapa C da imagem 6, o resfriamento é crítico para o alcance das
propriedades finais do material em decorrência do TT. Nessa etapa, a
estrutura final é alcançada, assim como o são, consequentemente, as
propriedades mecânicas. É possível alcançar, ao final do resfriamento,
estruturas que variam de perlita grosseira a martensita.
A primeira estrutura apresenta baixa resistência mecânica em
contraposição à martensita. Além da taxa de resfriamento, a
composição química também influencia na estrutura final.
Alguns dos principais defeitos e distorções durante o TT são:
Alterações dimensionais
Função da composição química, das mudanças de fases e da taxa de
resfriamento.
Trincas
Origem, em geral, das altas taxas de resfriamento e da geometria da
peça.
Empenamentos e distorção
Posicionamento da peça no banho de resfriamento e a taxa de
resfriamento.
Estruturas resultantes dos
tratamentos térmicos
 Austêmpera
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Antes de estudarmos os pormenores dos diversos tratamentos térmicos
do aço, vejamos um esquema (imagem 7) que relaciona a taxa de
resfriamento com as microestruturas resultantes do TT, já partindo da
fase austenítica homogeneizada.
Imagem 7: Resumo das estruturas resultantes do TT.
Na imagem, A, B e C indicam a taxa de resfriamento na fase final do TT.
Em A, a taxa de resfriamento é baixa; em B, moderada; e, em C, alta
(resfriamento em salmoura). Ao final do resfriamento do TT indicado
pelo caminho C, ocorre um novo aquecimento (abaixo da temperatura
crítica).
Dica
É interessante que o caminho C ocorra num intervalo mínimo de tempo,
sendo a transformação de fase sem difusão de carbono. Nos caminhos
A e B, há tempo suficiente para a difusão dele.
Tratamentos termoquímicos
Descrição geral dos tratamentos
termoquímicos
Os tratamentos termoquímicos em aços, também conhecidos como de
endurecimento superficial (sua principal finalidade), são aqueles que
ocorrem com a ativação pela energia térmica e provocam localmente
modificações na composição química. Assim como os tratamentos
térmicos citados, um de seus objetivos é a mudança de algumas
propriedades mecânicas.
Saiba mais
Uma combinação muito empregada na área da Engenharia é a de peças
de núcleo com elevada tenacidade e superfície com grande resistência
ao desgaste. Tratamentos termoquímicos são, em regra, uma boa
solução de engenharia. O componente mecânico engrenagem é um
exemplo em que as propriedades mecânicas de tenacidade e dureza
são otimizadas em regiões distintas.
A imagem 8 contém as engrenagens de um sistema mecânico:
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Imagem 8: Sistema de engrenagens.
Desse modo, uma das principais aplicações dos tratamentos
termoquímicos é o endurecimento superficial de aços. Esse aumento da
resistência ao desgaste é conseguido pela modificação parcial da
composição química.
Os processos termoquímicos são:
Cementação (ou carbonetação)
Introdução de carbono na superfície do aço em condições particulares
de temperatura (superior a 900ºC).
Nitretação
Enriquecimento superficial de aços com nitrogênio (normalmente na
faixa de temperatura de 500 a 600ºC).
Cianetação
Introdução de carbono e nitrogênio em aços a partir de um banho
líquido contendo cianetos fundidos.
Boretação
Enriquecimento de boro na superfície de um aço, formando boreto de
ferro e aumentando a dureza superficial.
O processo difusional dos átomos de carbono, nitrogênio e boro é
ativado pela temperatura e ocorre de forma intersticial. A imagem 9 tem
uma representação desse processo de difusão:
Imagem 9: Difusão intersticial.
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A lei matemática associada à difusão em regime não estacionário é
denominada Segunda Lei de Fick:
Em que C é a concentração do elemento químico e D, o coeficiente
difusional. Para as situações em que D é constante, a Segunda Lei de
Fick pode ser assim escrita:
A profundidade da camada cementada, por exemplo, depende da
temperatura e do tempo de cementação. A imagem 10 apresenta um
diagrama que relaciona a profundidade da camada cementada com as
variáveis temperatura e tempo:
Imagem 10: Camada cementada versus temperatura e tempo.
Estruturas resultantes dos
tratamentos termoquímicos
A imagem 11 apresenta uma peça que sofreu o tratamento de
cementação (gasosa). É possível notar a camada cementada na
superfície da mesma, região em que a dureza e o desgaste à abrasão
são elevados:
Imagem 11: Peça tratada termoquimicamente.
Já a imagem 12 revela uma micrografia da seção transversal de uma
peça de aço AISI 4340 com os tratamentos térmicos de têmpera e
revenimento e o tratamento termoquímico de nitretação. Nota-se, ainda,
a camada branca na superfície composta de nitreto:
∂C
∂t
=
∂
∂x
(D ⋅ ∂C
∂x
)
∂C
∂t
= D ⋅
∂2C
∂x2
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Imagem 12: Aço AISI 4340 nitretado.
Os aços utilizados na cementação são divididos em três classes:
Aços-carbono
O exemplo é o SAE 1020.
Aços-liga (baixo teor)
O exemplo é o SAE 8620.
Aços-liga (alto teor)
O exemplo é o aço SAE 3310.
No tratamento termoquímico de boretação, a camada externa é formada
pelo boreto de ferro (Fe2B). Primordialmente, sua utilização é mais usual
em aços-carbono comuns e aços-liga (de baixo e elevado teor), assim
como nos ferros fundidos comuns e nos nodulares.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(CP-CAP/2014 – técnico em metalurgia). Assinale a opção que
apresenta dois fatores de influência nos tratamentos térmicos.
A Aquecimento e pelotização.
B Ambiente de aquecimento e gaseificação.
C Revenimento e precipitação.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
O TT apresenta três etapas: o aquecimento até a região de
austenitização, o tempo de permanência nessa temperatura para
homogeneização e o resfriamento. A alternativa E apresenta duas
dessas etapas.
Questão 2
(CP-CAP/2015 – Técnico em metalurgia). Assinale a opção que
apresenta dois tratamentos isotérmicos.
Parabéns! A alternativa D está correta.
Os tratamentos de martêmpera e austêmpera possuem um
patamar de temperatura na fase de resfriamento (isotérmicos).
Nitretação e cementação são denominados tratamentos
termoquímicos, pois ocorre uma variação da composição
localmente (superfície). A têmpera, a normalização e o recozimento
apresentam a etapa de resfriamento sem patamar de temperaturas:
apenas as taxas de resfriamento são distintas em cada um.
D Cementação e envelhecimento.
E
Aquecimento e tempo de permanência à
temperatura.
A Têmpera e cementação.
B Normalização e cementação.
C Cementação e recozimento.
D Austêmpera e martêmpera.
E Nitretação e têmpera.
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2 - Diagrama TTT
Ao �nal deste módulo, você será capaz de interpretar o diagrama TTT.
Vamos começar!
Diagrama TTT (tempo– temperatura
– transformação)
Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao
longo deste conteúdo.
Apresentação do diagrama TTT
Aspectos gerais do diagrama TTT
O diagrama TTT apresenta as transformações de fases como função da
temperatura e do tempo. Em resumo, os eixos do diagrama são a
temperatura e o tempo.
Na região interna, notam-se algumas linhas e regiões:
Uma linha horizontal.
A temperatura eutetoide (727ºC).
Três linhas em forma de “C” a indicar o percentual de
transformação.
A curva mais à esquerda informa o início da transformação de austenita
em perlita. A intermediária indica que ocorreu metade da transformação.
Por fim, a curva mais à direita revela 100% da transformação.

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Na imagem 13, identificam-se os aspectos descritos acima:
Imagem 13: Diagrama TTT.
A curva TTT é um diagrama isotérmico que indica o tempo de
permanência a dada temperatura constante para que ocorra o
percentual da transformação. Analisando a imagem 13, é possível
identificar um segmento tracejado na horizontal, indicando uma
transformação de fases isotérmica (cerca de 680ºC). De maneira
aproximada, metade da transformação de austenita em perlita ocorre
em um tempo de 100 segundos.
Cinética da transformação de fases
A evolução de uma transformação de fases apresenta dois estágios: a
nucleação e o crescimento. Na primeira, um “embrião” surge e atinge um
raio crítico r*, condição em que o núcleo é estável.
A partir desses núcleos, ocorre o crescimento (difusional). Os estágios
não são excludentes. Simultaneamente, um dado núcleo pode estar na
fase de crescimento e, em outra região, “surgir” um novo núcleo.
É possível descrever o percentual da transformação como função do
tempo a uma dada temperatura constante. Normalmente, o progresso
da transformação é acompanhado microscopicamente, sendo
convencionado o início da transformação para 0,5% de transformação e
o término, como 99,5% (austenita em perlita).
O gráfico da imagem 14 é denominado curva em “S”:
Imagem 14: Curva da fração transformada para uma temperatura.
A Equação de Avrami descreve a curva da fração transformada y em
função do tempo.
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Em que k e n são constantes independentes do tempo para cada
transformação.
Na imagem 14 , é possível observar , tempo para que ocorra da
transformação. A taxa da transformação da reação no estado sólido é o
inverso de 
Repetindo para diversas temperaturas a curva da fração transformada,
consegue-se confeccionar o diagrama TTT para um aço eutetoide
(0,77% de C).
A imagem 15 apresenta a determinação de dois pontos do diagrama
TTT: no início e no término da transformação.
Imagem 15: Confecção do diagrama TTT para aço eutetoide.
Segundo Callister (2016), a interpretação da imagem 15 é que, para
temperaturas acima da eutetoide, apenas a austenita existirá. A
transformação de austenita em perlita ocorrerá com o super-
resfriamento da liga após a temperatura eutetoide e a manutenção
nessa temperatura.
A imagem 16 apresenta a curva de transformação da austenita em
perlita para algumas temperaturas:
y(t) = 1 − e−k⋅t
n
t0,5 50%
t0,5 :
 Taxa da transformação  =
1
t0,5
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Imagem 16: Curvas em “S” para um aço eutetoide.
Diagramas de transformações
isotérmicas
Neste ponto do conteúdo, apresentaremos os aspectos para um aço
eutetoide (0,77%C) cuja reação (eutetoide) é dada por:
A austenita é a fase a ferrita, ; e a cementita, o carbeto de ferro
. Sua transformação pode ocorrer durante o resfriamento ou o
aquecimento.
No estudo da cinética das transformações, a taxa de transformação
depende da temperatura e do tempo. Normalmente, essas
dependências são avaliadas de maneira independente. O diagrama TTT
apresenta, em um único gráfico, a dependência com as variáveis tempo
(t) e temperatura (T).
A imagem 17 contém um diagrama TTT completo para um aço de
composição eutetoide:
Imagem 17: Diagrama TTT completo de aço eutetoide.
In�uência dos elementos de liga
 Austenita (0, 77%C) ↔  Ferrita (0, 022%C) +  Cementita (6, 70%C)
γ; α
Fe3C
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Diagrama TTT para aços-carbono
Entre as causas disso, podemos citar a composição química. O teor de
carbono altera sensivelmente as curvas de início e término da
transformação.
Tomando como base o aço eutetoide (0,77%C) da imagem 17, as
imagens 18 e 19 apresentam o diagrama TTT para os aços
hipoeutetoides e hipereutetoides:
Imagem 18: Diagrama TTT de aço hipoeutetoide.
Comparando as imagens 17 e 18, é possível inferir que o aumento do
carbono desloca as curvas para a direita. Ademais, a formação da
martensita ocorre em temperaturas superiores.
Imagem 19: Diagrama TTT de aço hipereutetoide.
Como regra, elementos de liga cromo, níquel, molibdênio e vanádio
deslocam a posição das curvas do diagrama TTT para a direita. Já o
cobalto atua no sentido inverso. Dessa forma, Cr, Ni, Mo e V aumentam
a temperabilidade do aço, enquanto Co a diminui.
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Temperabilidade e diagrama de
resfriamento contínuo
A temperabilidade de um aço é a capacidade de essa liga metálica
sofrer transformação martensítica após ser resfriada rapidamente em
determinado meio a partir do campo austenítico, ou seja, no TT
denominado têmpera. Para que essa transformação seja completa,
existe uma velocidade de resfriamento crítica (velocidade mínima de
resfriamento) que depende, entre vários fatores, do meio utilizado para o
resfriamento da peça.
A imagem 20 mostra esquematicamente um diagrama TTT e o
resfriamento contínuo de uma peça em que ocorre transformação total
da austenita em martensita:
Imagem 20: Diagrama TTT e velocidade crítica.
É possível notar, a partir da imagem 20, que a taxa de resfriamento
deverá ser tal que não ocorra interseção com a curva de início da
transformação em perlita ou bainita. Diz-se que ela é tangente ao
“cotovelo” da curva.
Saiba mais
Os diagramas TTT são típicos para transformações a uma temperatura
constante. Porém, nos tratamentos térmicos, é usual que o resfriamento
ocorra de maneira contínua. Conforme ensina Chiaverini (2015), é
possível redesenhar o diagrama TTT para um resfriamento contínuo.
A imagem 21 apresenta a superposição de um diagrama TTT com um
diagrama de resfriamento contínuo:
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Imagem 21: Diagramas de resfriamentos isotérmico e contínuo.
Na imagem 21, percebe-se que, para o resfriamento contínuo, as curvas
de início e término das transformações estão transladadas para a direita
e para baixo.
Diagramas TTT de aços-liga
Analisando os diagramas TTT para os aços (imagens 17, 18 e 19),
infere-se que o carbono desloca as curvas em “C”, mudando a
temperabilidade dos aços. A imagem 22 mostra aços SAE da série 8600
em que ocorre a variação no percentual do carbono, mostrando a
influência na temperabilidade.
Imagem 22: Curva de temperabilidade para aços da série 8.600.
Como regra, os elementos de liga aumentam a temperabilidade do aço,
isto é, deslocam as curvas de início e término das transformações do
diagrama TTT. O cobalto desloca esse diagrama para a esquerda. Já os
elementos de liga se dividem naqueles que se dissolvem na ferrita (Al, Si
e Ni) e nos que formam carbonetos (Ti, Nb, V e W).
A imagem 23 apresenta o diagrama TTT para o aço AISI 4340. Percebe-
se nele o aumento da temperabilidade e a possibilidade de formação de
bainita porresfriamento contínuo:
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Imagem 23: influência de alguns elementos de liga no diagrama TTT.
Na imagem 24, o manganês abaixa as curvas de início e término da
transformação em martensita. Em casos extremos, não ocorre a
formação da martensita à temperatura ambiente (austenita retida).
Imagem 24: influência de elementos na formação da austenita retida.
A imagem 25 esquematiza a influência de alguns elementos de liga nas
curvas de início e término do diagrama TTT:
Imagem 25: influência de elementos de liga no diagrama TTT.
Reações/transformações
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Transformações no estado sólido
Inicialmente, falaremos sobre uma reação no estado sólido que é muito
importante no estudo dos aços: a reação eutetoide. Os aços eutetoides
apresentam uma única transformação em tal estado: da austenita para
a perlita. Essa transformação ocorre em uma composição com 
de carbono e à temperatura de .
A perlita resultante da transformação (difusional) eutetoide é uma
estrutura lamelar composta por e . A imagem 26 apresenta a
difusão do carbono, dando origem às lamelas de perlita. Já as setas
indicam a difusão do carbono e o crescimento da perlita:
Imagem 26: Esquema da formação da perlita.
A micrografia de um aço eutetoide pode ser vista na imagem 27.
Observe a estrutura lamelar: as linhas escuras são a cementita; as
claras, a ferrita.
Imagem 27: Micrografia de aço eutetoide (perlita). Ataque de Nital (1.000 vezes).
Transformações isotérmicas
A partir do diagrama TTT, é possível fazer o estudo das transformações
no estado sólido do aço a temperaturas constantes (isotérmicas).
Inicialmente, um aço, como, por exemplo, um eutetoide, é aquecido
acima da temperatura de 727ºC e mantido nela para a homogeneização
da austenita.
Um super-resfriamento é realizado. Em seguida, é mantida a
temperatura constante para que ocorra a transformação.
0, 77%
727∘C
α Fe3C
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O gráfico da imagem 28 apresenta um diagrama para o aço eutetoide:
Imagem 28: Diagrama TTT e suas regiões.
Inicialmente, é preciso descrever as regiões: acima da temperatura
eutetoide, há a austenita estável (A); a partir dessa temperatura, a
austenita instável. A partir do cotovelo das curvas “C”, existem a perlita
e a bainita. Verifica-se ainda a região da martensita (transformação
adifusional).
Imagem 29: Diagrama TTT e as reações isotérmicas.
A imagem 29 possui exemplos de transformações isotérmicas. No
caminho 1, na etapa isotérmica, há a interseção com as linhas de início
e término da transformação perlítica. Desse modo, o produto é a perlita.
No 2, a temperatura constante se encontra após o “cotovelo” da curva;
logo, o produto é a bainita. Por fim, o 3 intercepta as linhas de início e
término da transformação em martensita.
Podemos ressaltar que:
Caminho 1
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Com característica de temperaturas mais elevadas, leva à formação da
perlita grosseira (as taxas de difusão do carbono aumentam). Para
temperaturas mais próximo do “cotovelo”, as taxas de difusão do
carbono diminuem, resultando em uma perlita fina.
Caminho 2
Com característica de temperaturas mais altas, leva à bainita superior e,
para temperaturas menores, à bainita inferior. A bainita é formada por
ferrita e cementita na forma de agulhas ou placas, dependendo da
temperatura e sendo observada em microscopia eletrônica.
Transformações contínuas
Os TTs dos aços são conduzidos em sua etapa final por um
resfriamento contínuo. Sendo assim, o diagrama TTT não é útil, e sim o
diagrama de transformação por resfriamento contínuo (TRC), visto, aliás,
na imagem 21. Os produtos possíveis são a perlita grosseira, a perlita
fina e a martensita. Essa imagem apresenta a superposição dos
diagramas de resfriamento isotérmico e contínuo.
A imagem 30, por sua vez, destaca o diagrama de TRC de um aço
aquecido e depois resfriado continuamente a diferentes taxas de
resfriamento:
Imagem 30: Diagrama TRC.
Na imagem 30, o resfriamento indicado pela curva A (taxa de
resfriamento baixa) corta as linhas de início e término da transformação
em perlita O resultado é perlita grosseira. Nos caminhos e
, o produto é a perlita fina. Em (taxa de resfriamento mais elevada),
existe a interseção apenas com a curva de início da transformação em
perlita.
Em seguida, as linhas de início e término da transformação em
martensita são intersectadas. Dessa forma, o produto final é perlita
mais martensita. No caminho , a interseção é com o início e o término
das transformações de austenita em martensita.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
(Ai e Af). B
C D
F
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Questão 1
(UFMG – 2019 - técnico em metalurgia) A figura a seguir mostra
um diagrama de transformação isotérmica para um aço-carbono
com composição eutetoide. Nessa figura, as legendas A, P, B e M
significam respectivamente austenita, perlita, bainita e martensita.
As microestruturas obtidas após os tratamentos térmicos (i), (ii) e
(iii) serão respectivamente as seguintes:
Parabéns! A alternativa A está correta.
O resfriamento contínuo representado pelo “caminho” (i) intercepta
as curvas de início e término de transformação da austenita em
martensita. Assim, o produto é 100% martensita. No “caminho” (ii),
há interseção com a curva de início da transformação de austenita
em bainita sem cruzar a curva de término, mas chegando a até 50%
da transformação. Depois, intercepta a curva de início de
transformação de austenita em martensita. Por isso, o produto é
composto de 50% de bainita e 50% de martensita. Por fim, o
“caminho” (iii) intercepta as curvas de início e término de
transformação da austenita em perlita. Desse modo, o produto é
100% perlita.
A
(i):100% martensítica; (ii) 50% bainítica e 50%
martensítica; (iii) 100% perlítica.
B
(i):100% martensítica; (ii) 50% bainítica e 50%
austenítica; (iii) 100% perlítica.
C
(i):100% martensítica; (ii) 50% perlítica e 50%
martensítica; (iii) 100% bainítica.
D
(i):100% austenítica; (ii) 50% bainítica e 50%
martensítica; (iii) 100% perlítica.
E
(i):100% austenítica; (ii) 100% bainítica; (iii) 100%
perlítica.
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Questão 2
(CP-CAP/2015) Analise o diagrama TTT de um aço eutetoide
apresentado a seguir.
Assinale a alternativa que apresenta as microestruturas corretas
formadas nos pontos indicados no diagrama:
Parabéns! A alternativa C está correta.
As duas curvas em “C” são o início e o término da transformação da
austenita em perlita (acima do “cotovelo”) e da austenita em bainita
(após o “cotovelo”). Logo, os pontos 1 e 2 são respectivamente
perlita e bainita. As linhas horizontais marcam o início e o término
da transformação em martensita. Por isso, o ponto 3 é a
martensita. O ponto 4 não interceptou nenhuma linha de início de
transformação. Desse modo, ele é austenita.
A 1 – austenita; 2 – perlita; 3 – martensita; 4 - bainita.
B 1 – martensita; 2 – bainita; 3 – austenita; 4 – perlita.
C 1 – perlita; 2 – bainita; 3 – martensita; 4 - austenita.
D 1 – perlita; 2 – martensita; 3 – perlita; 4 - bainita.
E
1 – austenita; 2 – austenita; 3 – perlita; 4 -
martensita.
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3 - Processos de tratamento térmico
Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir os processos de tratamentotérmico.
Vamos começar!
Processos de tratamento térmico
Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao
longo deste conteúdo.
Recozimento
Aspectos gerais do tratamento
térmico de recozimento
Genericamente, o tratamento térmico (TT) é o conjunto de operações
realizadas no aço sob condições controladas de temperatura, tempo,
atmosfera e resfriamento, cujos objetivos mais significativos são:
Alívio de tensões internas;
Ajuste de dureza;
Aumento das resistências mecânica/ao desgaste;
Ajuste da ductilidade/tenacidade.
Os principais fatores que afetam os diversos tratamentos térmicos são:
Aquecimento

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Controle da rampa de aquecimento e da temperatura máxima atingida.
Resfriamento
A taxa de resfriamento influencia na estrutura final e, portanto, nas
propriedades mecânicas.
Homogeneização
Chegando à temperatura máxima, um intervalo de tempo é necessário
para a solubilização de carbetos. Deve-se evitar o crescimento
excessivo de grãos.
Atmosfera
Durante as etapas de aquecimento e homogeneização, a peça é mantida
em um forno. Cuidados devem ser tomados para se evitar a oxidação ou
a descarbonetação.
O TT denominado recozimento possui, entre outras, as etapas de
aquecimento, homogeneização e resfriamento. Seu objetivo é promover
o alívio de tensões internas, a redução da dureza e o aumento da
ductilidade.
Agora, veremos os quatro tipos de de recozimento.
O recozimento total envolve o aquecimento da peça de aço
acima da temperatura crítica (ver imagem 31), a
homogeneização da austenita e o posterior resfriamento lento,
sendo possível manter a peça dentro do forno (utilizado para a
fase de aquecimento) desligado.
Na imagem 31, é possível perceber a influência da temperatura
máxima na estrutura ao final do recozimento. Para aços
hipoeutetoides, a temperatura final é cerca de 50ºC a mais que a
da linha A3, sendo a estrutura perlita mais ferrita. Já nos
hipereutetoides, a temperatura máxima deve estar entre as linhas
A1 e Acm, enquanto a estrutura resultante é de perlita mais
cementita. Por fim, no caso dos eutetoides, a estrutura final é de
perlita.
A imagem 32 apresenta a etapa de resfriamento do TT de
recozimento pleno, na qual é possível perceber a transformação
da austenita em perlita.
Imagem 31(à esquerda): Diagrama Fe-C e as faixas para o recozimento pleno.
Imagem 32 (à direita): Diagrama TTT e o recozimento pleno.
Recozimento total ou pleno 
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Em linhas gerais, ele assemelha-se ao recozimento pleno,
ocorrendo nele as etapas de aquecimento e de homogeneização.
Na sequência, realiza-se um resfriamento brusco até
determinada temperatura, que será mantida constante até que as
curvas de início e término da transformação (TTT) sejam
interceptadas. Por fim, ele será resfriado até a temperatura
ambiente.
Observe a imagem 33. Esse tratamento térmico é menos
custoso e mais rápido que o de recozimento pleno. Ademais, a
estrutura final é mais fina.
Imagem 33: Diagrama TTT e o recozimento isotérmico.
Este TT tem como principal objetivo o alívio das tensões internas
oriundas, por exemplo, de trabalhos mecânicos a frio, da
solidificação ou de soldagem. O recozimento para alívio de
tensões se distingue do pleno pelo fato de a temperatura
máxima atingida ser menor à temperatura crítica inferior.
Ocorre a manutenção da temperatura para que ocorra a
homogeneização e, por fim, um resfriamento ao ar. Nesse
tratamento, não se deseja modificar a estrutura do aço e, por
consequência, as propriedades mecânicas associadas. Por
conta disso, as temperaturas utilizadas são mais baixas.
As principais transformações são a recuperação e a
recristalização das fases encruadas. A imagem 34 apresenta um
diagrama Fe-C e a faixa de temperaturas para o tratamento
térmico subcrítico:
Recozimento isotérmico ou cíclico 
Recozimento para alívio de tensões ou subcrítico 
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Imagem 34: Faixa de temperaturas para o recozimento subcrítico.
Neste recozimento, ocorre a globulização de carbonetos
dispersos na matriz, aumentando a usinabilidade de aços de
médio/alto carbono. A fase de aquecimento ocorre dentro da
faixa mostrada na imagem 35.
Imagem 35: Faixa de temperaturas para a esferoidização.
Como afirma Chiaverini (2015), existem algumas maneiras de se
produzir a estrutura de carbonetos esferoidizados:
- Aquecimento a temperatura pouco acima de ;
- Manutenção por tempo prolongado à temperatura pouco acima
de ;
- Ciclamento térmico em torno da temperatura .
Normalização
Aspectos gerais do tratamento
térmico de normalização
Normalização é o tratamento térmico das ligas ferrosas em que ocorre a
etapa de aquecimento até faixa de temperaturas indicada na imagem
36. Ocorre, na sequência, a homogeneização no campo austenítico
seguido de resfriamento ao ar parado (sem correntes). Esse tratamento
térmico objetiva o refino do grão e a melhora da uniformidade da
microestrutura.
Esferoidização 
A1
A1
A1
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Imagem 36: Faixa de temperaturas para a normalização.
Dependendo do tipo de aço que seja normalizado, a estrutura será
ligeiramente modificada:
Hipoeutetoides
Perlita mais ferrita.
Eutetoides
Perlita fina.
Hipereutetoides
Perlita mais cementita.
A imagem 37 mostra um diagrama TTT e a etapa de resfriamento do
tratamento térmico de normalização. Ressalta-se a interseção a curva
de resfriamento com as curvas de início e término da transformação de
perlita.
Imagem 37: Diagrama TTT e esfriamento na normalização.
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As curvas do diagrama TTT sofrem alterações na forma e
deslocamentos pela adição de elementos de liga. A imagem 38 exibe
um diagrama para um aço ligado que, após o tratamento térmico de
normalização, apresenta bainita.
Imagem 38: Diagrama TTT e esfriamento na normalização.
Principais características e
propriedades dos aços normalizados
Os tratamentos térmicos de normalização e recozimento apresentam
basicamente duas grandes diferenças:
Temperatura máxima (homogeneização)
Taxa de res�ameneto
No recozimento, a faixa de temperaturas é menor do que na
normalização, conforme demonstra a imagem 39. Além disso, a taxa de
resfriamento da normalização é maior que a taxa do recozimento.
Imagem 39: Diagrama Fe-C com as faixas de temperaturas para os tratamentos térmicos de
normalização e recozimento.
O tratamento térmico de normalização apresenta vários objetivos.
Destacaremos dois deles a seguir:

Re�namento do grão

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Distribuição homogênea do tamanho de grão
O refino de grãos, como, por exemplo, os perlíticos, torna o aço mais
tenaz do que aqueles com estrutura final perlítica grosseira, além de
proporcionar um aumento na resistência mecânica. Por vezes, a
normalização é utilizada antes da têmpera seguida de revenido. O
objetivo é que a microestrutura seja refinada e a distribuição de grãos,
homogênea, potencializando o tratamento posterior de têmpera.
Saiba mais
Algumas vezes, pode haver na têmpera desvios (ou erros) que não
levam ao resultado esperado em termos de propriedades mecânicas. A
normalização pode ser aplicada para homogeneizar a microestrutura
antes que ocorra a repetição do tratamentos com erros ou desvios.
A imagem 40 mostra a micrografia do aço AISI 1045 forjado,
normalizado e com ataque de Nital 2%, em que é possível observar a
estrutura de perlita fina e ferrita proeutetoide:Imagem 40: Micrografia de aço AISI 1045 forjado e normalizado. Nital 2%.
De acordo com Chiaverini (2015), os aços-liga hipoeutetoides são
submetidos inicialmente à normalização para minimizar os rendilhados
dos carbonetos a fim de que a estrutura (decorrente do tratamento
térmico de esferoidização) esteja 100% esferoidizada, o que implica a
boa usinabilidade do aço.
A tabela a seguir apresenta algumas temperaturas típicas do tratamento
térmico de normalização para aços-carbono/ligas:
Aços Temperatura (0C)
1015, 1020 e 1022 915
1040, 1045 e 1050 860
1335, 1340, 3135 e 3140 870
4337 e 4340 870
8625, 8627 e 8630 900
9840, 9850, 50B44, 50B46
e 50B50
870
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Tabela: Temperaturas de normalização de alguns aços.
Adaptada de CHIAVERINI, 2015, p. 97-98.
Aspectos gerais do tratamento de
têmpera
O tratamento térmico de têmpera e, em seguida, de revenido, apresenta,
em linhas gerais, as mesmas etapas dos tratamentos térmicos já
estudados.
Diferentemente da maioria dos tratamentos térmicos, neste ocorre uma
segunda fase, denominada revenido, cujo objetivo é o ajuste da dureza.
Sua estrutura final é chamada de martensita revenida.
A imagem 41 indica o tratamento térmico de têmpera seguido de
revenido:
 Primeira etapa
A peça de aço deve ter a sua temperatura elevada
até uma faixa que varia de 815ºC a 870ºC.
 Segunda etapa
Essa peça é mantida nessa faixa de temperaturas
para a homogeneização da austenita.
 Terceira etapa
Por fim, é realizado um resfriamento brusco.
 Produto
Ao final dessas três etapas, o produto é a
martensita.
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Imagem 41: Tratamento térmico de têmpera seguida de revenido.
Os meios mais comumente utilizados no resfriamento da têmpera, em
ordem crescente de severidade, são óleo, água ou salmoura. O meio
pode ser agitado, aumentando, com isso, sua severidade.
Saiba mais
A temperabilidade de um aço (profundidade em que ocorre a
transformação austenita em martensita) depende, entre outros fatores,
da severidade do meio de resfriamento e da composição química do
aço (percentual de carbono e dos elementos de liga).
A imagem 42 demonstra o perfil de dureza para os aços SAE 1040 e SAE
4140 (0,40% C), sendo que o aço 4140 apresenta elementos de liga (Cr,
Mo, Mn etc.).
Imagem 42: Perfil de dureza para os aços SAE 1040 e SAE 4140 temperados em óleo.
A partir da análise da imagem 42, é possível inferir que, para o aço SAE
4140 (ligado), a profundidade de têmpera é maior, indicando que os
elementos de liga aumentam a temperabilidade dos aços.
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Características e propriedades dos
aços temperados e revenidos
No tratamento de têmpera, o produto final da peça de aço é a
martensita oriunda da transformação adifusional da austenita. Dessa
forma, a peça apresentará um aumento da dureza e do limite de
resistência à tração. Contudo, o incremento dessas propriedades está
acompanhado da redução de sua ductilidade/tenacidade.
O aço com uma temperabilidade alta forma, na têmpera, uma martensita
não apenas na superfície, mas também ao longo de seu interior – e em
um elevado percentual. A dureza do aço temperado depende do
percentual de carbono. A imagem 43 apresenta essa dependência.
Imagem 43: Relação entre dureza de aço temperado e% de carbono.
A profundidade de endurecimento de um aço temperado (profundidade
da martensita) depende de:
Composição química (carbono e elementos de liga).
Tamanho e forma da peça.
Temperatura de austenitização.
Severidade da têmpera.
A velocidade crítica de resfriamento da têmpera é mostrada na imagem
44. Sua curva de resfriamento crítica intercepta apenas as curvas de
início e término da martensita:
Imagem 44: Velocidade crítica da têmpera.
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É possível notar que a velocidade crítica é a taxa de resfriamento
mínima de têmpera para garantir a transformação da austenita em
martensita. Muitos autores se referem a essa velocidade como uma
curva de resfriamento a seguir do “cotovelo”.
O revenimento é seguido pelo tratamento térmico de têmpera (imagem
41). Após a têmpera, a peça é reaquecida a uma temperatura inferior a
A1.
O revenido:
Alivia as tensões internas.
Ajusta a dureza e a fragilidade do material temperado.
Aumenta a ductilidade e a resistência ao choque.
A imagem 45 demonstra a dependência das propriedades “dureza” e
“resistência ao choque mecânico” com a temperatura do revenido:
Imagem 45: Temperatura de revenido e propriedades mecânicas.
A temperatura do revenido deve atender às propriedades especificadas
em projeto. Algumas faixas de temperatura são:
Até 100ºC;
De 100ºC a 300ºC;
Pouco acima de 300ºC;
De 550ºC a 650ºC.
Têmpera super�cial
A têmpera superficial possui os mesmos objetivos do tratamento
térmico de têmpera, mas em uma dada região da peça. Em linhas
gerais, deseja-se que a região tratada apresente elevada dureza e
resistência ao desgaste, mantendo o restante da peça tenaz.
Conforme afirma Colpaert (2008), as ferramentas manuais são
frequentemente tratadas por têmpera localizada para a combinação
destas propriedades mecânicas: corpo com elevada tenacidade e borda
com grande resistência ao desgaste.
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A imagem 46 mostra a macrografia de uma foice com a região
temperada evidenciada e camada uniforme:
Imagem 46: Macrografia de foice. Reativo de iodo.
Como a têmpera superficial é a têmpera convencional localizada, os
procedimentos são os mesmos, ou seja, aquecimento (austenitização),
homogeneização e resfriamento brusco. O aquecimento da superfície
da peça pode ser feito por:

Chama

Indução eletromagnética

Laser

Feixe eletrônico

Implantação iônica
O aquecimento local deve atingir temperaturas que garantam que a
região tratada termicamente esteja no campo austenítico e que, com o
posterior resfriamento brusco, ocorra a transformação em martensita.
Outra variável a ser controlada é o tempo de aquecimento. Em regra,
alguns poucos segundos são suficientes para o aquecimento local. O
meio para a etapa de resfriamento normalmente é a água.
Em relação ao tratamento térmico de têmpera (convencional), podemos
citar algumas vantagens da têmpera superficial:
Eliminação dos fornos utilizados na etapa de aquecimento;
Redução do tempo de tratamento;
Os efeitos de oxidação superficial e de descarbonetação são
minimizados.
As imagens 47, 48(a) e 48(b) mostram os aparatos utilizados para o
aquecimento do tratamento térmico de têmpera superficial. Na primeira
imagem, existem três variações para o aquecimento superficial
utilizando chamas; na segunda, as etapas de aquecimento por indução e
o posterior resfriamento com água.
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Imagem 47: Aquecimento por chama – têmpera superficial.
Imagem 48a: Aquecimento por indução – têmpera superficial.
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Imagem 48b: Resfriamento de têmpera superficial (indução).
Assim como ocorre no tratamento térmico de têmpera (convencional),
após uma peça ser tratada por têmpera superficial, ocorre o revenimento
da peça para se alcançar a martensita revenida. O tratamento de
revenido posterior é feito com aquecimento a temperaturas inferiores à
da austenitização, cujo principal objetivo é o alívio de tensões.
Tratamentos isotérmicos
O diagrama TTT da imagem 49 auxilia no entendimento dos tratamentosisotérmicos dos aços. As curvas em “C” desse diagrama representam o
início da transformação (vermelha), 50% dela já ocorrida (azul) e seu
término (verde). Já as linhas horizontais em laranja marcam o início e o
término da transformação em martensita.
Imagem 49: Diagrama TTT e suas regiões.
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Em linhas gerais, os tratamentos isotérmicos diferem-se dos
tratamentos térmicos convencionais estudados, pois a etapa de
resfriamento não ocorre de maneira contínua, e sim com a manutenção
em dada temperatura durante a transformação desejada para só então
terminar o resfriamento. Os dois tratamentos isotérmicos realizados nos
aços são a austêmpera e a martêmpera.
Austêmpera
O tratamento isotérmico de austêmpera tem a etapa inicial de
aquecimento até a austenitização do aço e sua posterior
homogeneização. Na etapa de resfriamento, em uma faixa de
temperatura de 300 a 400ºC, a peça é mantida a uma temperatura
constante. Posteriormente, o resfriamento termina no ar. A estrutura fina
é a bainita.
A imagem 50 possui esquematicamente o tratamento de austêmpera na
etapa do resfriamento. Após a austêmpera, não é necessário tratar do
revenimento.
Imagem 50: Austêmpera. Produto final – bainita.
De maneira genérica, a bainita formada na austêmpera apresenta uma
série de vantagens. Entre as quais, destacam-se as seguintes:
Melhor ductilidade e tenacidade para uma dada dureza;
Minimiza o risco de empenamento das peças tratadas;
Para durezas na faixa de 35 a 55 RC, o tempo é reduzido.
Veja a comparação das propriedades mecânicas do aço SAE 1095
tratado com têmpera e revenido e com austêmpera.
Resfriado em água e
revenido
Dureza Rockwell C: 52,5
Resistência ao choque
(J): 19,0
Alongamento em 1” (%):
0
Austemperado
Dureza Rockwell C: 52,2
Resistência ao choque
(J): 54,3
Alongamento em 1” (%):
8
Martêmpera
O tratamento térmico de martêmpera apresenta as etapas iniciais de
aumento de temperatura e homogeneização no campo austenítico. No

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resfriamento, ocorre uma interrupção da têmpera logo após o início da
transformação da austenita em martensita.
Nesse estágio, um breve tratamento isotérmico intermediário é
realizado, o que permite a uniformização da temperatura na peça antes
de a curva de término da transformação (Mf) ser atingida. Por fim, é
feito um resfriamento ao ar.
Diferentemente da austêmpera, o revenimento posterior é
necessário.
A imagem 51 representa o tratamento de martêmpera:
Imagem 51: Martêmpera – martensita revenida.
Uma das vantagens da martêmpera em relação à têmpera é a
minimização das tensões internas e de empenamento das peças. Aços
ligados (maior temperabilidade) são mais adequados para o tratamento
de martêmpera.
Exemplo
Aços 1090, 4130, 4140, 4340 ou 8630.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(UEIT - assistente de suporte acadêmico II - metalografia e
metalurgia 2016) Sobre o tratamento térmico de revenimento em
aços, é correto afirmar que ele é realizado após:
A
a austenitização, normalmente em temperaturas de
723ºC a 910ºC, em função da porcentagem de
carbono, o que causa a diminuição da dureza.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A têmpera tem a etapa de aquecimento até a austenitização, a
homogeneização e o resfriamento brusco, produzindo, assim, a
martensita. Devido à transformação adifusional da austenita em
martensita, a peça fica submetida a um elevado nível de tensões
internas, tendo alta dureza e baixa ductilidade. Para eliminar as
tensões internas e ajustar as propriedades mecânicas, após a
têmpera, é realizado o tratamento térmico de revenido ou
revenimento em temperaturas inferiores a A1.
Questão 2
(UFES – 2014 - técnico em metalurgia) O recozimento, a têmpera, o
revenimento e a normalização são tratamentos térmicos
convencionalmente utilizados nas práticas industriais para o
processamento e a utilização de ligas ferrosas. Tais
processamentos modificam a estrutura das ligas a eles
submetidas. Tendo isso em vista, assinale a alternativa correta.
B
a têmpera, normalmente em temperaturas entre
200ºC e 600ºC, o que causa a diminuição da dureza
e um aumento da tenacidade.
C
o recozimento, normalmente em temperaturas entre
200ºC e 600ºC, o que causa um aumento da dureza.
D
a têmpera, normalmente em temperaturas entre
723ºC e 910ºC, o que causa a perda de tenacidade.
E
a normalização para alívio de tensões, normalmente
em temperaturas entre 400ºC e 600ºC, o que causa
a diminuição da dureza.
A
O aço recozido acima da zona crítica, quando
resfriado lentamente em forno, produz uma
estrutura martensítica mais macia.
B
A normalização é comumente utilizada para obter
uma microestrutura mais homogênea e refinada.
C
O recozimento a um tempo prolongado promove a
formação de estrutura esferoidizada, garantindo
mais resistência mecânica à liga.
D
O revenimento de uma liga ferrosa produz
martensita revenida, que, em razão de uma dureza
mais elevada que a da martensita gerada na
têmpera dessa liga, é evitada.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A martensita resulta de um resfriamento brusco, como ocorre, por
exemplo, na têmpera; a normalização; em microestrutura
homogênea e refinada. A martensita revenida é alcançada com
têmpera seguida de revenimento.
4 - Processos de tratamento termoquímico
Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir os processos de tratamento
termoquímico.
Vamos começar!
Processos de tratamento
termoquímico
Confira os principais pontos sobre o assunto que serão abordados ao
longo deste conteúdo:
Cementação
Aspectos gerais da cementação
E
Após o processo de recozimento em uma liga
ferrosa, procede-se com a têmpera, pois somente
com a têmpera é possível haver a execução de
processos de fabricação com essas ligas.

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Em geral, quando há a necessidade de que uma peça de aço tenha uma
combinação de propriedades mecânicas, como, por exemplo, superfície
com elevada resistência ao desgaste e núcleo com alta tenacidade, os
tratamentos termoquímicos são uma excelente solução de engenharia.
Os principais tratamentos termoquímicos são:
Cementação
Nitretação
Cianetação
Boretação
Diferentemente dos tratamentos térmicos, nos
termoquímicos ocorre uma variação da composição
química localmente. Normalmente, aços com teor de
carbono na faixa de 0,20% são cementados, por
exemplo, em AISI 4023, 4118, 8620 etc.
Cementação ou carbonetação
Resumidamente, consiste na inserção de carbono na superfície de uma
peça de aço, promovendo o endurecimento superficial. Nesse processo,
ocorre a difusão do carbono.
Saiba mais
Temperatura, tempo e concentração de carbono, entre outros exemplos,
são variáveis importantes e que devem ser controladas. A temperatura
do tratamento, por exemplo, normalmente é na faixa de 900ºC, região
austenítica em que a solubilidade do carbono no ferro é alta.
A cementação pode ocorrer por três vias principais:
Sólida (em caixa)
Líquida
Gasosa
Cementação sólida ou cementação em caixa
A peça é envolta em cemento (meio de cementação) sólido, sendo o
mais utilizado a mistura de carvão de madeira, aglomerado com
substância ativadora (carbonatos) e óleo de linha.
Apesar de a peça estar envolta em uma mistura sólida, o
carbono que se difunde para ela é gasoso.
Para ilustrar isso, eis algumas reações químicas do processo:
Trata-se de um processo que demanda tempo, o que implica o
crescimentodo grão austenítico. Para fazer a correção no tamanho do
C + O2 ↔ CO2
CO2 + C ↔ 2CO
3Fe + 2CO ↔ Fe3C + CO2
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grão, é comum haver um TT posterior de normalização e de têmpera
para aumentar a dureza superficial.
A imagem 52 apresenta a seção transversal de um aço baixo carbono
cementado (sólida) e com tratamentos térmicos posteriores de
normalização e têmpera. Note a região cementada (à esquerda), cuja
estrutura é a martensita:
Imagem 52: Aço cementado e temperado. Nital.
Duas dificuldades no processamento da cementação em caixa são a
cinética lenta e a dificuldade do controle dos resultados. Da mesma
forma, podemos listar duas vantagens:
Processo de resfriamento é lento (o que permite, por exemplo, a
usinabilidade da peça antes da têmpera).
Minimização do empenamento das peças.
Cementação líquida
Tal processo consiste na manutenção da peça de aço em um banho de
sal fundido (cianeto de sódio, cloreto de bário cianato de sódio, cloreto
de potássio, carbonato de sódio etc.) em uma temperatura acima de A1.
A cementação líquida ocorre em duas faixas de temperatura:
De a (baixa)
A cementação promove camada de até 0,8mm.
De a (alta)
As camadas podem chegar a 3,0mm.
Chiaverini (2015) lista as principais vantagens da cementação líquida:
Rapidez, proporcionando camadas de cementação
consideráveis;
Proteção efetiva contra os fenômenos da oxidação e da
descarbonetação da peça;
Controle da profundidade da camada da cementada.
Dica
No processo de cementação líquida, é fundamental usar exaustores nos
fornos pela presença de cianetos.
Cementação gasosa
A cementação por via gasosa consiste na colocação da peça de aço a
ser cementada em um forno com atmosfera de potencial de carbono
840∘C 900∘C
900∘C 955∘C
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controlado. Em termos práticos, é fundamental haver uma limpeza
inicial da superfície das peças.
A atmosfera é rica em uma mistura de:
Monóxido de carbono.
Hidrogênio.
Hidrocarbonetos aquecidos, como o metano, o etano e o
propano.
A têmpera posterior é feita em óleo. Na comparação com a cementação
sólida, ela é um processo mais limpo e mais rápido, permitindo ainda
mais controle da camada cementada (espessura e teor de carbono mais
uniforme). Ademais, a atmosfera carburante, sendo gasosa, impede a
oxidação superficial da peça.
A imagem 53 apresenta o aço AISI 5120 cementado por via gasosa
temperado a óleo seguido de revenimento:
Nitretação
Aspectos gerais da nitretação
O tratamento termoquímico denominado nitretação envolve a difusão do
nitrogênio na superfície dos aços, dando origem à camada de alta
dureza (70HRC) proveniente da formação de nitretos de cromo,
molibdênio, vanádio etc. O processo ocorre, em geral, na faixa de
temperaturas entre 500°C e 570°C (campo ferrítico), menor que a
utilizada na cementação, por exemplo.
Além disso, a temperatura do tratamento é aquela obtida após a
temperatura crítica (austenitização), o que diminui a possibilidade de
empenamentos das peças e de tratamentos térmicos posteriores.
A nitretação apresenta vários objetivos. Entre os quais, podemos citar
os seguintes:
Aumento da dureza superficial pela presença de nitretos na
superfície da peça;
Aumento da resistência ao fenômeno da fadiga (peças
submetidas a ciclos) pela introdução de tensões compressivas
na superfície;
Elevação da resistência à corrosão.
Saiba mais
As camadas nitretadas (“camadas brancas”) são, em geral, menores que
as cementadas, porém possuem maior dureza superficial.
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A imagem 54 apresenta a micrografia do aço AISI 4340 temperado,
revenido e nitretado. Observe a camada nitretada na cor branca.
Nitretação a gás
Nesse tratamento termoquímico, as peças de aço são submetidas a um
gás rico em nitrogênio, que, em geral, é a amônia (NH3), a dada
temperatura na faixa de 500°C a 565°C. A difusão do nitrogênio (N) é
bem lenta, tornando esse tratamento muito demorado. Sua duração
pode chegar a incríveis 90 horas!
Em média, a camada nitretada possui espessura
inferior a 0,8mm. Se comparada à camada oriunda da
cementação, seus números são bem menores.
Contudo, eles apresentam uma dureza bem superior.
Dessa forma, a camada nitretada proporciona altíssima dureza
superficial, chegando a 70 Rockwell C e alta resistência ao desgaste.
Além disso, ela proporciona aumentos nas resistências à fadiga e à
corrosão.
De acordo com Chiaverini (2015), o gás amônia, sob a temperatura do
tratamento, decompõe-se em nitrogênio e hidrogênio, conforme a
reação a seguir.
O nitrogênio difunde-se no aço, formando os nitretos metálicos (dos
elementos de liga do aço) e originando a camada nitretada.
A imagem 55 contém um gráfico que esboça o tamanho da camada
nitretada em função tempo do tratamento de nitretação para dada
temperatura (525ºC):
Imagem 55: Gráfico tempo versus espessura da camada.
No gráfico, é possível perceber que o tratamento de nitretação é lento,
implicando o crescimento do grão do aço.
2NH3 → N2 + 3H2
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Nitretação líquida
A nitretação líquida (também chamada de nitretação tenaz) é executada
na mesma faixa de temperatura da nitretação a gás (500 a 570°C),
utilizando, para isso, um banho à base sais de sódio e potássio. A
grande vantagem dela sobre a nitretação a gás é que o tempo utilizado é
bem menor, produzindo uma camada muito resistente ao desgaste, à
fadiga e à oxidação.
A desvantagem da líquida é que a camada nitretada
também é menor: em torno de 0,015mm (na nitretação
a gás, ela ficava por volta de 0,7mm). Já a vantagem
em relação à nitretação clássica (a gás) é que ela pode
ser realizada em aços-carbono, elementos metálicos
de baixa liga, metais inoxidáveis e metais resistentes
ao calor.
Como destaca Chiaverini (2015), um banho comercial típico para a
nitretação líquida apresenta a composição da tabela a seguir:
Sais de
sódio
NaCN Na2CO3 NaCNO
Sais de
potássio
KCN K2CO3 KCNO KCl
Tabela: Banho para cementação líquida.
Adaptada de CHIAVERINI, 2015, p. 147.
O gráfico da imagem 56 indica a profundidade da nitretação líquida em
função do tempo de tratamento para alguns aços a uma temperatura de
570ºC. A partir desse gráfico, é possível inferir que a camada nitretada é
inversamente proporcional ao percentual de carbono no aço.
Imagem 56: Gráfico tempo versus espessura da camada.
Além dos aços-carbono e dos aços-liga, incluindo os aços inoxidáveis, é
possível realizar o tratamento termoquímico de nitretação líquida em
ferros fundidos.
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Cianetação e boretação
Aspectos gerais dos tratamentos de
cianetação e boretação
De maneira geral, os tratamentos termoquímicos objetivam o aumento
da resistência ao desgaste e a indução de tensões residuais
compressivas na superfície. As tensões compressivas promovem o
aumento da resistência da peça de aço ao fenômeno de fadiga.
No caso da cianetação, há a inclusão, por difusão, de nitrogênio e
carbono. Na boretação, o elemento a ser inserido é o boro.
Tratamento termoquímico de cianetação
Tratamento termoquímico que objetiva o endurecimento superficial de
peças de aço por meio da introdução simultânea de nitrogênio e
carbono a partir de um banho líquido rico em cianetos.
Saiba mais
É semelhante ao tratamento termoquímico de cementação líquida.
O processo apresenta a fase inicial de aquecimento acima da
temperatura crítica A1, homogeneização e resfriamento brusco. A faixa
de temperaturas é de 760oC a 870oC. A camada alcançada fica na faixa
de 0,1 a 0,3mm.Quanto às reações químicas, simplificadamente ocorre a transformação
do cianeto em cianato, que se decompõe e gera N2 e CO para a difusão
do nitrogênio e do carbono.
O tratamento termoquímico de cianetação envolve banhos de sais
(cianetos) fundidos que são tóxicos. Por conta disso, cuidados
operacionais devem ser tomados durante sua execução. Os cianetos
mais comuns são os de sódio, conforme demonstra a primeira das
reações acima.
Dica
Os aços cianetados devem ser temperados em água após o tratamento
de cianetação.
Os principais objetivos do tratamento de cianetação (carbonitretação
líquida) são:
Obtenção de elevada dureza superficial;
Aumento da resistência ao desgaste e à fadiga.
A imagem 57 delineia a micrografia de um filete de rosa tratado por
cianetação. É possível identificar a camada endurecida pelo processo:
2NaCN + O2 → 2NaCNO
4NaCNO → Na2CO3 + 2NaCN + CO + N2
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Imagem 57: Filete de rosca cianetado. Nital.
A imagem 58 apresenta a micrografia de aço cianetado. A camada
cementada encontra-se à direita da imagem. Nessa camada, a estrutura
é martensítica e, no centro da peça, martensítica e ferrítica.
Imagem 58: Camada cianetada. Nital.
Tratamento termoquímico de boretação
É o tratamento termoquímico no qual o elemento boro é introduzido na
estrutura da peça de aço por meio de difusão. A boretação é realizada
na faixa de temperatura de 800°C a 1.000°C. O tempo do processo pode
demandar até doze horas.
O tratamento termoquímico de boretação pode ser realizado por estas
vias:
Sólida
Líquida
Gasosa
B4C
N2B4O7
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Das três vias para a boretação, a sólida é a mais utilizada
industrialmente. A camada boretada para aços-carbono pode alcançar
cerca de . Segundo Chiaverini (2015), o aço SAE 1045 adquire a
 uma camada boretada de cerca de .
O processo de boretação pode ser aplicado aos aços-carbono, aos aços-
liga e aos ferros fundidos (comum e nodular). A camada boretada é
extremamente resistente (mais do que as camadas oriundas da
cementação e da nitretação) ao desgaste, apresentando uma dureza
que varia de a devido à formação, durante o processo
de boretação, do boreto de ferro .
Conheça suas principais vantagens e desvantagens:
Vantagens
• A peça boretada
apresenta resistência à
corrosão por ácidos
inorgânicos;
• A camada boretada
possui baixo
coeficiente de atrito, o
que elimina ou minimiza
a lubrificação em
alguns processos de
conformação mecânica.
Desvantagens
• A boretação por via
sólida automatizada é
lenta e cara;
• A alta dureza da
camada boretada limita
usinagem final;
• Ela tem menos
resistência à fadiga na
comparação com
camadas cementadas e
nitretadas.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(Copeve-UFAL - 2019 - engenheiro mecânico) Para engrenagens, é
desejável um núcleo tenaz combinado com uma superfície
resistente ao desgaste. Para essa aplicação, aços com baixo teor
de carbono são submetidos ao tratamento termoquímico de
cementação, que eleva o teor de carbono na superfície,
aumentando sua resistência ao desgaste e preservando a
tenacidade do núcleo, mantido com baixo teor de carbono. Na
cementação, o meio em que o aço é carbonetado e o processo de
difusão do carbono são dois aspectos importantes que influenciam
esse processo em que o carbono é introduzido na superfície do aço
aquecido acima de 900°C. Quanto aos diferentes tipos de
cementação, assinale a alternativa correta.
BCl3
300μm
900∘C 200μm
1.700 2.000HV
Fe2B

A
A cementação sólida consiste no aquecimento do
metal após a zona crítica no qual a solubilidade do
carbono no aço é elevada, além de ser o processo
mais antigo de cementação.
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Parabéns! A alternativa C está correta.
A cementação ocorre em temperaturas em torno de 900ºC; em
regra, as peças são submetidas posteriormente aos tratamentos
térmicos de têmpera e revenimento. Na cementação gasosa, a
atmosfera é rica em monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2) e
hidrocarbonetos aquecidos, como o metano (CH4), o etano (C2H6) e
o propano (C3H8). O tratamento termoquímico de cementação é
mais adequado para aços com 0,20% de C.
Questão 2
(Cesgranrio - 2008 - BR Distribuidora - profissional júnior -
engenharia mecânica) Dos tratamentos termoquímicos mais
conhecidos, podemos citar a cementação e a nitretação. Na
comparação das características desses processos, tem-se:
B
Na cementação sólida, é necessário submeter o
metal a um tratamento térmico posterior, como a
austêmpera, para refinar o tamanho do grão.
C
A cementação pode ser realizada em meios líquido,
gasoso e sólido, sendo o potencial químico do
carbono nesses meios o fator determinante do teor
de carbono na superfície da peça.
D
Na cementação gasosa, a utilização de gases, como
CO, CO2, H2, H2O e CH4, é realizada para possibilitar
o controle do potencial de cementos.
E
Nos aços cementados, os núcleos contêm de 0,5 a
0,75% de carbono, enquanto na superfície, essa
concentração é ajustada entre 0,8 e 1,0%.
A
Cementação: produz camada mais dura que a
nitretação.
Nitretação: provoca mais distorção que a
cementação.
B
Cementação: produz camada mais dura que a
nitretação.
Nitretação: diminui a resistência à fadiga.
C
Cementação: produz núcleo frágil e camada tenaz.
Nitretação: provoca mais distorção que a
cementação.
D
Cementação: necessita de têmpera posterior.
Nitretação: não requer têmpera posterior.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
A cementação ocorre em faixas de temperaturas mais altas que a
nitretação. Desse modo, a nitretação provoca menos
empenamentos e distorções na peça. Os tratamentos
termoquímicos de cementação e nitretação têm como objetivo o
endurecimento superficial, mantendo o núcleo da peça tenaz. A
nitretação é amplamente utilizada em aços, sendo a carbonetação
mais adequada para aços com 0,20% de C. As camadas nitretadas
são mais duras que as cementadas, alcançando 70HRC. Como
regra, a cementação é seguida de têmpera/revenido.
Considerações �nais
Neste conteúdo, delineamos os fundamentos dos tratamentos térmicos
e termoquímicos nos aços. Inicialmente, fizemos a abordagem genérica
desses tratamentos, indicando suas etapas e aplicações. Além disso,
identificamos a mudança da composição química como uma das
grandes diferenças entre os tratamentos.
Na sequência, falamos sobre o diagrama TTT, a apresentação das
curvas de início e término das transformações e as principais regiões
desse diagrama. Ainda estudamos a velocidade crítica de resfriamento
e os aspectos das transformações isotérmicas e das transformações
contínuas.
Outro ponto que discutimos foi a influência dos elementos de liga de um
aço no deslocamento das curvas do diagrama TTT. Descrevemos os
principais tratamentos térmicos e suas vias de processamento, como o
recozimento, a normalização, a têmpera e o revenimento, entre outros
exemplos. Para cada tratamento térmico, apontamos alguns aspectos
práticos, os aços em que eles são aplicáveis e as principais
propriedades mecânicas resultantes, assim como suas vantagens e
desvantagens.
Também analisamos estes tratamentos termoquímicos: cementação,
nitretação, cianetação e boretação. Nesse processo, mostramos as
principais reações químicas envolvidas na formação das camadas
superficiais. Por fim, comparamos as camadas produzidas em cada
tratamento termoquímico em termos de propriedades mecânicas
(dureza, resistência à fadiga etc.) e profundidade.
Podcast
E Cementação: é usada em aços de alto carbono.
Nitretação:não é usada em aços.

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Para encerrarmos, ouça os principais pontos abordados neste estudo.
Explore +
Leia o seguinte trabalho apresentado no 68º Congresso Anual da ABM,
cujo tema é o levantamento do diagrama TTT em nível experimental e,
em seguida, a validação pelo software Stecal 3.0.
MAGNABOSCO, R.; VENDRAMINE, C. de F. Levantamento da curva TTT
do aço 15B30 com análise dos constituintes ferrita e perlita. 68º
Congresso Anual da ABM. jul.-ago. 2013.
Referências
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais:
uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7. ed. São Paulo: ABM, 2015.
COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4. ed.
São Paulo: Edgard Blucher, 2008.
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. 6. ed. São Paulo: Pearson,
2008.
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