Slides de Aula II

Prévia do material em texto

Prof. Barbieri
Ciência dos Materiais
UNIDADE II
 Resfriamento no equilíbrio (inércia térmica) Diagrama de fase
(Lento)
 Resfriamento fora do equilíbrio (rápido) Diagrama TTT
Resfriamento fora do equilíbrio 
 Ocorrência de fase em 
temperaturas diferentes que não 
existe no diagrama de equilíbrio e 
somente no diagrama TTT. 
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 172,211
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 220
Transformações
AUSTENITA
Ferro 
(configuração CFC)
Martensita
(fase tetragonal)
Bainita
( + Fe3C)
Perlita
( + Fe3C) + a
fase proeutetoide
Resfriamento
Rápido (têmpera)
Resfriamento
Moderado
Resfriamento
Lento
Reaquecimento
Martensita Revenida
 + Fe3C (cementita)
Ferrita
ou Cementita
bainita
tempo (escala log)
perlita
martensita
Mf
Mf
Af
ºC
L (líquido)
 Curva TTT Transformação, Tempo e Temperatura (fora do equilíbrio);
 Cada curva T.T.T. é específica para determinado aço de composição conhecida;
 Nas ordenadas temos as temperaturas de aquecimento;
 Região da austenita ( - C.F.C.) é a estrutura de partida dos tratamentos térmicos;
 Nas abscissas correspondem os tempos decorridos para a transformação da austenita em 
outras estruturas em escala logarítmica.
Diagrama TTT: Definição
Fonte: Autoria própria, 2019
T1
T2
T3
T4
T5T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 e
m
 º
C
Tempo
 Evolução da transformação pode ser representada por uma família de curvas, que indicam o 
percentual de transformação ao longo do tempo:
uma representa o tempo necessário a cada temperatura para o começo da 
transformação, e a outra curva, a conclusão da transformação.
Diagrama TTT: Definição
Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 228
100%50%1%
% de transformação
Tempo, T (escala logarítmica)
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 T
 (
ºC
)
TMP
 A cinética das transformações de fase influencia diretamente a microestrutura e as 
propriedades mecânicas do material;
As taxas de arrefecimento (resfriamento) obedecem à equação de Arrhenius:
 Associa as estruturas formadas no aço em questão em função da velocidade de resfriamento 
(considera o efeito cinético, a variável tempo).
 Voltam as estruturas indicadas no diagrama de equilíbrio sempre que as taxas de 
resfriamento forem lentas.
Diagrama TTT: Cinética das transformações
Fonte: FELTRE, 2005, p. 136
 A curva em forma de “s” (675 ºC) na parte superior da figura abaixo ilustra como é feita a 
transformação dos dados.
Diagrama TTT: Cinética das transformações
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 206
Temperatura da
transformação
675 ºC Final da
transformação
Início da
transformação%
 a
u
s
te
n
it
a
tr
a
n
s
fo
rm
a
d
a
 e
m
 p
e
rl
it
a
Temperatura eutetoideAustenita estável
Austenita instável
Perlita
Curva 50% perlita
Curva de final (100% perlita)
Curva de início de transformação
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºF
)
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
 (
ºC
)
Tempo (s)
100
50
0
1 10 102 103 104 105
700
600
500
400
1400
1200
1000
800
 Microestruturas que um diagrama TTT possui em função da temperatura e do Tempo (escala 
logarítmica).
Diagrama TTT: Microestruturas
Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 229
Perlita grossa
Perlita fina
Bainita superior
Bainita inferior
Martensita
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Ac1
Ms
1 2 5 10 20 50 100 200 500 103 104 105
Tempo em segundos
1 mim 2 mim 15 mim 1 h 2 h 4 h 8 h 24 h
 Os principais tipos de tratamentos térmicos aplicados em ligas ferrosas podem ser divididos 
em duas classes: os de resfriamento contínuos e os isotérmicos;
 Resfriamentos contínuos ocorrem sem mudanças abruptas na taxa de resfriamentos, ou 
seja, a redução de temperatura acontece de modo contínuo (mais severos);
 Resfriamentos isotérmicos apresentam um ou mais patamares de temperatura durante o 
resfriamento (menos severos).
Diagrama TTT: Curvas – Contínuo e Isotérmico
Fonte: Autoria própria, 2019
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
Tempo
Resfriamento contínuo
Tratamento isotérmico
 Transformação isotérmica 620 °C (linha ABCD) para uma liga de ferro-carbono com 
composição eutetoide. 
 Após 0,5 segundo (ponto A), há o início 
da decomposição da austenita e 
transformação completa da austenita 
em perlita após 10 segundos (ponto D).
Diagrama TTT: Microestruturas
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 207
 Diagrama de aço ferro-carbono típico eutetoide, em que os únicos microconstituintes de 
transformação na região horizontal são perlita, bainita e martensita.
Diagrama TTT: eutetoide
Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 231
 Diagrama de aço ferro-carbono típica hipoeutetoide, cujos microconstituintes de 
transformação na região horizontal são perlita, bainita e martensita, além da presença da 
ferrita primária.
Diagrama TTT: hipoeutetoide
Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 234
 Diagrama de aço ferro-carbono típico hipereutetoide, cujos microconstituintes de 
transformação na região horizontal são perlita, bainita e martensita, além da presença da 
cementita.
Diagrama TTT: hipereutetoide
Fonte: SHACKELFORD, 2008, p. 233
Especifique a natureza da microestrutura final de uma pequena amostra que foi submetida aos 
seguintes tratamentos tempo-temperatura. Suponha que a amostra se encontra inicialmente a 
uma temperatura de 800 ºC e que ela tenha sido mantida a essa temperatura por tempo 
suficiente para que atingisse uma completa e 
homogênea temperatura austenítica:
Diagrama TTT: Aplicação
Resfriamento rápido até 300 ºC de 1s, 
manutenção dessa temperatura por 104 s 
(isotérmico), seguido por um resfriamento 
lento por 105 s até temperatura ambiente.
Bainita inferior 100% 
Resfriamento rápido até 680 0C, 
manutenção dessa temperatura por 104 s 
(isotérmico), seguido por um resfriamento 
lento por 105 s até temperatura ambiente.
Perlita grossa 100% 
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 213
 Composição química: em geral, com o aumento do teor de carbono, a curva desloca-se 
para a direita.
Dois diagramas com teores de carbono diferentes: 
 Aço (A) sendo de um diagrama hipoeutetoide com 0,63% de carbono e 
 Aço (B) hipereutetoide com 0,89% de carbono.
Diagrama TTT: Fatores que influenciam as curvas TTT
Fonte: CHIAVERINI, 1982, p. 54
A B
 Composição química: Quanto maior o teor e o número dos elementos de liga, mais 
numerosas e complexas são as reações. 
A figura mostra a diferença de complexidade das linhas de transformações entre:
 um aço-carbono comum (A) e 
 um aço-carbono-liga (B).
 Formação de dois joelhos para o diagrama de aço-liga AISI 4340 (B) tornando mais 
complexas as linhas com relação 
ao digrama do aço-carbono 
comum (A).
Diagrama TTT: Fatores que influenciam as curvas TTT
Fonte: 
CHIAVERINI, 
1982, p. 55
A B
Aço-liga AISI 4340 (1,79% Ni, 0,80% Cr,
0,78% Mn, 0,33% Mo, 0,40% C),
Aço-carbono comum (0,91% Mn e
0,50% C).
Tamanho de grão da austenita:
 Quanto maior o tamanho de grão, mais demorada será a transformação total da austenita, 
deslocando a curva para a direita;
 As transformações iniciam-se nos contornos do grão.
Homogeneidade do grão austenítico:
 Quanto mais homogênea a austenita (sem partículas de carboneto, impurezas etc.), 
mais à direita se deslocam as curvas TTT, facilitando a têmpera. 
 Em geral, quanto mais alta a temperatura de aquecimento 
e quanto maior o tempo de permanência, mais homogênea 
a austenita;
Diagrama TTT: Fatores que influenciam as curvas TTT
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 305
Ao analisar uma curva TTT (tempo – temperatura – transição) é possível observar que:
a) Acima da temperatura eutetoide (727 ºC) ocorre a presença de cementita reticulada.
b) Logo abaixo da temperatura eutetoide há a ocorrência de austenita estável para qualquer
intervalo de tempo.
c) Logo abaixo da temperatura eutetoide, a taxa de transformação é extremamente rápida.
d) A temperatura de processamento irá definir o início e o fim da transformação.
e) Independentemente da temperatura de transformação sempre haverá a formação
de perlita.
Interatividade
Ao analisar uma curva TTT (tempo – temperatura– transição) é possível observar que:
a) Acima da temperatura eutetoide (727 ºC) ocorre a presença de cementita reticulada.
b) Logo abaixo da temperatura eutetoide há a ocorrência de austenita estável para qualquer
intervalo de tempo.
c) Logo abaixo da temperatura eutetoide, a taxa de transformação é extremamente rápida.
d) A temperatura de processamento irá definir o início e o fim da transformação.
e) Independentemente da temperatura de transformação sempre haverá a formação
de perlita.
Resposta
 São aquecimentos ou resfriamentos controlados dos metais feitos com a finalidade de 
alterar as microestruturas, modificando suas propriedades físicas e mecânicas, sem mudar 
a forma do produto final.
 Os tratamentos térmicos podem alterar as microestruturas sem modificar a composição 
química e, como consequência, as propriedades mecânicas, elétricas e químicas 
das ligas metálicas.
 São executados por alteração da velocidade 
de resfriamento, da temperatura de aquecimento 
ou da temperatura a que são resfriados.
Tratamentos Térmicos: Definição
Fonte: Autoria própria, 2019
Os principais objetivos dos tratamentos térmicos são:
 Remoção de tensões internas;
 Aumento ou diminuição da dureza;
 Aumento da resistência mecânica;
 Melhora da ductilidade, usinabilidade e tenacidade;
 Melhora da resistência ao desgaste, resistência ao calor;
 Melhora da resistência à corrosão;
 Melhora das propriedades elétricas e magnéticas.
Tratamentos Térmicos: Objetivos
 Temperatura de austenitização:
 O aquecimento é feito acima da linha crítica (A1 no diagrama de fases Fe-Fe3C);
 A austenita é geralmente o ponto de partida para as transformações posteriores desejadas;
 Aços hipoeutetoides: 50 °C acima da linha A3 no diagrama de fases Fe-Fe3C. 
 Aços eutetoides e hipereutetoides: temperatura inferior à linha Acm e acima da A1
do diagrama. 
Tratamentos Térmicos: Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 305 Fonte: SMITH, 2015, p. 280
Tempo de permanência dentro do forno:
Quanto maior o tempo na temperatura de austenitização:
 maior a segurança da completa dissolução das fases na austenita (bom), porém:
 maior será o tamanho de grão da austenita (ruim);
 tempos longos facilitam a oxidação e a descarbonetação (ruim);
 tempos curtos material não austenitiza completamente (ruim). 
Aproximação:
 Tempo em minutos ~ 1,5 x espessura da amostra 
em milímetros.
 O tempo de tratamento térmico depende das dimensões 
da peça.
Tratamentos Térmicos: Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Resfriamento e taxa de resfriamento:
 O resfriamento é um dos métodos mais importantes porque é ele que efetivamente determinará 
a microestrutura, além da composição do aço (teor de Carbono e elementos de liga);
 Taxa de resfriamento (ºC/tempo) determina as propriedades finais do material e está ligada à 
escolha do meio de resfriamento. 
É um compromisso entre:
 Obtenção das características finais desejadas 
 Não desenvolver fissuras / trincas
 Mínimo empenamento
 Mínima geração de concentração de tensões
Meios de Resfriamento (Cada meio de resfriamento possui 
uma taxa):
 Ambiente do forno (+ brando)
 Ar
 Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb)
 Óleo
 Água
 Soluções aquosas de NaCl (+ severos)
Tratamentos Térmicos: Fatores de Influência nos Tratamentos Térmicos
Os principais tratamentos térmicos estão elencados a seguir:
 Recozimento: diminuição da dureza, ajuste do tamanho de grão;
 Normalização: diminuição da dureza e do tamanho de grão;
 Têmpera: obtenção de martensita e maior dureza;
 Revenido: diminuição da fragilidade da martensita;
 Esferoidização: obtenção de carbonetos esferoidizados;
 Austêmpera: obtenção da bainita;
 Martêmpera: obtenção de martensita, 
reduzindo tensões.
Tratamentos Térmicos: Principais tipos 
Fonte: Autoria própria, 2019
Objetivos:
 Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos;
 Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade;
 Alterar as propriedades mecânicas como 
a resistência e ductilidade;
 Ajustar o tamanho de grão e produzir 
uma microestrutura definida.
Constituintes Estruturais resultantes:
 Hipoeutetoide: ferrita + perlita grosseira
 Eutetoide: perlita grosseira
 Hipereutetoide: cementita + perlita grosseira
Tratamentos Térmicos: Recozimento pleno ou supercrítico
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 259
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
Aços hipoeutetoides: 50 °C acima da linha A3 no diagrama 
Fe-C. Aços eutetoides e hipereutetoides: temperatura 
inferior à linha Acm e acima da A1 do diagrama.
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura; 
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento:
lento, no interior do forno desligado (velocidade de ~50ºC 
por hora - taxa de resfriamento).
A3
HIPEREUTENOIDES
HIPOEUTENOIDES
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
TEMPO
A1
Objetivos:
 Ideal para recuperar a ductilidade de aço trabalhado a frio (encruado);
 Principais transformações são a recuperação e a recristalização;
 Aplicado para reduzir tensões residuais pós-soldagem 
ou pós-trabalho a frio.
Constituintes Estruturais resultantes:
 Hipoeutetoide: ferrita + perlita fina
 Eutetoide: perlita fina
 Hipereutetoide: cementita + perlita fina
Tratamentos Térmicos: Recozimento, alívio de tensão ou subcrítico 
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 215
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
entre 500 ºC e 650 ºC (Não deve ocorrer nenhuma 
transformação de fase)
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento:
Resfriamento ao ar (Deve-se evitar velocidades muito altas 
devido ao risco de distorções).
A3
A1
TEMPO
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
 Objetivos:
 É um tratamento que visa produzir uma microestrutura esferoidal, constituída de pequenas 
partículas aproximadamente esféricas de cementita numa matriz de ferrita.
 Melhora a usinabilidade, especialmente dos aços alto carbono;
 Facilita a deformação a frio.
Constituintes Estruturais resultantes:
 Esferoidita: ferrita e cementita 
em forma de esferas.
Tratamentos Térmicos: Recozimento Esferoidização ou intercrítico 
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 261
Esferoidita: ferrita e cementita em forma de esferas)
perlita (ferrita e cementita em forma de lamelas)
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
entre de 500 ºC e 650 ºC ou resfriamentos alternados entre 
temperaturas que estão logo acima e logo abaixo da linha 
inferior de transformação.
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento: Resfriamento ao ar (lento).
Legenda:
TA – Taxa de Aquecimento
TR – Taxa de Resfriamento
Ti – Temperatura inicial
Tf – Temperatura final
Tp – Tempo de patamar
Objetivos:
 Refinar o grão; 
 Melhora resistência mecânica, ductilidade e tenacidade.
 Melhorar a uniformidade da microestrutura;
Constituintes Estruturais 
resultantes:
 Hipoeutetoide: ferrita + perlita fina
 Eutetoide: perlita fina
 Hipereutetoide: cementita + 
perlita fina
Tratamentos Térmicos: Normalização
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 269Fonte: COLPAERT, 2008, p. 269
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
Aços hipoeutetoides: 100 °C acima da linha A3 no 
diagrama Fe-C. Aços eutetoides e hipereutetoides: 
temperatura acima à linha Acm.
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento:
lento, ao ar (velocidade de ~100 ºC por hora - taxa 
de resfriamento).
A3
A1
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
TEMPO
NORMALIZAÇÃO
Aço 1045,
0,45% de C
Antes do Tratamento (zoom 250x) Depois do Tratamento
Objetivos: Obter estrutura martensítica que promove: Boas: Aumento na dureza, aumento na resistência à tração e aumento da resistência ao desgaste;
 Ruins: Redução na tenacidade, usinabilidade, ductilibilidade etc.
 Resfriamento (brusco): Fator mais importante que influenciará nas propriedades finais do material
 A têmpera gera tensões residuais: deve-se 
fazer revenido posteriormente;
 Resfriamento mais rápido possível.
Constituintes Estruturais resultantes:
 Martensita (estrutura tetragonal 
de corpo centrado)
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
Aços hipoeutetoides: 50 °C acima da linha A3 no diagrama 
Fe-C. Aços eutetoides e hipereutetoides: temperatura 
inferior à linha Acm e acima da A1 do diagrama.
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento: brusco. Fluidos (Água, salmoura, óleo, banho de sais)
Tratamentos Térmicos: Tempera 
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 301
Aço ABNT 1045 – Ferrita e perlita. 
Ampliação: 400 vezes
Aço ABNT 1045 – Martensita. 
Ampliação: 400 vezes
AUSTENITA
MARTENSITA
TRANSFORMAÇÃO
ALOTRÓPICA COM
AUMENTO DE VOLUME,
que leva à concentração
de tensões
Cúbico
de corpo
centrado
tetragonal
Objetivos: Obter estrutura martensita revenida:
 Consiste no tratamento térmico após a têmpera, a temperaturas inferiores às do ponto crítico;
 Minimizar os efeitos da tensão interna gerada na têmpera (altas durezas e alta fragilidade);
 Homogeneização da estrutura martensítica; 
 A temperatura pode ser escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas 
desejáveis no aço temperado 
Temperaturas mais altas : Maior os alívios das tensões geradas pela tempera. 
Temperaturas mais baixas : Menor os alívios das tensões geradas
pela tempera. 
Constituintes Estruturais resultantes:
 Martensita revenida.
Tratamentos Térmicos: Revenimento 
Fonte: CALLISTER, 2002, p. 219
cementita globulizada 
Fonte: SMITH, 2015, p. 280
Fatores de Influência:
Temperatura de austenitização: variam entre 175 °C a 650 ºC 
Tempo de permanência no forno: variam de 30 minutos até 4 horas 
Resfriamento: Lento, ao ar
micrografia eletrônica de uma martensita revenida
TEMPO
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A temperatura de revenimento
transformação
martensita martensita revenida
comportamento térmico – superfície da peça
comportamento térmico – centro da peça
Ms
Mf
 Objetivos: Obter estrutura bainítica (propriedades idênticas às da estruturas 
martensíticas revenidas);
 A peça poderá apresentar empenamento ou fissuras devido ao resfriamento não uniforme 
em função do aparecimento de tensões mecânicas não desejáveis (resfriamento brusco –
tempera convencional);
 É uma transformação isotérmica para a produção de uma 
estrutura bainítica, não é tão dura como a martensita, 
mas é mais tenaz.
Constituintes Estruturais resultantes:
 Bainita
Tratamentos Térmicos: Austêmpera 
Fonte: SMITH, 2015, p. 280
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
entre 785 a 8700 C
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento:
rápido em um banho de sal, óleo e chumbo, mantido a uma 
temperatura constante, geralmente entre 260 a 400 ºC.
Mf
Mf
transformação
bainita
tempo (escala log)
perlita
austenita
s
u
p
e
rf
íc
ie
c
e
n
tr
o
A
ºC
 Objetivos: Obter estrutura martensita revenida
 A peça poderá apresentar empenamento ou fissuras devido ao resfriamento não uniforme 
em função do aparecimento de tensões mecânicas não desejáveis (resfriamento brusco –
tempera convencional);
 É uma transformação isotérmica menos severa que a tempera convencional, na qual é feita uma 
manutenção (resfriamento) em sal fundido e posterior resfriamento rápido em água – essencial 
fazer um revenido posterior;
 Geralmente, os aços-liga apresentam melhores condições 
para serem martemperados do que os aço-carbono;
Constituintes Estruturais resultantes:
 Martensita revenida
Tratamentos Térmicos: Martêmpera 
Fonte: SMITH, 2015, p. 282
Fatores de Influência:
Temperatura 
de austenitização: 
entre 785 a 870 ºC
Tempo de permanência 
no forno:
Aços carbono: ~ 20 min. por centímetro de espessura;
Aços liga: ~ 30 min. por centímetro de espessura.
Resfriamento: rápido em um banho de sal e posterior em água 
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
superfície
centro
temperatura de revenimento
martensita revenida
TEMPO
martensita
transformação
Observando-se uma amostra de aço carbono ao microscópio metalúrgico notou-se a presença 
de ferrita e perlita grosseira (aço hipoeutetoide). Sem maiores informações pode-se dizer que 
o material foi submetido a um tratamento térmico de:
a) Têmpera em água.
b) Têmpera em óleo.
c) Recozimento pleno.
d) Revenido.
e) Esferoidização.
Interatividade
Observando-se uma amostra de aço carbono ao microscópio metalúrgico notou-se a presença 
de ferrita e perlita grosseira (aço hipoeutetoide). Sem maiores informações pode-se dizer que 
o material foi submetido a um tratamento térmico de:
a) Têmpera em água.
b) Têmpera em óleo.
c) Recozimento pleno.
d) Revenido.
e) Esferoidização.
Resposta
 São os tratamentos térmicos baseados em processos que, além de envolver calor, existe a 
adição de elementos químicos (carbono, nitrogênio e boro) na superfície do aço mantendo-
se um núcleo dúctil;
 Conjunto de operações realizadas no estado sólido, líquido e gasoso que compreendem 
modificações na composição química da superfície da peça por meio de difusão intersticial, 
em condições de temperatura e meio adequados;
 São métodos que envolvem a modificação da composição química da superfície e que 
necessitam de aquecimento para aumentar a difusão dos elementos na superfície da peça.
 A taxa de movimentação dos átomos está associada à temperatura do material através de 
uma equação de Arrhenius (exponencial).
Tratamentos Termoquímicos: Definição
Fonte: Autoria própria, 2019
Atuação: 
 Melhora as propriedades mecânicas; 
 Melhora a resistência ao desgaste de materiais sem afetar a ductilidade no seu interior;
 Propriedades químicas – corrosão e oxidação;
 Propriedades tribológicas – atrito e desgaste.
Aplicações:
 Situações em que se deseja superfície com elevada dureza, resistente ao desgaste, e núcleo 
tenaz capaz de resistir ao impacto quando em uso.
Tratamentos Termoquímicos: Atuação e aplicações
Fonte: Autoria própria, 2019
Engrenagens Mancais Eixos Lâminas
 Tratamento termoquímico que consiste em aumentar-se o teor de carbono na superfície por 
meio de difusão intersticial, mantendo-se um núcleo dúctil; 
 Consiste no aquecimento e manutenção do material a altas temperaturas, em atmosfera rica 
em carbono (meio sólido, líquido e gasoso), ocorrendo difusão do carbono da superfície para 
o interior da peça.
 Cementação é um tratamento térmico austenítico, em que o carbono é introduzido na 
fase  (austenita), e irá originar carboneto de ferro com o posterior resfriamento da 
peça (mudança na composição química);
 A difusão é feita pelo carbono por meio: Sólido, líquido 
e gasoso;
 Faixas de temperaturas em que ocorre: faixa da austenita, 
de 820 a 955 ºC;
 Encharque: 0,5 a 40 horas;
 Resfriamento: em geral, são resfriadas ao ar.
Tratamentos Termoquímicos: Cementação
Pode ser realizado em:
 Aços de baixo carbono (pode fazer tempera 
superficial posterior);
 Aços de baixa liga;
 Aços de média liga;
Fatores de tratamento em profundidade (alta):
 Temperatura (alta);
 Tempo (médio);
 Tipo do precursor (sólido, líquido e gasoso).
Tratamentos Termoquímicos: Cementação
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: CHIAVERINI, 1982, p. 118
Metodologia:
 Um reagente usual (precursores): carbonato de bário, Carvão vegetal e o coque;
 Faixa de temperaturas: 815 a 950 ºC 
 Tempo de encharque: 4 a 40 horas
 Aços utilizados: aço carbono de baixo teorde C 
e aço de baixa liga;
 Profundidade da camada: 0,6 a 6 mm
 Resfriamento: lento ao ar
Tratamentos Termoquímicos: Cementação sólida
Fonte: Autoria própria, 2019Fonte: Autoria própria, 2019
Metodologia: Na cementação líquida, as peças são imersas em um banho de sal fundido:
 Um reagente usual (precursores): Um dos sais mais usados é o cianeto de sódio (NaCN) 
e Na2CO3; 
 Faixa de temperaturas: 840 a 955 ºC;
 Tempo de encharque: 0,5 a 10 horas;
 Aços utilizados: aço carbono de baixo C 
e aço de baixa liga;
 Profundidade da camada: 0,08 a 3 mm;
 Resfriamento: lento ao ar.
Tratamentos Termoquímicos: Cementação líquida
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
Metodologia: Na cementação gasosa, as peças são imersas em um fluxo de gases:
 Um reagente usual (precursores): Gás naturas (CH4) Propano (C3H7) e monóxido 
de carbono (CO)
 Faixa de temperaturas: 870 a 955 ºC 
 Tempo de encharque: 2 a 24 horas
 Aços utilizados: aço carbono de baixo C 
e aço de baixa liga
 Profundidade da camada: 0,4 a 2 mm
 Resfriamento: lento ao ar
Tratamentos Termoquímicos: Cementação gasosa
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
 Tratamento termoquímico que consiste em aumentar-se o teor de nitrogênio na 
fase  (ferrita) em temperatura entre 500 – 700 ºC;
 Consequentemente, não ocorre mudança de fase quando o aço é resfriado até a 
temperatura ambiente;
 O objetivo consiste em aumentar a dureza e a resistência ao desgaste mantendo o núcleo 
dúctil e tenaz;
 Não é necessária a têmpera (aço já pode estar temperado e revenido);
 Alta dureza superficial com aumento da resistência ao desgaste 
e com pouco risco de descamação;
 Elevada estabilidade dimensional (sem risco de empenamento).
Tratamentos Termoquímicos: Nitretação
Pode ser realizado em grande variedade de aços como:
 Aço carbono;
 Aço inox e Aço ferramenta;
 Aço liga (baixo e médio).
Fatores de tratamento em profundidade (baixa):
 Temperatura (baixa);
 Tempo (alto);
 Tipo do precursor (líquido e gasoso).
Tratamentos Termoquímicos: Nitretação
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
Metodologia: Neste método, nitrogênio é difundido na camada superficial em temperaturas 
abaixo da formação da austenita:
 Um reagente usual (precursores): amônia (NH3), nitrogênio (N2);
 Faixa de temperaturas: 500 a 600 ºC;
 Aços utilizados: aço inox, aço de baixa liga ao alumínio 
e cromo, aço ferramenta da série H;
 Tempo de encharque: 10 a 80 horas;
 Profundidade da camada: 0,2 a 0,7 mm;
 Resfriamento: lento ao ar;
Tratamentos Termoquímicos: Nitretação gasosa
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
Metodologia: Neste método, nitrogênio é difundido na camada superficial em temperaturas 
abaixo da formação da austenita:
 Um reagente usual (precursores): amônia (NH3), nitrogênio (N2);
 Faixa de temperaturas: 500 a 600 ºC;
 Aços utilizados: aço inox, aço de baixa liga ao alumínio 
e cromo, aço ferramenta da série H;
 Tempo de encharque: 10 a 80 horas;
 Profundidade da camada: 0,2 a 0,7 mm;
 Resfriamento: lento ao ar;
Tratamentos Termoquímicos: Nitretação líquida
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
 Tratamento termoquímico que consiste em aumentar-se o teor de Boro na fase 
(ferrita) em temperatura entre 800 – 1050 ºC;
 Por difusão, forma boreto de ferro (Fe2B e FeB) com elevada dureza que proporciona às 
peças excelente resistência ao desgaste.
 O objetivo consiste em aumentar a dureza e a resistência ao desgaste mantendo o núcleo 
dúctil e tenaz;
Metodologia: Na boretação, as peças são imersas em um fluxo de gases:
 Um reagente usual (precursores): bórax (Na2B4O7.10H20, que é o fundente), óxido do metal 
formador de carboneto (B4C) e por seu redutor (V2O5);
 Faixa de temperaturas: 800 a 1050 ºC;
 Tempo de encharque: 1 a 8 horas;
 Profundidade da camada: 0,01 a 0,30 mm;
 Resfriamento: lento ao ar.
Tratamentos Termoquímicos: Boretação 
Pode ser realizado em:
 Aços carbono;
 Aços liga;
 Aços inox e ferramenta;
Fatores de tratamento em profundidade (baixa):
 Temperatura (alta);
 Tempo (baixo);
 Tipo do precursor (caro =>sólido, 
líquido e gasoso).
Tratamentos Termoquímicos: Boretação
Fonte: Autoria própria, 2019
Fonte: Autoria própria, 2019
O processo de tratamento termoquímico consiste na adição de um elemento químico na 
superfície da peça metálica, o qual provocará a modificação parcial da composição química 
da superfície. Qual é o tratamento termoquímico que é realizado pela difusão do carbono 
por via gasosa?
a) Cementação gasosa.
b) Cementação sólida.
c) Cementação líquida.
d) Nitretação gasosa.
e) Nitretação líquida.
Interatividade
O processo de tratamento termoquímico consiste na adição de um elemento químico na 
superfície da peça metálica, o qual provocará a modificação parcial da composição química 
da superfície. Qual é o tratamento termoquímico que é realizado pela difusão do carbono 
por via gasosa?
a) Cementação gasosa.
b) Cementação sólida.
c) Cementação líquida.
d) Nitretação gasosa.
e) Nitretação líquida.
Resposta
 Aços são ligas ferrosas com até ~2,0% de carbono, podendo conter outros elementos 
de liga tais como Cr, Mn, Si, Mo, V, Nb, W, Ti, Ni e outros elementos (denominados 
de residuais, provenientes do processo de fabricação, tais como o P, S, Si);
 Devido à grande variedade das propriedades mecânicas que permitem ser obtidas 
na fabricação dos aços, com adições desses elementos, foram criadas normas 
de classificação para regrar as suas composições químicas e aplicações;
 Estas normas visam garantir as propriedades físicas e mecânicas dos aços na sua aplicação 
e servem de referência nas especificações de projetos e negociações entre fabricantes 
e usuários;
Classificação de aços: Definição
Fonte: Autoria própria, 2019
 Propriedades mecânicas dependem do teor de C (%C);
 %C < 0,30% => baixo carbono
 0,30% < %C < 0,60% => médio carbono
 0,60% < %C < 2,1% => alto carbono
 Aços carbono => baixíssima concentração de outros elementos
 Aço liga => outros elementos em concentração apreciável
Classificação de aços: Tipos
1. Classificação de acordo com a composição química:
 aços-carbono: ferro e carbono e elementos residuais, manganês, silício, fósforo e enxofre, 
nos teores considerados normais;
 aços-liga, de baixo teor em liga: normalmente 3,0 a 3,5%;
 aços-liga, de médio teor em liga: valores intermediários entre 3,5 a 10%;
 aços-liga, de alto teor em liga: no mínimo, de 10 a 12%;
 aços inox: contém no mínimo 11% de Cromo:
 Aço ferramenta: altos teores de carbono e liga.
Classificação de aços: Tipos
2. Classificação de acordo com a estrutura: de acordo com a análise Metalográfica das 
microestruturas:
 Perlíticos;
 Martensíticos;
 Austeníticos;
 Ferríticos;
 Carbídicos.
Classificação de aços: Tipos
3. Classificação de acordo com a aplicação ou usados como seleção dos aços e podem ter 
alguns subgrupos:
 aços para fundição;
 aços estruturais;
 aços para trilhos;
 aços para chapas;
 aços para tubos;
 aços para arames e fios;
 aços para molas;
 aços de usinagem fácil;
 aços para cementação;
 aços para nitretação;
 aços para ferramentas e matrizes;
 entre outros...
Classificação de aços: Tipos
 Cada país pode ter sua própria norma de classificação ou basear-se em
outras internacionalmente;
 Algumas grandes empresas têm classificações próprias para fabricação de aços, 
citam normas internacionais equivalentes para regrar as vendas de seus produtos;
 Dentre os tipos normas internacionais mais usadas são: a SAE (Society of Automotive 
Engineers), AISI (American Iron and Steel Institute).
 No Brasil destaca-se a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
 A ABNT é feita a classificação dos aços segundo a Norma SAE, 
que é a mais popular e a mais aplicada no mercado brasileiro 
paraclassificação de aços.
Classificação de aços: Brasil
O sistema de classificação de aços empregados pela ABNT (NBR 6006) para aços para 
construção mecânica é:
Classificação de aços: Aços para construção mecânica 
XX
Família
teor e tipo
de liga
XX
Teor de C
em centésimo de por cento (0,01%)
Aços para construção mecânica são:
Classificação de aços: Aços para construção mecânica 
Fonte: SMITH, 2015, p. 255
 Classe de aços de alta liga e alto carbono projetados para serem utilizados em ferramentas 
de corte, matrizes e moldes etc.;
 São usados para atender as solicitações de serviço, precisam exibir elevada resistência, 
dureza, dureza a quente, resistência ao desgaste, tenacidade, resistência ao choque;
 Foram desenvolvidos visando atender às crescentes exigências de severidade em serviço, 
estabilidade dimensional e facilidade de fabricação (usinabilidade e isenção de trincas 
durante o tratamento térmico).
Classificação de aços: Aços ferramentas
Fonte: Autoria própria, 2019
 Devido às diversas utilizações dos aços-ferramentas, eles são divididos em diferentes tipos, 
de acordo com a sua aplicação e características, como Classificação (SAE e ABNT):
Classificação de aços: Aços ferramentas
Fonte: SHACKELFORD, 2010, p. 260
AÇOS PARA TRABALHO 
A QUENTE
H1 – H19 – Ao cromo
H20 – H39 – Ao tungstênio
H40 – H59 – Ao molibdênio
AÇOS RÁPIDOS
T – Ao Tungstênio
M – Ao Molibdênio
W – Aços temperáveis em água (Water)
S – Aços resistentes ao choque (Shock)
AÇOS PARA FINS ESPECIAIS
L – Tipo baixa liga (Low alloy)
F – Tipo carbono-tungstênio
P – Aços para molde
AÇOS PARA TRABALHO A FRIO
O – Aços temperáveis em óleo (Oil)
A – Aços média liga, temperáveis ao ar
D – Aço alto carbono, alto cromo
 Os aços inoxidáveis são ligas ferro-cromo que contêm, tipicamente, um teor acima 
de 11% de cromo.
 A partir desse teor e em contato com oxigênio ocorre a formação de uma fina película de 
óxido de cromo sobre a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios 
corrosivos usuais;
 Apresenta, em geral, maior resistência à oxidação à alta temperatura em relação a outras 
classes de aços.
Classificação de aços: Aços inoxidáveis 
Fonte: Autoria própria, 2019
 Composição química: Carbono entre 0,030 a 0,25% - Cromo entre 15 a 26% -
Níquel entre 6 a 20%;
 Apresentam uma boa resistência à corrosão, boa resistência em altas temperaturas, 
boas propriedades criogênicas, boa ductilidade, boa tenacidade e soldabilidade;
 Adições de níquel retêm a estrutura austenítica na temperatura ambiente (Cúbica 
de face centrada - CFC) o que torna não magnético;
 Não podem ser endurecidos por tratamento térmico, apenas por trabalho a frio;
 Difícil usinagem (devido ao encruamento);
 Série 3xx (Ni e Mn).
Classificação de aços: Aços inoxidáveis austeníticos
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 528
 Composição química: Carbono entre 0,l a 0,5% (em certos casos até 1% de carbono) -
Cromo entre 12 a 17%;
 Após resfriamento rápido de alta temperatura, mostram uma estrutura caracterizando alta 
dureza e fragilidade, denominada Martensítica (tetragonal de corpo centrado - TCC).
 Apresentam pouca resistência à corrosão, mas melhorada com uma tempera elevada 
resistência mecânica / dureza;
 Excesso de Carboneto pode estar presente para aumentar a resistência ao desgaste ou 
manter o poder de corte;
 São magnéticos;
 Endurecidos por 
tratamento térmico;
 Série 4xx (Cr);
Classificação de aços: Aços inoxidáveis martensíticos
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 524
 Composição química: Carbono entre 0,08 a ,020% - Cromo entre 11 e 27%;
 O teor de carbono é muito baixo, o que resulta nestes aços uma limitada 
resistência mecânica.
 Possuem baixas propriedades mecânicas (são moles), baixa resistência à fluência, 
boa trabalhabilidade;
 Por possuírem baixo teor de carbono, mostram uma estrutura denominada ferrítica (cúbica 
de corpo centrado - CCC).
 Não podem ser endurecidos por tratamento térmico;
 São magnéticos;
 Série 4xx (Cr).
Classificação de aços: Aços inoxidáveis ferríticos
Fonte: COLPAERT, 2008, p. 529
Qual o elemento de liga que tem a função de reter uma estrutura austenítica na temperatura 
ambiente (Cúbica de face centrada - CFC), o que torna não magnético?
a) Cromo.
b) Carbono.
c) Níquel.
d) Ferro.
e) Tungstênio.
Interatividade
Qual o elemento de liga que tem a função de reter uma estrutura austenítica na temperatura 
ambiente (Cúbica de face centrada - CFC), o que torna não magnético?
a) Cromo.
b) Carbono.
c) Níquel.
d) Ferro.
e) Tungstênio.
Resposta
ATÉ A PRÓXIMA!