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TECNOLOGIA DOS 
MATERIAIS
Ronei Stein
Tratamentos térmicos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Descrever as microestruturas perlita, bainita e martensita, bem como 
as diferenças entre suas propriedades mecânicas, suas disparidades 
microestruturais e como são produzidas.
 � Definir as transformações isotérmica e por resfriamento contínuo e 
as fases presentes em função dos tratamentos térmicos aplicados em 
diferentes ligas metálicas.
 � Identificar os processos de recozimento, normalização, têmpera, re-
venimento, martêmpera, austêmpera e ensaio Jominy, utilizado para 
avaliar a temperabilidade de ligas.
Introdução
É bastante antiga a preocupação do homem em obter metais resistentes 
e de qualidade. Os romanos descobriram que o ferro se tornava mais duro 
quando aquecido durante longo tempo num leito de carvão vegetal, 
resfriado e, em seguida, mergulhado em uma salmoura. Esse procedi-
mento pode ser considerado a primeira forma de tratamento térmico, 
pois permitia a fabricação de armas mais duras e mais resistentes. Porém, 
foram necessários muitos anos até o homem aprender a lidar de modo 
mais eficiente com o calor e com os processos de resfriamento para tratar 
adequadamente os metais. 
Neste capítulo, você vai estudar sobre as microestruturas perlita, 
bainita e martensita, as transformações isotérmicas e por resfriamento 
contínuo e as fases presentes em função dos tratamentos térmicos 
aplicados em diferentes ligas metálicas, por meio de processos de re-
cozimento, normalização, têmpera, revenimento, martêmpera e aus-
têmpera, além de entender o ensaio Jominy, utilizado para avaliar a 
temperabilidade de ligas.
Tratamentos térmicos – definições gerais
De acordo com Tschiptschin (2012), o tratamento térmico pode ser definido 
como o aquecimento ou resfriamento controlado dos metais feito com a 
finalidade de alterar suas propriedades físicas e mecânicas, sem alterar a 
forma do produto final.
O tratamento térmico é normalmente associado ao aumento da resistência 
do material, mas também pode ser usado para melhorar a usinabilidade, a 
conformabilidade e restaurar a ductilidade depois de uma operação a frio. 
Desta forma, o tratamento térmico é uma operação que pode auxiliar ou-
tros processos de manufatura ou então melhorar o desempenho de produtos, 
aumentando sua resistência ou alterando outras características desejáveis. 
Os aços são especialmente adequados para o tratamento térmico, uma vez que:
 � respondem satisfatoriamente aos tratamentos, em termos das caracte-
rísticas desejadas;
 � seu uso comercial supera o de todos os demais materiais.
Uma mola espiral necessita ser tratada termicamente para ser utilizada em sistema de 
suspensão de um veículo, pois, ao ser comprimida na passagem em uma lombada (por 
exemplo), acumula energia e amortece o movimento da roda. O tratamento térmico 
permite que a mola sofra deformação elástica sem perder sua forma geométrica original.
Constituintes do aço
Porém, antes de realizar o tratamento térmico, é fundamental identificar os 
constituintes do aço e como este muda sua estrutura quando submetido ao 
tratamento térmico (tanto aquecimento como resfriamento). De acordo com 
Smith e Hashemi (2012), o diagrama Fe-Fe3C apresenta as seguintes fases sólidas: 
 � Ferrita-α: é uma solução sólida intersticial de carbono na rede cristalina 
do ferro CCC. O carbono é muito pouco solúvel na ferrita-α, atingindo a 
solubilidade máxima de 0,02% à temperatura de 723 °C. A solubilidade 
do carbono na ferrita-α diminui, chegando a 0,005% a 0 °C.
Tratamentos térmicos2
 � Austenita (γ): solução sólida intersticial de carbono no ferro-γ. A auste-
nita tem estrutura cristalina CFC e dissolve muito mais carbono do que 
a ferrita-α. A solubilidade do carbono na austenita atinge um máximo 
de 2,08% a 1.148 °C e diminui, chegando a 0,8% a 723 °C.
 � Cementita (Fe3C): composto intermetálico Fe3C (carboneto de ferro), 
apresenta limites de solubilidade desprezíveis e possui uma composição 
de 6,67% C e 93,3% Fe. A cementita se caracteriza por ser um composto 
duro e frágil.
 � Ferrita-δ: solução sólida intersticial de carbono no ferro CCC. Tal 
como a ferrita-α, tem estrutura cristalina CCC, muito embora tenha 
um parâmetro de rede superior. A solubilidade máxima do carbono na 
ferrita-δ é 0,09% a 1.465 °C.
Para entender melhor a transformação destas fases, veja a Figura 1.
Figura 1. Diagrama de fase ferro-carboneto de ferro.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
3Tratamentos térmicos
Ainda de acordo com Smith e Hashemi (2012), no caso de que uma amostra 
de um aço-carbono, com 0,8% (eutetoide), seja aquecida a 750 °C e mantida 
a essa temperatura por tempo suficiente, a sua estrutura será ́ transformada 
em austenita homogênea, o que recebe o nome de austenitização. Se o aço 
eutetoide sofrer um lento resfriamento, a uma temperatura algo acima da 
eutetoide, a sua estrutura permanecerá austenítica, como pode ser observado 
no ponto “a” da Figura 2. O resfriamento posterior até a temperatura eutetoide, 
ou a uma temperatura ligeiramente inferior, vai provocar a transformação de 
toda a austenita em uma estrutura lamelar com placas alternadas de ferrita-α 
e cementita (Fe3C). Imediatamente abaixo da temperatura eutetoide, no ponto 
“b” da Figura 2, vai aparecer a estrutura lamelar. Esta estrutura eutetoide 
recebe o nome de perlita.
Figura 2. Transformação de um aço eutetoide (0,8% C) em resfriamento lento.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Tratamentos térmicos4
Bainita: é o constituinte que se obtém na transformação isotérmica da austenita quando 
a temperatura do banho de resfriamento é de 250 a 500 °C. Apresenta dois tipos de 
estrutura: a bainita superior de aspecto arborescente formada a uma temperatura 
entre 500 e 580 °C, composta por uma matriz ferrítica contendo carbonetos, e a 
bainita inferior que, formada a uma temperatura entre 250 e 400°C, tem um aspecto 
similar ao da martensita e é constituída por agulhas alargadas de ferrita que contêm 
placas finas de carboneto.
Callister e Rethwisch (2013) descrevem que as diferentes propriedades 
dos aços podem ser obtidas por meio da variação do modo como eles são 
aquecidos e resfriados. Quando ocorre o resfriamento muito rápido de uma 
chapa de ferro-aço, tem-se a formação de martensita. Ou seja, se uma amostra 
de um aço-carbono austenitizada for resfriada rapidamente até a temperatura 
ambiente por meio de imersão em água, a sua estrutura vai passar de austenita 
para martensita.
A microestrutura apresentada pela martensita nos aços-carbono depende 
do teor de carbono dos aços. Se o aço contiver teores inferiores a 0,6% C, 
a martensita é formada por domínios de agulhas de orientações diferentes, 
mas vizinhas dentro de um mesmo domínio. Quando o teor em carbono das 
martensitas Fe-C aumenta para valores superiores a 0,6% C, começa a se 
formar outro tipo de martensita, chamada martensita em placas. Acima de 
cerca de 1% C, a estrutura das ligas Fe-C consiste inteiramente de martensita 
em placas, conforme pode-se verificar na Figura 3.
5Tratamentos térmicos
Figura 3. Efeito do teor de carbono na temperatura de início de transformação em 
martensita para as ligas ferro-carbono.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Para entender melhor o que acontece com a microestrutura de uma chapa ferro-aço 
quando esta é resfriada, observe a Figura 4.
 
Figura 4. Microestrutura de um aço hipoeutetóide em função de sua velocidade de res-
friamento a partir do campo austenítico.
Fonte: Adaptada de Callister e Rethwisch (2013).
Tratamentos térmicos6
De acordo com Smith e Hashemi (2012) e Callister e Rethwisch (2013), 
a dureza e a resistência mecânica das martensitas Fe-C estão diretamente 
relacionadas ao seu teor em carbono e aumentam conforme o teor vai aumen-
tando. No entanto, a ductilidade e a tenacidade diminuem com o aumento da 
quantidade de carbono, motivo pelo qual muitos dos aços-carbono martensíticos 
são revenidos. Otratamento de revenimento consiste em aquecer e manter o 
material por um determinado período de tempo a temperaturas abaixo da tem-
peratura de transformação, que é de 723 °C. O motivo pelo qual as martensitas 
Fe-C de baixo teor de carbono apresentam resistência mecânica elevada está 
relacionado à ̀ alta concentração de discordâncias que se formam (martensita 
em agulhas) e ao endurecimento por solução sólida intersticial, resultante da 
presença dos átomos de carbono. Já nas martensitas com maiores teores de 
carbono, a solução sólida intersticial se torna mais importante com relação 
ao aumento de dureza, devido à distorção gerada na rede do ferro, que passa 
de cúbica (CCC) para tetragonal.
Tratamentos isotérmicos e resfriamento 
contínuo – alterações microestruturais
Até agora estávamos estudando as reações de decomposição da austenita 
de aços-carbono eutetoides em condições tanto de resfriamento muito lento 
quanto de resfriamento rápido. Neste capítulo, serão estudados os produtos 
de reação que se formam quando a austenita dos aços eutetoides é resfriada 
rapidamente, em temperaturas abaixo da temperatura considerada eutetoide, 
e depois transformada isotermicamente (ou seja, com temperatura constante). 
Decomposição isotérmica da austenita
Quando os aços são resfriados com velocidades intermediárias, outras mi-
croestruturas se formam. Para descrever o que exatamente ocorre durante 
o resfriamento dos aços submetidos a tratamentos isotérmicos, utiliza-se as 
curvas TTT (Temperatura, Tempo, Transformação), diagramas que relacionam 
as temperaturas e os tempos de início e fim de transformação. 
7Tratamentos térmicos
Tratamentos isotérmicos: operação ou conjunto de operações realizadas na peça 
no estado sólido que compreendem aquecimento, permanência em determinada 
temperatura e posterior resfriamento, em condições controladas, realizados com a 
finalidade de dar ao material determinadas características devido às alterações nas 
suas propriedades.
Para estudar as alterações na microestrutura que ocorrem na decomposição 
da austenita, realizam-se experiências de transformação isotérmica, usando 
um determinado número de amostras de pequenas dimensões. De acordo com 
Smith e Hashemi (2012), as amostras são inicialmente austenitizadas num 
forno a uma temperatura superior à temperatura eutetoide e, posteriormente, 
são resfriadas rapidamente e em um banho de sais fundidos à temperatura 
pretendida. Após terem permanecido por diferentes períodos de duração 
no banho de sais, as amostras são removidas do banho, uma de cada vez, e 
mergulhadas em água (temperada) à temperatura ambiente. Após o intervalo 
de tempo de transformação, a microestrutura é examinada em temperatura 
ambiente. Este procedimento é apresentado na Figura 5.
Figura 5. Procedimento experimental para determinação das alterações na 
microestrutura que ocorrem durante a transformação da austenita de um 
aço-carbono eutetoide.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Tratamentos térmicos8
Neste capítulo, são exemplificadas as alterações na microestrutura que 
ocorrem na transformação isotérmica de um aço-carbono eutetoide a 705 
°C. Depois de serem austenitizadas, as amostras são temperadas “a quente” 
num banho de sais a 705 °C. Passados aproximadamente seis minutos, forma-se 
perlita grosseira em pequena quantidade. Após 67 minutos de permanência, a 
austenita se transforma completamente em perlita grosseira (Figura 6).
Figura 6. Experiências efetuadas para determinação das alterações na microestrutura 
durante a transformação isotérmica de um aço-carbono a 705 °C.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Desta forma, para as experiências efetuadas para determinação das altera-
ções na microestrutura durante a transformação isotérmica de um aço-carbono 
a 705 °C, conclui-se o seguinte:
 � que a transformação isotérmica dos aços eutetoides a temperaturas 
entre 723 °C e aproximadamente 550 °C dá origem à formação de 
microestruturas perlíticas; 
 � com a diminuição da temperatura, a perlita passa de grosseira a fina;
 � o arrefecimento rápido (têmpera) de um aço eutetoide até a temperatura 
ambiente, partindo de temperaturas acima de 723 °C, dá ́ origem à ̀ 
transformação da austenita em martensita;
 � se os aços eutetoides na fase austenítica forem resfriados até uma faixa 
de temperaturas entre 550 e 250 °C, e forem mantidos nessa temperatura 
por um certo tempo (transformação isotérmica), forma-se, então, uma 
estrutura intermediária entre a perlita e a martensita, que se chama bainita.
9Tratamentos térmicos
Bainita: esse composto nas ligas Fe-C pode ser definido como um produto de decom-
posição da austenita que gera um composto intermediário entre a perlita e a martensita.
Resfriamento contínuo para aços-carbono eutetoides
Smith e Hashemi (2012) ressaltam que, na maior parte dos tratamentos térmicos 
industriais, um aço não é transformado isotermicamente a uma tempera-
tura acima da temperatura de início de transformação martensítica, mas sim 
resfriado continuamente desde a temperatura austenítica até a temperatura 
ambiente. 
Durante o resfriamento contínuo de um aço-carbono, a transformação da 
austenita em perlita ocorre em um intervalo de temperaturas em vez de a uma 
única temperatura. Como resultado, a microestrutura final após o resfriamento 
contínuo é complexa, pois a cinética de reação vai variando no intervalo de 
temperaturas em que a transformação ocorre.
Resfriamento: este é o fator mais importante, pois irá determinar a estrutura e, em con-
sequência, as propriedades finais dos aços. Pela variação da velocidade de resfriamento 
pode-se obter desde a perlita grosseira de baixa resistência mecânica e baixa dureza 
até a martensita, que é o constituinte mais duro resultante dos tratamentos térmicos.
Diferentes tipos de tratamentos térmicos
De acordo com Callister (2014), os tratamentos térmicos usuais dos aços são: 
recozimento, normalização, têmpera, revenimento, martêmpera e austêmpera.
O recozimento refere-se a um tratamento térmico no qual um material é 
exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo longo e, a seguir, 
é lentamente resfriado. Ordinariamente, o recozimento é realizado para: aliviar 
tensões; aumentar a maciez, ductilidade e tenacidade; produzir uma microes-
trutura específica. Uma variedade de tratamentos térmicos de recozimento é 
possível, sendo que estes são caracterizados pelas mudanças que são induzi-
Tratamentos térmicos10
das, que muitas vezes são microestruturais e responsáveis pela alteração das 
propriedades mecânicas. O processo de recozimento consiste em três estágios: 
aquecimento até a desejada temperatura; manutenção da temperatura para que 
todo o volume de material se transforme em austenita, e resfriamento lento até 
a temperatura ambiente, geralmente realizado dentro do próprio forno. 
De modo geral, o recozimento abrange os seguintes tratamentos térmicos:
 � recozimento total ou pleno;
 � recozimento isotérmico ou cíclico;
 � recozimento para alívio de tensões;
 � recozimento em caixa.
A normalização do aço ocorre quando se deseja refinar o grão do mate-
rial. O aço com grãos grandes tende a apresentar maior heterogeneidade de 
propriedades e maior fragilidade. Ou seja, o refino dos grãos garante maior 
homogeneidade de propriedades e maior tenacidade. O tratamento térmico 
de normalização consiste no aquecimento do aço até 60 ºC acima do limite 
superior da zona crítica, sendo que em seguida é retirado do forno e deixado 
para resfriar ao ar livre. A estrutura resultante é formada de pequenos grãos 
de ferrita e perlita fina (TSCHIPTSCHIN, 2012). 
O tratamento térmico por normalização é mais barato que o recozimento, pois a peça 
é retirada do forno após austenitização, portanto não é necessário esperar o forno 
resfriar completamente para retirar a peça, como no caso do recozimento pleno. A 
normalização é ainda usada como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, 
justamente para produzir estrutura mais uniforme do quea obtida por determinados 
processos de fabricação.
A influência da composição da liga sobre a capacidade de um aço para se 
transformar em martensita através de um particular tratamento de têmpera 
está relacionada a um parâmetro denominado temperabilidade. O tratamento 
por têmpera consiste no aquecimento até uma temperatura acima de 50 ºC 
acima da temperatura crítica, sendo que em seguida é resfriada bruscamente 
em água, óleo ou meios de têmpera de composição química especial. O ob-
jetivo principal da têmpera é obter martensita na estrutura do aço, o qual é 
11Tratamentos térmicos
um microconstituinte muito duro e frágil. Desta forma, é fundamental que 
as peças sejam resfriadas rapidamente, a fim de evitar a formação de ferrita, 
perlita, bainita, os quais são microconstituintes mais moles que a martensita 
(TSCHIPTSCHIN, 2012; CALLISTER, 2014). 
Quando ocorre o resfriamento brusco do aço (passando o mesmo de uma temperatura 
de 850 a 900 ºC para a temperatura ambiente), ocorre choque térmico. Com isto, pode 
haver a formação de distorções e trincas na peça, denominadas de trincas de têmpera.
O revenimento é feito no aço após a têmpera para reduzir as tensões internas e 
diminuir a chance de trincas, pois deixa a peça menos frágil. Com algumas exce-
ções, normalmente as peças temperadas são sempre revenidas, visando diminuir a 
fragilidade e aumentar a tenacidade. Essa redução de fragilidade irá resultar numa 
pequena diminuição de dureza, a qual é controlada através da escolha adequada 
de temperatura e do tempo de revenimento. Caso a escolha desses parâmetros 
não seja correta, a peça pode ficar fragilizada. A normalização pode ser usada 
como tratamento preliminar à têmpera e ao revenido, justamente para produzir 
estrutura mais uniforme do que a obtida por uma etapa de fabricação anterior.
Figura 7. Redução de dureza de diferentes estruturas marten-
síticas em função da temperatura de revenimento.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Tratamentos térmicos12
A martêmpera consiste na austenitização do aço a temperaturas usuais, 
seguido de uma têmpera em óleo aquecido ou em banho de sais. Este trata-
mento é usado principalmente para diminuir a distorção ou o empenamento 
produzido durante o resfriamento rápido de peças de aço. Compreende a 
seguinte sequência de operações: 
1. Aquecimento a uma temperatura dentro da faixa de austenitização. 
2. Resfriamento em óleo quente ou sal fundido mantido a uma tempera-
tura correspondente à parte superior (ou ligeiramente acima) da faixa 
martensítica. 
3. Manutenção no meio de resfriamento até que a temperatura, através 
de toda a seção do aço, torne-se uniforme.
4. Resfriamento (geralmente no ar) a velocidade moderada, de modo a 
prevenir qualquer grande diferença de temperatura entre a parte externa 
e a parte interna da seção. 
Tem-se, assim, formação da martensita de modo bastante uniforme através 
de toda seção da peça, durante o resfriamento até a temperatura ambiente, 
evitando-se, em consequência, a formação de excessiva quantidade de tensões 
residuais.
Callister (2014) ressalta que a austêmpera tem substituído, em diversas 
aplicações, a têmpera e o revenimento. O constituinte que se origina na austêm-
pera, pelo esfriamento da austenita a uma temperatura constante, é a bainita. 
Como nesse tratamento evita-se a formação direta da martensita, eliminam-se 
os inconvenientes que essa estrutura apresenta quando obtida pela têmpera 
direta e que são somente eliminados pelo revenimento posterior. O aço é 
austemperado mediante a seguinte sequência de operações e transformações:
1. Aquecimento a uma temperatura dentro da faixa de austenitização - 
geralmente de 785 a 870 ºC; 
2. Resfriamento em um banho mantido a uma temperatura constante, 
geralmente entre 260 e 400 ºC; 
3. Permanência no banho a essa temperatura, para ter-se, isotermicamente, 
a transformação da austenita em bainita; 
4. Resfriamento até a temperatura ambiente, geralmente em ar tranquilo. 
As estruturas bainíticas obtidas na austêmpera se caracterizam pela exce-
lente ductilidade e resistência ao choque, com durezas elevadas.
13Tratamentos térmicos
Ensaio Jominy
Um procedimento padrão que é largamente empregado para determinar tem-
perabilidade de ligas é o Teste Jominy de têmpera da extremidade de um corpo 
de prova padronizado. Com este procedimento, exceto para composição da liga, 
todos os fatores que podem influenciar a profundidade até onde uma peça se 
endurece são mantidos constantes. Ou seja, o ensaio Jominy, em metalurgia, é 
designado para avaliar a temperabilidade de um aço, ou seja, a capacidade de 
se obter martensita por tratamento térmico de têmpera. Os seguintes passos 
devem ser seguidos neste ensaio:
 � Preparação de corpo de prova padrão com 25 mm de diâmetro e 100 mm 
de comprimento;
 � Aquecimento até a temperatura de austenitização dentro de forno;
 � Colocação do corpo de prova no aparato Jominy;
 � Resfriamento de uma das extremidades do corpo de prova com água 
em borrifo;
 � Retirada do corpo de prova do aparato e medição da dureza ao longo 
do comprimento.
A Figura 8 apresenta uma ilustração do dispositivo de têmpera do ensaio 
Jominy.
Figura 8. Dispositivo de têmpera do ensaio Jominy.
Fonte: Callister (2014).
Tratamentos térmicos14
O ensaio Jominy deve seguir a Norma ASTM A255.
Para saber como este ensaio funciona na prática, assista 
ao vídeo no link ou código a seguir:
https://goo.gl/zQ2JPx 
CALLISTER, W. D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem 
integrada. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. 
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução.8. 
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos materiais. 5. ed. 
Porto Alegre: AMGH, 2012. 
SPECTRU INSTRUMENTAL CIENTÍFICO LTDA. Tratamentos térmicos dos aços: recozi-
mento, normalização, têmpera e revenido. Rio de Janeiro: SPECTRU, 2017. Disponível 
em: <http://www.spectru.com.br/Metalurgia/diversos/tratamento.pdf>. Acesso em: 
08 set. 2017.
TSCHIPTSCHIN, A. P. Tratamento térmico de aços. São Paulo: EPUSP, 2012. Disponível em: 
<http://www.pmt.usp.br/pmt2402/TRATAMENTO%20T%C3%89RMICO%20DE%20
A%C3%87OS.pdf>. Acesso em: 08 set. 2017.
Leitura recomendada
LOPES, J. T. B. Materiais de Construção Mecânica: materiais ferrosos. Belém: ITEC/UFPA, 
2011. Disponível em: <https://jorgeteofilo.files.wordpress.com/2011/03/mcm-apostila-
-capitulo03.pdf>. Acesso em: 31 ago. 2017.
15Tratamentos térmicos