Aulas da Materia

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CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DOS 
MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Material de apoio 
PROFESSORA: LORENA BERTRANDA 
 
 
 
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SUMÁRIO 
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO .................................................................................. 3 
CAPÍTULO 2 – ESTRUTURA CRISTALINA.............................................................. 6 
CAPÍTULO 3 –IMPERFEIÇÕES DA ESTRUTURA CRISTALINA ............................... 11 
3.1 IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS................................................................ 11 
3.2 DEFEITOS PONTUAIS.............................................................................. 12 
3.3 DEFEITOS LINEARES (DISCORDÂNCIAS).............................................. 15 
3.4 DEFEITOS DE SUPERFÍCIES................................................................. 16 
3.5 RELAÇÃO ENTRE DEFEITOS E PROPRIEDADES MECÂNICAS........ 19 
CAPÍTULO 4 – DIAGRAMAS DE FASE .................................................................. 21 
4.1. A regra de fase ...................................................................................... 21 
4.2 Sistemas Isomorfos ................................................................................ 23 
4.3 Sistemas Eutéticos ................................................................................ 24 
4.4 Sistemas eutetóides ............................................................................... 24 
4.4.1 Sistema Ferro Carbono ........................................................................ 25 
4.5 Desenvolvimento da microestrutura para o sistema ferro carbono ........ 28 
4.6 Interpretação do diagrama de fases ...................................................... 30 
CAPÍTULO 5. MECANISMOS DE AUMENTO DE RES. .................................... 32 
CAPÍTULO 6 CORROSÃO....................................................................................... 34 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO 
 
A disciplina de ciência dos materiais envolve a investigação da relação existente entre 
estrutura e propriedade dos materiais. Em contraste, a engenharia de materiais é, 
baseada na correlação entre propriedade e estrutura dos materiais, no processo de 
fabricação para produzir determinado conjunto de propriedades. 
Virtualmente, todas as propriedades importantes dos materiais sólidos podem ser agrupas 
em seis grupos: mecânica, elétrica, térmica, magnética, ótica e deterioração. Para cada 
propriedade existe um tipo característico de estímulo capaz de provocar diferentes 
respostas. A propriedade mecânica relaciona a deformação produzido por um 
carregamento aplicado ou uma força, exemplos incluem módulo de elasticidade e 
resistência a tração. Para a propriedade elétrica, tais como condutividade térmica e 
constante dielétrica, o estímulo é um campo elétrico. O comportamento térmico dos 
materiais pode ser observado na condutividade térmica. Propriedades magnéticas 
demonstram a resposta do material na presença de um campo elétrico. Para propriedades 
óticas, o estímulo é radiação eletromagnética ou presença da luz. Finalmente, as 
características deteriorativas indicam a característica da reatividade química dos 
materiais. 
Em adição a relação estrutura e propriedades, dois outros fatores devem ser 
considerados na ciência e engenharia dos materiais. Processamento e desempenho 
(aplicação). A respeito da relação entre estes quarto componentes, a estrutura do material 
depende de como ele sera processado. Mais, a desempenho do material dependerá de 
suas propriedades. Assim, a relação entre processo, estrutura, propriedade e 
desempenho é linear, como mostrado na figura 1.1. 
 
Figura 1.1 – Relação entre processo, estrutura, propriedade . 
Na figura 1.2, podemos ver um exemplo desta relação entre processo, estrutura, 
propriedade e aplicação. A fotografia mostra três discos colocados sobre uma folha, onde 
cada uma destas peças tem características diferentes, isto é, a da direita é opaca, a 
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central é translúcida e da esquerda transparente. O interessante é que estas três peças 
são do mesmo material, a alumina. A peça central é composta de numerosos cristais 
muito pequenos, a peça da esquerda é apenas um único cristal e a da direita é composta 
de numerosos cristais muito pequenos e com alta porosidade. Para se obter estas 
diferentes características em cada peça é necessário um processo de fabricação diferente 
para se obter diferentes estruturas. 
 
Figura 1.2 – Diferentes propriedades para um mesmo material, obtidas de acordo com 
seu processo de fabricação 
1.1 Classificação dos materiais 
Os Materiais com que a Eng. de Materiais normalmente se envolve são os Metálicos, os 
Cerâmicos, os Polímeros. Esta divisão é baseada principalmente na estrutura atômica e 
tipo de ligação atômica. Em adição, existem três outros grupos de importância para a área 
de engenharia dos materiais – compósitos, semicondutores e biomateriais. 
 Metálicos – Englobam todos os metais tanto ferrosos quanto não ferrosos. O 
metais ferrosos podem ainda ser divididos entre metais preciosos (ouro, paládio, 
platina e prata), metais básicos (são a maioria: alumínio, cobre, estanho, zinco, etc.), 
metais estratégicos (tório, silício, urânio) e metais refratários (tungstênio, vanádio, 
tântalo e nióbio). 
Obs.: Materiais refratários são materiais que resistem bem ao calor e por isso são muito 
usados em revestimento de fornos. Normalmente são cerâmicos. Já os metais refratários 
são metais que possuem alta temperatura de fusão. 
 Cerâmicos - Alguns produtos são cerâmicas em sua origem: tijolo, telhas, azulejo, 
porcelanas de banheiro e até o vidro. Cerâmicos são bons isolantes elétricos e 
térmicos. 
 Polímeros - Um polímero é uma macromolécula formada pela repetição de 
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pequenas e simples unidades químicas (monômeros), ligadas covalentemente. 
 Compósitos - Compósitos são materiais formados pela combinação de dois ou 
mais materiais distintos que mantém as suas propriedades individuais e sem que haja 
interação química intencional entre eles, ou seja, são formados pela mistura de pelo 
menos dois materiais de grupos diferentes (metais + polímeros, cerâmicos + metais, 
etc). O pneu é um exemplo de compósito, pois é formado por fibras metálicas + 
borracha. 
 Semicondutores - Materiais semicondutores apresentam propriedades elétricas 
que são intermediárias entre metais e isolantes. Além disso, as características 
elétricas são extremamente sensíveis à presença de pequenas quantidades de 
impurezas, cuja concentração pode ser controlada em pequenas regiões do material 
(para formar as junções p-n). Os semicondutores tornaram possível o advento do 
circuito integrado que revolucionou as indústrias de eletrônica e computadores. 
Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, GaN, CdTe.. 
 Biomateriais - são empregados em componentes para implantes de partes em 
seres humanos. Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser 
compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição). Metais, 
cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. 
Fig 1.3 - Evolução da utilização dos materiais. Figura copiada do material do Prof. Arlindo 
Silva do Instituto Superior Técnico da Universidade de Portugal 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 2 - ESTRUTURA CRISTALINA 
 
2.1 INTRODUÇÃO 
As propriedades dos materiais estão diretamente relacionadas com a estrutura cristalina 
destes materiais. Por exemplo, magnésio puro e não deformado tem uma estrutura 
cristalina que é muito mais frágil que o ouro ou a prata que tem outra estrutura cristalina. 
Ainda mais, existem diferenças significativas em propriedades entre materiais cristalinos e 
não cristalinos (amorfos), tendo a mesma composição.Um material cristalino é aquele no 
qual os átomos estão ordenados em um arranjo repetido ou periódico em uma cadeia de 
átomos, isto é, como na solidificação os átomos se posicionarão em um padrão 
tridimensional repetitivo, no qual cada átomo é ligado ao seu átomo vizinho mais próximo. 
Todos os metais, muitos materiais cerâmicos e alguns polímeros formam uma estrutura 
cristalina sob condições normais de solidificação. 
Como comentado anteriormente, as propriedades dos sólidos cristalinos dependem da 
estrutura cristalina do material. Existe um número extremamente grande de diferentes 
estruturas cristalinas. Quando descrevemos a estrutura cristalina, os átomos são 
considerados esferas sólidas tendo seus diâmetros bem definidos, isto é chamado modelo 
atômico de esferas sólidas,figura 2.1, nos quais as esferas representando os átomos 
vizinhos mais próximos se tocam. 
 
Figura 2.1 – modelo atômico de esferas rígidas 
CÉLULA UNITÁRIA 
A ordem atômica nos sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam 
um padrão que se repete. Assim, na descrição das estruturas cristalinas, é conveniente 
subdividir a estrutura em pequenas entidades repetitivas chamadas de célula unitária. 
 
 
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SISTEMAS CRISTALINOS 
Como existem muitas possibilidades de estruturas cristalinas, dividiu-se elas em grupos 
de acordo com as configurações da célula unitária e/ou arranjo atômico. Tal maneira é 
baseada na forma geométrica da célula unitária (tabela 2.1), sem levar em consideração o 
posicionamento dos átomos na célula. 
 
TABELA 2.1 – Os sistemas cristalinos 
 
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ESTRUTURA DOS MATERIAIS METÁLICOS 
Três estruturas cristalinas relativamente simples são encontradas na maioria dos 
materiais metálicos mais comuns: cúbica de face centrada, cúbica de corpo centrado e 
hexagonal compacta, e outra raramente encontrada: cúbica simples. 
Estrutura Cúbica de Face Centrada – CFC 
A maioria das estruturas cristalinas encontradas para materiais metálicos tem a célula 
unitária com a forma de um cubo, com átomos localizados em cada um dos cantos do 
cubo e centralizados em cada uma das faces deste mesmo cubo. Esta estrutura é 
chamada de cúbica de face centrada (CFC), figura 2.2 e figura 2.3. Alguns dos metais 
mais comuns possuem esta estrutura cristalina: cobre, alumínio, prata e ouro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.2 – Representação de uma estrutura 
CFC no modelo de esferas rígidas. Na figura 2.1 
podemos ver um aglomerado maior com este tipo 
de estrutura cristalina. 
Figura 2.3 – Representação dos átomos contidos no interior da célula unitária, e com 
átomos em dimensões menores 
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado – CCC 
Outra estrutura cristalina comum entre os materiais metálicos é a estrutura cúbica de 
corpo centrado (CCC). Nesta estrutura temos um átomo em cada canto da célula 
unitária e um átomo no cento do cubo (figura 2.4a). 
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Figura 2.4 - (a)Representação de uma estrutura CFC no modelo de esferas rígidas, 
(b)Representação dos átomos contidos no interior da célula unitária, e (c)com átomos em 
dimensões menores(d)podemos ver um aglomerado maior com este tipo de estrutura 
cristalina 
Neste caso, o átomo do centro e os átomos nos cantos se tocam através da diagonal do 
cubo. 
 
Estrutura Cúbica Simples – (CS) 
Um terceiro tipo de estrutura cristalina, mais rara de ser encontrada é a estrutura cúbica 
simples. Neste caso temos apenas átomos posicionados nos oito cantos da célula 
unitária,como pode ser visto na figura 2.5. 
 
 
 
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Figura 2.5 – Representação de uma estrutura cúbica simples no modelo de esferas 
rígidas 
 
Estrutura cristalina Hexagonal Compacta – HC 
Nem todos os metais tem célula unitária sob a forma cúbica, a última estrutura cristalina 
mais comum entre os metais a ser discutida é a forma hexagonal. A figura 2.6a mostra 
esta estrutura com esferas reduzidas a qual é chamada de estrutura hexagonal 
compacta (HC).Uma montagem de diversas células cristalinas hexagonais compacta é 
mostrada na figura2.6b . O topo e a base da célula consistem de seis átomos dispostos 
na forma hexagonal rodeando um átomo central. Outro plano contém três átomos 
adicionais para a célula unitária, situado entre as faces superior e inferior. 
 
Figura 2.6 – (a) Representação de uma célula unitária hexagonal compacta com esfera 
reduzidas, (b) aglomerado com este tipo de célula cristalina. 
 
Na tabela 2.2 estão listados alguns metais mais comuns com sua respectiva estrutura 
cristalina. 
 
 
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Tabela 2.2 – Raio atômicos e estrutura cristalina para 16 metais 
 
 
CAP 3 - IMPERFEIÇÕES DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Durante a solidificação, os Materiais sofrem o rearranjo de seus átomos que determina a 
estrutura cristalina dos mesmos. Dependendo do modo com que o líquido transforma-se 
em sólido, podem ocorrer defeitos no empilhamento e organização dos átomos, 
resultando em imperfeições estruturais. O tipo e a quantidade destas imperfeições 
afetam decisivamente algumas propriedades e o comportamento dos materiais 
cristalinos. 
Com exceção de alguns poucos produtos conformados por sinterização(metalurgia do 
pó), todos os produtos metálicos passam necessariamente pelo processo de solidificação, 
em algum estágio de sua fabricação. Em geral, o processo de solidificação pode ser 
dividido em duas etapas: 
a. Formação de embriões de cristais estáveis dentro do líquido ou etapa de nucleação, 
como mostra figura 3.1; 
b. Transformação dos núcleos em cristais, ou etapa de crescimento. 
 
3.1 IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS 
As estruturas cristalinas analisadas até aqui apresentam como característica 
básica,arranjos cristalinos muito bem definidos. Entretanto, os cristais observados na 
prática nunca são totalmente perfeitos, exibindo defeitos de diversas naturezas. Tais 
imperfeições afetam diretamente várias características dos materiais, como os parâmetros 
envolvidos na deformação plástica, na condutividade elétrica de semicondutores, na 
corrosão em metais e em processos de difusão atômica. 
 
 
 
 12 
 
Figura 3.1 Nucleação e crescimento das estruturas cristalinas. 
 
As imperfeições presentes em estruturas cristalinas podem ser de três tipos básicos, 
quais sejam: 
¨ defeitos pontuais; 
¨ defeitos em linha; 
¨ defeitos de superfície. 
 
3.2 DEFEITOS PONTUAIS 
Os cristais podem apresentar defeitos em pontos isolados de sua estrutura, dando lugar 
às imperfeições de ponto. 
Dentre as imperfeições pontuais, as mais importantes são: 
1. vacâncias ou vazios; 
2. átomos intersticiais; 
3. átomos substitucionais.. 
 13 
O tipo de defeito mais simples é a vacância. As vacâncias são vazios pontuais causados 
pela ausência de átomos em algumas posições da rede cristalina, como mostra a figura 
3.2.Este tipo de defeito pode ser produzido durante o processo de solidificação, como 
resultado de perturbações locais no crescimento do cristal. 
 
Figura 3.2. Defeito pontual - Vacância 
 
Uma outra classe de defeitos são os átomos substitucionais e intersticiais estranhos à 
rede cristalina. Os átomos intersticiais são imperfeições causadas pela presença de 
átomos estranhos nos interstícios (espaços vazios) da rede cristalina e os átomos 
substitucionais são defeitos provocados pela existência de átomos estranhos nos 
próprios vértices da rede cristalina, em substituição aos átomos que ali deveriam estar ali, 
se não existissem vacâncias. Defeitos dessa natureza podem modificar o comportamento 
de certas propriedades. Por exemplo, a presença de uma quantidade muito pequena de 
átomos estranhos à rede cristalina do silício pode afetar, de modo significativo, a 
condutividade elétrica do mesmo. Estes dois tipos de defeitos pontuais são 
freqüentemente observadosdurante a formação das ligas metálicas,na forma de 
soluções sólidas. 
Na maioria das aplicações de engenharia, a necessidade de propriedades específicas, faz 
com que o uso de materiais metálicos nem sempre esteja restrito aos metais puro. Na 
verdade, apenas em um número bastante limitado de aplicações, os metais podem ser 
encontrados na forma pura ou quase pura. Por exemplo, o cobre de alta pureza(99,99%) 
é usado na confecção de fios elétricos devido a sua elevada condutividade elétrica. O 
alumínio super-puro (99,99%) é usado na fabricação de objetos decorativos, pois o 
mesmo permite obter uma superfície melhor acabada. Por outro lado, a maioria dos 
materiais metálicos usados em engenharia, estão combinados com outros metais ou não 
metais. 
Estas combinações, denominadas de ligas metálicas, têm o objetivo de aumentar a 
resistência mecânica, a resistência à corrosão ou melhorar outras propriedades. 
Uma liga metálica, ou simplesmente uma liga, é a mistura de dois ou mais metais ou 
metais e não-metais. Estas ligas podem ter estruturas relativamente simples, como a de 
uma peça de bronze. O latão é essencialmente uma liga binária (dois 
metais),contendo70% em peso de Cu e 30% em peso de Zn. Por outro lado, certas ligas 
podem ser extremamente complexas como as superligas à base de níquel, denominadas 
comercialmente de Inconel 718 e usadas na confecção de peças de motores a jato. Estas 
 14 
ligas contém nominalmente em torno de 10 elementos. Um outro exemplo de liga metálica 
pode ser observado no aço, onde as estruturas CFC e CCC do ferro abrigam átomos de 
carbono. Esta combinação permite obter um material extremamente versátil, com 
aplicações bastante diversificadas. O tipo mais simples de liga metálica é aquele que 
forma uma solução sólida. Uma solução sólida é um sólido que consiste de dois ou mais 
elementos atomicamente dispersos em uma estrutura monofásica. Em geral existem 
dois tipos de soluções sólidas: 
SUBSTITUCIONAL E INTERSTICIAL. 
Nas soluções sólidas substitucionais formadas por dois elementos, os átomos do 
soluto podem ser substitutos dos átomos do solvente na rede cristalina. Na figura 3.3 é 
mostrado um plano contendo átomos do soluto substituindo os átomos do solvente. A 
fração de átomos de um elemento que pode ser dissolvida em outro, é definida como 
solubilidade. O termo solubilidade significa a quantidade de um certo material A(soluto) 
que pode ser dissolvido em outro B (solvente) e varia de um valor muito pequeno,próximo 
de zero, até 100%. A solubilidade é dada em "% peso" e "% atômica".Assim, uma liga 
cobre-zinco com 20% em peso de zinco, possui, em 100 gramas da liga, 20 gramas de 
zinco e 80 gramas de cobre. Do mesmo modo, uma liga com 20% em átomos de zinco 
apresenta em cada 100 átomos de liga, 20 átomos de zinco e 80 átomos de cobre. Como 
as densidades dos materiais são diferentes, é evidente que 20% de zinco em peso não 
correspondem a 20% de zinco em átomos. 
 
 
 
Figura 3.3 Plano de um cristal com o soluto substituindo o solvente. 
O soluto intersticial é o que fica nos "vãos" da matriz. Estes vãos ou vazios são 
chamados de interstícios. As soluções sólidas intersticiais são formadas quando um 
átomo é muito maior que o outro. Por exemplo, o ferro a 1000ºC apresenta estrutura CFC 
com o maior vão de diâmetro igual a 1,0 Å. Assim estes "buracos" abrigam facilmente o 
hidrogênio (d=0,9 Å),o boro (d=0,92 Å) e com certa dificuldade, o carbono (d=1,5 Å). A 
figura 3.4 ilustra esquematicamente a distorção da rede cristalina do ferro quando o 
carbono ocupa posições intersticiais na mesma. 
 15 
 
Figura 3.4 Diagrama esquemático de uma solução sólida de carbono em ferro CFC. Note 
a distorção da rede cristalina do ferro. 
 
3.3. DEFEITOS LINEARES (DISCORDÂNCIAS) 
Os cristais podem apresentar defeitos alinhados e contínuos em sua estrutura, dando 
origem às imperfeições de linha. Os defeitos de linha, também chamados de 
discordâncias são defeitos que causam a distorção da rede cristalina em torno de uma 
linha e caracterizam-se por envolver um plano extra de átomos. Estas imperfeições 
podem ser produzidas durante a solidificação, na deformação plástica de sólidos 
cristalinos ou ainda como resultado da concentração de vacâncias. A presença deste 
defeito é a responsável pela deformação, falha e rompimento dos materiais. 
A quantidade e o movimento das discordâncias podem ser controlados pelo grau de 
deformação (conformação mecânica) e/ou por tratamentos térmicos, podendo desta forma 
endurecer os materiais metálicos. 
Os três principais tipos de defeitos em linha são conhecidos como: discordância em 
cunha,discordância em hélice e discordância mista. 
Figura 3.5 Ilustração de uma discordância em cunha,que ocorre pela 
interrupção de um plano atômico. 
 
 16 
3.4. DEFEITOS DE SUPERFÍCIES 
Os cristais também apresentam defeitos que se estendem ao longo de sua 
estrutura,formando superfícies e denominados de imperfeições de superfície. 
Esse tipo de imperfeição cristalina pode ser de três tipos: 
1. superfícies livres; 
2. contornos de grão; 
 
3.4.1. SUPERFÍCIES LIVRES 
Apesar de serem consideradas o término da estrutura cristalina, as superfícies externas 
de um cristal são consideradas defeitos cristalinos, já que o número de vizinhos de um 
átomo superficial não é o mesmo de um átomo no interior do cristal (figura 3.6). Os 
átomos superficiais possuem vizinhos apenas de um lado, 
tem maior energia e assim, estão ligados aos átomos 
internos mais fragilmente. 
 
 
Figura 3.6 Apesar de ser considerada o término da estrutura 
cristalina, as superfícies externas de um cristal são 
consideradas defeitos cristalinos, já que o número de 
vizinhos de um átomo superficial não é o mesmo de um 
átomo no interior do cristal. 
 
 
 
3.4.2. CONTORNOS DE GRÃO 
Uma barra de cobre puro, embora contenha um único elemento, possui vários grãos, ou 
seja, regiões onde a estrutura cristalina tem a mesma orientação. Durante a 
solidificação,vários núcleos sólidos surgem no interior do líquido, como é apresentado na 
figura 3.5. Numa fase seguinte, denominada de crescimento, estes núcleos crescem e se 
juntam, formando nestas "juntas", uma região conhecida como contorno de grão. Como os 
diversos grãos não apresentam necessariamente a mesma orientação cristalográfica, 
como pode ser visto na figura 3.8, o encontro dos mesmos cria superfícies de contato 
dentro do cristal. 
 
 17 
Figura 3.7 Formação de um material policristalino: (a) Etapa de nucleação; (b) Etapa 
decrescimento; (c) Material policristalino. 
 
Figura 3.8 Os grãos de um material policristalino não apresentam uma mesma orientação 
cristalográfica. 
O tamanho de grão de um material policristalino é importante ser conhecido, já que o 
número de grãos tem papel significativo em muitas propriedades dos 
materiais,especialmente na resistência mecânica. A tabela 3.1 apresenta a padronização 
do tamanho de grão cristalino segundo a ASTM. 
 
Figura 3.9 Micrografias de aço baixo carbono, atacado com Nital (H2NO3 + álcool) e o 
respectivo tamanho de grão segundo a ASTM (X 100): 
Como os contornos de grão são regiões onde os átomos estão fragilmente ligados uns 
aos outros, a ação de um ataque químico permite revelar o mesmo, pois nestes pontos é 
mais fácil "arrancar" os átomos, em comparação com regiões no interior do grão, como 
mostra afigura 3.9. A região do contorno de grão aparece mais escura no microscópio 
devido a menor capacidade de reflexão de luz da mesma (figura 3.10). 
 18 
 
Tabela 3.1Tamanho de grão segundo a ASTM. 
 
 
O contorno grão tem átomos fragilmente interligados e assim, em tal local é mais fácil 
"arrancar" os átomos da estrutura cristalina em comparação com o interior do grão. 
 
Figura 3.10. A região do contorno de grão aparecemais escura no microscópio devido à 
menor capacidade de reflexão de luz da mesma. 
(a) material não atacado quimicamente 
(b) material atacado quimicamente monofásico 
(c) material atacado quimicamente difásico 
 
3.4.3. MACLAS 
As maclas constituem um outro tipo de defeito de superfície e podem surgir a partir de 
tensões térmicas ou mecânicas. Tal defeito de superfície ocorre quando parte da rede 
cristalina é deformada, de modo que a mesma forme uma imagem especular da parte não 
deformada (figura 3.11). 
O plano cristalográfico de simetria entre as regiões deformadas e não deformada,é 
chamado de plano de maclação. A maclação, ocorre em direções específicas chamadas 
de direções de maclação. 
 19 
Figura 3.11 Diagrama esquemático do defeito de maclação 
 
 
 
 
 
3.5 RELAÇÃO ENTRE DEFEITOS E PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Discordâncias 
¨ Interferem na deformação plástica dos materiais. 
¨ Sua presença facilita a deformação 
 
Figura 3.12- Distorção na estrutura causado pela discordância. 
 
A quantidade e o movimento das discordâncias podem ser controlados pelo grau de 
deformação (conformação mecânica) e/ou por tratamentos térmicos (contorno de 
grão,soluções sólidas etc..).Os defeitos causados pelas soluções sólidas (intersticiais e 
substitucionais), contorno de grão e deformação mecânica causam deformação na 
estrutura cristalina dificultando a movimentação das discordâncias aumentando a 
resistência à deformação do material. 
 20 
 
Figura 3.13 Deformação da estrutura causada pela presença de impurezas 
substitucionais. 
Quando um átomo de uma impureza esta presente, o movimento da discordância fica 
restringido, ou seja, deve-se fornecer energia adicional para que continue havendo 
escorregamento. Por isso soluções sólidas de metais são sempre mais resistentes que 
seus metais puros constituintes. Quando a solubilidade da solução sólida é ultrapassada, 
começará a se formar dentro da estrutura uma nova fase, esta causará uma 
descontinuidade na estrutura dificultando a movimentação das discordâncias, 
aumentando consideravelmente a resistência deste material. 
 
Figura 3.14 Precipitados de prata no cobre 
 
Numa liga de cobre com prata se colocarmos até 8% de prata formamos uma solução 
sólida, se colocarmos mais que 8%(limite de solubilidade da prata no cobre, conforme 
tabela 3.2 começamos a formar uma segunda fase ou seja começamos a formar uma 
estrutura de prata, que chamamos de precipitado. 
 21 
 
Figura 3.15 Comparativo entre resistência a deformação e tipo de defeito. 
O contorno de grão interfere no movimento das discordâncias, ao alcançar um contorno 
há uma mudança de direção dos cristais, e para esta discordância continuar se 
movimentando ela deverá mudar de direção. 
Figura 3.16 Movimentação de uma discordância em material policristalino. 
 
CAPÍTULO 4 - DIAGRAMAS DE FASE 
O perfeito conhecimento dos diagramas de equilíbrio das ligas metálicas é de vital 
importância, por proporcionar conhecimentos de várias transformações, escolha 
das ligas,noções sobre as propriedades e, principalmente, o bom êxito dos 
tratamentos térmicos. 
O diagrama fornece informações de qualquer liga, tais como início e fim de solidificação 
ou fusão, fases em equilíbrio a determinadas temperaturas, composição química destas 
fases,variação das quantidades relativas das fases com a temperatura, constituintes, etc. 
É,portanto, um resumo dos históricos térmicos de todas as ligas dos mesmos 
componentes. 
 
4.1. A regra de fase 
 
O que é uma fase? É uma porção quimicamente e estruturalmente homogênea da 
microestrutura. Uma microestrutura de única fase pode ser policristalina, como na figura 
 22 
4.1,onde cada grão difere do outro apenas na orientação cristalina, não na composição 
química. 
 
Figura 4.1 – microestrutura do molibdênio comercialmente puro. 
Um erro que o iniciante comete é confundir fase com componente, o qual é uma 
substância química distinta da qual a fase é formada. Por exemplo, níquel e cobre são de 
natureza similar e podem formar uma solução sólida como da figura 4.2. Esta solução 
sólida se apresentará como uma fase na microestrutura. 
Figura 4 .2 – solução sólida Ni-Cu. 
Para certas composições químicas, o resultado é duas fases, cada qual mais rica em um 
componente. Um exemplo clássico é de uma estrutura chamada perlita, mostrada na 
figura 4.3, a qual consiste de camadas alternadas de ferrita (Fe α)e cementita (Fe3C). 
 23 
Figura4.3 – Microestrutura de 02 fases (perlita), encontrada em aço eutetóide (0,76%C). 
Um diagrama de fase é qualquer representação das variáveis de estado associadas com 
microestruturas através da regra de fases de Gibbs. Os diagramas de maior uso na 
engenharia são os diagramas binários, representando sistemas de dois componentes. Os 
diagramas ternários representam sistemas de três componentes. 
 
4.2 Sistemas Isomorfos 
A figura 4.4 apresenta um diagrama isomorfo simples onde os pontos TCu e TNi 
representam as temperaturas de fusão dos componentes Cu e Ni respectivamente. O 
diagrama é formado por uma região de uma única fase líquida, uma região de uma única 
fase sólida, representada por α e uma região de duas fases (líquido L + sólido α ). As 
curvas que separam as regiões de uma fase da região de duas fases são as linhas 
liquidus e solidus. Estas indicam que há uma diferença fundamental de comportamento na 
solidificação de um metal puro e de uma solução sólida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.4 – Diagrama isomorfo. 
 24 
 
4.3 Sistemas Eutéticos 
São os caracterizados pela reação eutética, isto é, decomposição isotérmica de uma fase 
líquida em duas sólidas durante a solidificação e reação inversa na fusão. 
 
A figura 4.5 apresenta um diagrama eutético para o sistema chumbo-estanho, onde a 
solubilidade no estado sólido é restrita. Os pontos A e B representam os pontos de fusão 
dos componentes da liga. A adição de chumbo no estanho (ou vice-versa) faz com que o 
ponto de fusão do último diminua. O ponto eutético é exatamente o ponto de intersecção 
entre as linhas liquidus. A liga correspondente à composição na qual as duas linhas se 
interceptam é a liga eutética, e a temperatura é a temperatura eutética. A liga eutética é a 
de menor ponto de fusão de todas as composições possíveis. Esta é formada pelas fases 
α e β solidificadas simultaneamente na forma de uma mistura eutética. Nas fases α e β os 
dois metais estão completamente solúveis um no outro nas proporções indicadas para as 
diversas temperaturas. 
 
Figura4.5 - Diagrama eutético com solubilidade sólida parcial - Sistema chumbo-
estanho(fonte: Shackelford). 
 
4.4 Sistemas eutetóides 
São caracterizados pela reação eutetóide, isto é, a decomposição isotérmica de uma fase 
sólida em duas outras fases sólidas durante o resfriamento e a reação inversa no 
aquecimento. 
γ →α + β 
Um diagrama esquemático para um sistema eutetóide está representado na figura 4.6a. 
Pode-se interpretá-lo simplesmente como a combinação de dois diagramas simples, um 
 25 
isomorfo e outro eutético (fig 4.6b). 
 
Figura4.6 - Sistema eutetóide (a) completo e (b) dividido em dois diagramas simples, um 
isomorfo e um eutético. 
 
4.4.1 Sistema Ferro Carbono 
O diagrama Fe-C é aquele normalmente utilizado para o estudo dos aços e dos ferros 
fundidos, materiais de extrema importância para a indústria metalúrgica e mecânica. Ele 
encontra-se representado na figura 4.5. As ligas ferro-carbono ainda hoje representam os 
materiais de maior utilização prática. Isto se deve ao fato de que estas ligas podem 
apresentar uma grande variação nas suas propriedades pela simples variação na 
quantidade de carbono eainda possibilitam que se tenha uma gama maior de 
propriedades se considerarmos a possibilidade de deformação plástica e os tratamentos 
térmicos. A base para que este material tenha estas características está principalmente 
atrelado ao fato de que o ferro puro apresenta transformação alotrópica e que o carbono 
forma uma solução sólida intersticial com o ferro. Isto conduz a uma série de 
possibilidades de transformações, cada uma com suas microestruturas típicas,resultando 
na grande variação das propriedades. As transformações em uma liga ferro carbono são 
influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor de carbono. Se considerarmos 
apenas este dois fatores poderemos montar um mapa das transformações que irão 
ocorrer, o qual será chamado de diagrama de equilíbrio. Nesta representação podemos 
ver as fases que estarão presentes para cada temperatura e composição e também os 
pontos que são fundamentais para a compreensão das transformações. A seguir faremos 
algumas considerações a respeito do diagrama. 
 26 
 
Figura 4.7 – Representação do Diagrama Fe-C 
Em primeiro lugar deve ser observado que o diagrama vai somente até 6,7% de carbono. 
Isto se deve ao fato de que as ligas acima deste teor não têm qualquer importância 
comercial. Em segundo lugar deve ficar claro que as ligas comerciais não são constituídas 
apenas por ferro e carbono, mas podem ter em sua composição outros elementos de liga 
além de pequenas quantidades de impurezas que são inerentes ao processo de obtenção 
do material. Assim sendo, o diagrama não representa fielmente o que sucede na 
prática,mas como pequenas quantidades de outros elementos não produzem grandes 
alterações,podemos utilizá-lo como base para o nosso estudo. 
Em um diagrama de equilíbrio as fases são sempre representadas por letras gregas mas 
no caso das ligas ferro carbono estas fases além de serem identificadas por letras gregas 
também receberam um nome. Desta forma teremos as fases denominadas 
ferrita,austenita e cementita, que podem ou não estar presentes na microestrutura do 
material,dependendo do teor de carbono e da temperatura. 
Observando-se o diagrama nota-se que este apresenta vários pontos que merecem ser 
destacados. O primeiro deles é o que corresponde a uma composição de 2,14% de 
carbono a 1148 ºC. Este ponto representa uma fronteira entre as ligas ferro-carbono que 
são caracterizadas como aços e as ligas que são caracterizadas como ferro fundido. 
Assim, aço é uma liga com menos de 2,14% de carbono e ferro fundido é uma liga com 
mais de 2,14%de carbono. A escolha deste ponto deve-se ao fato de que, quando 
resfriamos um aço desde o estado líquido, este sempre passará por uma faixa de 
temperaturas em que a sua microestrutura será composta de uma única fase chamada 
austenita, o que não acontece para os ferros fundidos que possuem teores de carbono 
 27 
acima deste valor. 
A austenita, também chamada fase γ, é uma fase derivada do ferro γ que como se sabe 
é formado por uma estrutura cúbica de faces centradas. Quando combinamos o ferro com 
o carbono forma-se uma solução sólida intersticial em que é mantida a estrutura cristalina 
original do ferro . 
Para temperaturas inferiores, o fato de o ferro passar para ferro produz o aparecimento de 
uma nova fase chamada fase α ou ferrita. A ferrita também é uma solução sólida 
intersticial de ferro e carbono e, a exemplo da fase γ, é mantida a estrutura cristalina 
cúbica de corpo centrado do ferro. 
Devido ao fato de que as duas fases citadas acima possuem diferenças em sua estrutura 
cristalina, existe também uma grande diferença de solubilidade do carbono entre elas. 
Como já foi visto, os interstícios da estrutura CFC são maiores do que os interstícios da 
estrutura CCC. Isto conduz a uma solubilidade do carbono que pode chegar a 
2,14%(aproximadamente 9% em átomos) na temperatura de 1148 ºC para a austenita e 
somente0,022 % (aproximadamente 0,1% em átomos) a 727 ºC para a ferrita. Como pode 
ser observado no diagrama, a solubilidade do carbono não é fixa para estas fases, 
podendo variar com a temperatura. Desta maneira a austenita e a ferrita só apresentarão 
a sua solubilidade máxima nas temperaturas indicadas acima, variando tanto para 
temperaturas superiores como para temperaturas inferiores. Além disso, o carbono é um 
elemento estabilizador da austenita, e como podemos ver no diagrama, quando tivermos 
ferro puro a temperatura mínima em que a austenita é estável é de 912 ºC ,mas à medida 
que o teor de carbono cresce esta temperatura vai diminuindo até que, para 0,76% de 
carbono chegamos ao mínimo de 727 ºC. A partir daí a temperatura aumenta novamente 
até atingirmos o máximo de 2,14% para 1148 ºC. No caso da ferrita ela é estável até 912 
ºC na ausência de carbono e na medida em que aumenta o teor a temperatura diminui até 
que se atinja a solubilidade máxima de 0,022% C a 727 ºC. Abaixo desta temperatura a 
solubilidade diminui novamente chegando praticamente a zero na temperatura ambiente. 
Como existe um limite de solubilidade do carbono tanto na austenita quanto na ferrita, o 
excesso de carbono poderá propiciar a formação de uma terceira fase que é chamada de 
cementita e que possui estrutura cristalina ortorrômbica, ainda em solução sólida 
intersticial com 6,7% de carbono. Isto acontece para teores de carbono maiores do que 
0,76% acima de 727 ºC e abaixo de 1148 ºC e, para teores maiores do que 0,022%, 
abaixo de 727 ºC. Desta maneira teremos no diagrama regiões em que o aço é 
monofásico e regiões em que é bifásico. As regiões monofásicas podem ser formadas por 
austenita ou por ferrita e as regiões bifásicas podem ser formadas por austenita e ferrita, 
austenita e cementita ou ferrita e cementita. 
Outro ponto importante que deve ser observado é o que ocorre para a composição 
de0,76% de carbono a 727 ºC. Este ponto, chamado ponto eutetóide, é o lugar do 
diagrama em que temos a convivência simultânea das três fases citadas acima, isto é, 
quando resfriamos o aço teremos a transformação da austenita em ferrita e cementita. 
Especificamente para esta composição a temperatura permanece constante enquanto a 
transformação não se completar totalmente. Neste ponto ocorre a seguinte reação: 
γ →α + β 
Quando tivermos outros elementos fazendo parte da composição do aço, o teor de 
carbono correspondente ao ponto eutetóide será deslocado mais para a esquerda ou para 
a direita e a temperatura em que ocorre esta reação irá aumentar ou diminuir. Esta é uma 
das influências dos elementos de liga dos aços . As outras influências dos elementos de 
liga serão analisadas nos capítulos subseqüentes. 
 
 28 
4.5 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA PARA O SISTEMA FERRO 
CARBONO 
Diversos tipos de microestruturas podem ser produzidas em ligas de aço. Estas podem 
ser obtidas em função da porcentagem de carbono e o tratamento térmico. Veremos 
agora as microestruturas obtidas para um resfriamento muito lento mantendo o equilíbrio 
entre fases para aços eutetóides, hipoeutetóides e hipereutetóides. 
AÇO EUTETÓIDE: 
Para uma liga eutetóide (0,76%C), resfriada a partir de uma temperatura dentro da região 
da fase γ (digamos 800°C), ponto a, teremos uma liga composta inteiramente da fase 
austenita com uma composição de 0,76% C e microestrutura correspondente mostrada na 
figura 4.9c . Esta microestrutura representada esquematicamente na figura ponto b, e na 
figura , é chamada de perlita. Mecanicamente, a perlita tem propriedades intermediárias 
entre a ferrita mole e dúctil e a dura e frágil cementita. Subseqüente resfriamento da 
perlita a partir do ponto b, não produzirá mudanças significativas na microestrutura. 
 
Figura 4.9- (a) Porção do diagrama de fases Fe-C mostrando microestrutura obtida para o 
resfriamento de uma composição eutetóide;(b) microestrutura da austenita;(c) 
microestrutura da perlita.AÇO HIPOEUTETÓIDE: 
Considere um aço com conteúdo de carbono menor que a composição eutetóide, 
entre0,022%C e 0,76%C; esta liga é chamada de liga hipoeutetóide. Resfriando esta 
liga,representado na figura 4.10a, pela linha yy”, a partir de uma temperatura igual a 
874°C,ponto c, onde teremos somente austenita (figura 4.9b), obtemos a seguinte 
situação: no ponto d (775°C), dentro da região α + γ, ambas as fases irão coexistir de 
acordo com a microestrutura mostrada no esquema da figura 4.12a. Onde as partículas 
de ferrita irão se formar ao longo dos contornos de grão da fase austenita γ, ponto e. 
Continuando o resfriamento até o ponto f, abaixo da temperatura eutetóide, toda a fase γ 
que estava presente na temperatura Te, se transformará em perlita de acordo com a 
 29 
reação eutetóide, e para a fase α já existente numa temperatura acima da temperatura 
eutetóide, não ocorrerá nenhuma transformação. Assim a ferrita α estará presente tanto 
na perlita quanto como uma fase formada durante o resfriamento através da região α + γ. 
Esta ferrita é chamada de ferrita pró-eutetóide e a ferrita presente na estrutura perlítica é 
chamada ferrita eutetóide. 
 
Figura 4.10 – (a)Porção do diagrama de fases Fe-C mostrando esquematicamente o 
resfriamento de uma liga hipoeutetóide; (b) Microestrutura obtida para uma liga 
hipoeutetóide. 
AÇO HIPEREUTETÓIDE: 
Microestrutura e transformações análogas resultam para um resfriamento de uma liga 
hipereutetóide, que contém entre 0,76 e 2.14%C, as quais são resfriadas a partir de 
temperaturas dentro do campo de fase austenita. Neste caso é a fase Fe3C que se 
formará ao longo dos contornos de grãos da fase γ, como mostrado na figura 4.11a. Esta 
cementita é chamada de cementita pró-eutetóide, que se forma antes da reação 
eutetóide. E, é claro,a austenita que existia antes da reação eutetóide se transforma toda 
em um estrutura perlítica, resultando numa microestrutura que consiste de perlita e 
cementita próeutetóide como constituintes, figura 4.11b. 
 30 
 
Figura 4.11- (a) porção do digrama de fases Fe-C mostrando o desenvolvimento da 
microestrutura para uma liga hipereutetóide. (b) microestrutura obtida para uma liga 
hipereutetóide. 
 
4.6 INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE FASES. 
Para um sistema binário com composição e temperatura conhecidas, em equilíbrio, três 
informações estão disponíveis: (1) as fases que estão presentes, (2) a composição destas 
fases e (3) a porcentagem ou fração das fases presentes. 
Fases presentes A determinação de quais as fases presentes é relativamente simples. 
Deve-se localizar o ponto temperatura-composição no diagrama e verificar com qual(is) 
fase(s) o campo defases correspondente está identificado. 
Determinação da composição de fases A primeira etapa na determinação da 
composição de fases consiste em se localizar o ponto temperatura-composição 
correspondente no digrama de fases. Se apenas uma fase esta presente, o procedimento 
é trivial: a composição desta fase é simplesmente a mesma composição global da liga. 
Para uma liga que possui composição e temperatura localizadas em uma região bifásica 
deve-se seguir o seguinte procedimento: 
1. Constrói-se um linha de amarração* através da região bifásica à temperatura da liga. 
2. Anotam-se as interseções da linha de amarração a partir destas interseções comas 
fronteiras entre as fases em ambos os lados. 
3. Traçam-se linhas perpendiculares à linha de amarração a partir dessas interseções até 
o eixo horizontal das composições, onde a composição em cada uma das respectivas 
fases pode ser lida. 
Determinação da quantidade de fase As quantidades relativas das fases presentes em 
condições de equilíbrio também podem ser calculadas com auxílio do diagrama de fases. 
 31 
A solução é óbvia em uma região monofásica:uma vez que somente uma fase esta 
presente, a liga é composta inteiramente por aquela fase, isto é, o percentual é de 
100%.Se a posição para dada composição e temperatura cai em uma região bifásica, a 
linha de amarração deve ser utilizada com o seguinte procedimento, chamado regra da 
alavanca: 
1. A linha de amarração é construída através da região bifásica na temperatura da liga. 
2. A composição global da liga é localizada sobre a linha de amarração 
3. A fração de uma fase é calculada tomando-se o comprimento da linha de amarração 
desde a composição global da liga até a fronteira entre fases com a outra fase e então 
dividindo-se esse valor pelo comprimento total da linha de amarração. 
4. A fração da outra fase é determinada de maneira semelhante. 
5. Se forem desejadas as porcentagens das fases, a fração deve ser multiplicada por 100. 
No emprego da regra da alavanca, os comprimentos dos segmentos da linha de 
amarração podem ser determinados ou pela medição direta no diagrama de fases, 
usando-se uma régua com escala linear, ou mediante a subtração das composições 
conforme estas sejam lidas no eixo das composições. 
ATENÇÃO: É fácil confundir os procedimentos anteriores para a determinação da 
composição das fases e das porcentagens de cada fase presente; assim torna-se 
importante fazer um resumo. As composições das fases são expressas em termos 
percentuais em peso dos componentes ( por exemplo, %p Ni, %p Cu). Para qualquer liga 
que consista em uma única fase, a composição da quela fase é a mesma que a 
composição global da liga. Se duas fases estiverem presentes, deve ser empregada a 
 32 
linha de amarração, cujas extremidades determinam as composições das respectivas 
fases. Em relação às porcentagens das fases, quando existe uma única fase, a liga é 
composta totalmente por aquela fase. Por outro lado, para uma liga bifásica, é utilizada a 
regra da alavanca, na qual é tomada a razão entre os comprimentos dos segmentos da 
linha de amarração. 
 
Figura – 4.12 (a) Diagrama de fases Cu-Ni, adaptado do Callister 7ª edição; (b) Uma 
porção do diagrama de fases Cu-Ni, para o qual as composições e quantidades das fases 
estão determinadas. 
 
 
CAPÍTULO 5- MECANISMOS DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA 
 
Virtualmente, todos os materiais cristalinos contêm algumas discordâncias que foram 
introduzidas durante o processo de solidificação, durante a deformação plástica e como 
conseqüência das tensões térmicas que resultam de um resfriamento rápido. 
Várias características das discordâncias são importantes em relação às propriedades 
mecânicas dos metais. Essas incluem os campos de deformação que existem ao redor 
das discordâncias, que são importantes na determinação da mobilidade das discor-
dâncias, bem como suas habilidades em se multiplicar. 
Quando os metais são submetidos a deformação plástica, uma fração da energia de 
 33 
deformação (aproximadamente 5%) é retida internamente; o restante é dissipado como 
calor. A maior parte dessa energia armazenada consiste em uma energia de deformação 
que está associada a discordâncias. 
 
Diminuição do tamanho de grão 
O tamanho de grão ou diâmetro médio do grão, influencia as suas propriedades 
mecânicas, os grãos adjacentes possuem normalmente orientações cristalográficas 
diferentes,e conseqüentemente um contorno de grão. A movimentação das discordâncias 
durante o processo de deformação plástica, ocorre através do contorno comum aos grãos 
(logo quanto mais grãos tiver o material, mais barreiras as discordâncias terão). Para 
obter tamanho de grão pequeno pode ser modificado o processamento do material na 
fase de conformação mecânica ou realizar um tratamento térmico (caso a liga possa ser 
tratada termicamente). 
 
 
 
 
Figura 12: Separação de grãos. 
Encruamento 
O encruamento é o fenômeno pelo qual um metal dútil se torna mais duro e mais 
resistente quando ele é submetido a uma deformação plástica. Algumas vezes esse 
fenômeno tambémé chamado de endurecimento por trabalho. Pelo fato de a temperatura 
em que a deformação é efetuada ser "fria" em relação à temperatura absoluta de fusão do 
metal, também é chamado de trabalho a frio. A maioria dos metais encrua à temperatura 
ambiente 
 
 34 
Adição de elementos de liga 
Com a adição de elementos de liga pode ocorrer dois fenômenos principais: a diminuição 
de tamanho de grão (no que resulta em um aumento de densidade de discordâncias, logo 
o aumento de resistência) e a formação de precipitados (partículas duras que em 
quantidades pequenas aumenta a resistência sem afetar a ductilidade). 
 
 
CAPÍTULO 6- CORROSÃO 
 
A corrosão é um grande desafio para a tecnologia, tanto da visão prática de manutenções e 
detectar seu efeito que pode ser catastrófico quando compromete toda uma estrutura, 
quanto da exigência de materiais mais resistentes em todos os aspectos (Metalúrgicos, 
Mecânicos e Químicos) para que tenha maior vida útil e que não comprometa vidas, meio 
ambiente e sociedade, logicamente todos esses aspectos tratados no trabalho relacionados 
ao custo, que é mais desafiador do que a própria pesquisa em muitos casos. 
Há várias morfologias da corrosão e saber diferenciar é fundamental para a atuação. 
 35 
 
Figura 6.1: Formas de corrosão 
 36 
 
Para evitar ou minimizar o efeito da corrosão há formas de se fazer proteções, que são 
denominadas: 
 Proteção catódica: A proteção catódica é um dos métodos mais empregados para 
a proteção de grandes estruturas quer seja enterradas ou submersas (parcial ou 
totalmente). O princípio da proteção catódica se baseia em levar o potencial de 
corrosão do equipamento a proteger para valores correspondentes à imunidade do 
material. 
Ex..: Anodos de sacrifício. 
 
 Proteção anódica: Há um revestimento metálico na superfície do metal (Exemplo: 
galvanização, cromagem e estanhagem), ou quando o próprio metal forma uma 
camada protetora (Exemplo: Aço inoxidáveis e alumínio). Haverá a formação de 
um óxido fino, aderente e passivo, que protegerá a estrutura. 
 
 
 Revestimentos: Adição de um material polimérico ou cerâmico na superfície do 
metal para evitar o contato do metal com o meio corrosivo. 
 
E ainda há como fazer uma atuação usando inibidores, que são substâncias que 
adicionadas ao meio corrosivo objetivam evitar, prevenir ou impedir o desenvolvimento 
das reações de corrosão, sejam nas fases gasosas, aquosas ou oleosas. O uso de 
inibidores de corrosão não deve interferir na propriedade do material a ser protegido, por 
exemplo formar um outro composto que irá corroer o metal da mesma maneira de que 
encontrada. 
 37 
CORROSÃO UNIFORME OU DE ATAQUE GENERALIZADO 
 
 
Figura 6.2: Corrosão de ponte de ferro com estrutura em treliça. 
 
A estrutura da ponte de ferro acima é feita em aço, e está exposta ao principal tipo de 
corrosão na forma de destruição de metais. A corrosão uniforme ou por ataque 
generalizado é caracterizada por uma reação eletroquímica ou química que se desenrola 
de modo uniforme em toda a superfície do metal exposta ao ambiente corrosivo. 
Essa corrosão pode ser facilmente controlada por: 
a) Revestimentos protetores – Podem ser usados revestimentos metálicos como 
anodos sacrificiais, ou seja, são corroídos no lugar do que se quer proteger. 
Também podem ser usados revestimentos orgânicos como tintas, vernizes lacas e 
muitos outros materiais poliméricos que ajudam a manter o aço isolado do 
ambiente corrosivo; 
 
b) Inibidores – Podemos usar a adição de inibidores a um sistema que pode diminuir a 
corrosão. Esses são chamados de agentes retardadores. 
Existem dois tipos, os inibidores de absorção, que provocam a absorção da 
superfície da estrutura metálica de determinadas substâncias que formam um filme 
protetor. E os inibidores que atuam por remoção, que provocam reações que 
removem os agentes de corrosão; 
 
c) Proteção catódica - Onde o controle da corrosão pode ser feito através do 
fornecimento de elétrons ao metal que se pretende proteger, no caso o aço. Os 
elétrons podem ser fornecidos através de uma fonte exterior de corrente contínua 
 38 
ou por meio de formação de um par galvânico com um metal mais anódico do que 
o que se quer proteger. 
 
 
 
Figura 6.3: Corrosão uniforme da viga de uma construção predial. 
 
A viga acima de uma edificação é feita em concreto armado com aço não galvanizado. 
Para esse caso em específico, uma solução inovadora por meio de proteção catódica é 
retirar a armadura deteriorada, implantar uma nova se necessário e o acoplamento de 
uma pastilha (material anódico), junto a armadura nova (metal catódico), retardando o 
efeito corrosivo. 
 39 
 
Figura 6.4: Corrosão uniforme do pilar de uma ponte. 
 
O pilar da ponte acima é feito em concreto armado, com aço não galvanizado, onde a 
solução mais adequada são os revestimentos protetores abaixo: 
a) Podem ser usados revestimentos metálicos como anodos sacrificiais, ou seja, são 
corroídos no lugar do que se quer proteger; 
 
b) A estrutura pode ser coberta por concreto que ajuda a isolar a armadura do meio 
corrosivo; 
 
 
c) Também podem ser usados revestimentos orgânicos como tintas, vernizes lacas e 
muitos outros materiais poliméricos que ajudam a manter o aço isolado do 
ambiente corrosivo. 
 40 
 
Figura 6.5 : Corrosão generalizada das bases de sustentação da plataforma da 
Petrobras. 
 
As bases e muitos outros materiais metálicos de uma plataforma são feitos de aço 
inoxidável. A solução mais inviável para deter a essa corrosão são os revestimentos 
protetores, que podem ser usados revestimentos metálicos como anodos sacrificiais, ou 
seja, são corroídos no lugar do que se quer proteger. E a cada período, esses 
revestimentos metálicos são trocados para que a corrosão não alcance a área metálica 
catódica da base da plataforma. 
Também podem ser usados revestimentos orgânicos como tintas, vernizes lacas e muitos 
outros materiais poliméricos que ajudam a manter o aço isolado do ambiente corrosivo; 
 
 
 41 
 
Figura 6.6: Corrosão generalizada da treliça de uma ponte. 
 
A treliça da ponte acima é feita em concreto armado, com aço não galvanizado, onde a 
solução mais adequada são os revestimentos protetores abaixo: 
a) Podem ser usados revestimentos metálicos como anodos sacrificiais, ou seja, são 
corroídos no lugar do que se quer proteger; 
 
b) Podem encobrir a armadura com concreto que ajuda a isolar a armadura do meio 
corrosivo; 
 
 
c) Também podem ser usados revestimentos orgânicos como tintas, vernizes lacas e 
muitos outros materiais poliméricos que ajudam a manter o aço isolado do 
ambiente corrosivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 42 
 
Figura 6.7: Casco do navio exposto a corrosão uniforme. 
 
Grande parte do navio é feito de um material náutico que resiste os grandes ambientes 
corrosivos. O casco do navio é feito de aço inoxidável, que retarda o processo de 
deterioração. Para esse tipo de corrosão, é inviável refazer o casco do navio, por que as 
peças internas do navio também estão gastas/sucateadas e o material náutico é muito 
caro. 
 
 
 43 
 
Figura 6.8: Corrosão uniforme de uma das pilastras de sustentação de uma ponte. 
 
A pilastra da ponte acima é feita em concreto armado, com aço não galvanizado, onde a 
solução mais adequada são os revestimentos protetores abaixo: 
a) Podem ser usados revestimentos metálicos como anodos sacrificiais, ou seja, são 
corroídos no lugar do que se quer proteger; 
 
b) Podem encobrir a armadura com concreto que ajuda a isolar a armadura do meio 
corrosivo;c) Também podem ser usados revestimentos orgânicos como tintas, vernizes lacas e 
muitos outros materiais poliméricos que ajudam a manter o aço isolado do 
ambiente corrosivo. 
 
 
 
 
 
 44 
CORROSÃO GALVÂNICA OU D E PAR BIMETÁLICO 
 
 
Figura 6.9: Corrosão da estrutura metálica interna da Estátua da Liberdade. 
 
A torre metálica em treliça, feita em aço da Estátua da Liberdade, está exposta a corrosão 
galvânica. São corrosões que se formam em função da água, que estimulam a formação 
de células galvânicas na superfície da estrutura. 
O meio de impedir esse tipo de corrosão é com revestimentos protetores. 
Utilizando um metal como (Ânodo) para se sacrificar no lugar do metal a ser protegido 
(Catodo). Deve-se tomar cuidado ao tipo de metal q será usado para revestimento, quanto 
ao potencial corrosivo. O material anódico não pode ter potencial corrosivo parecido com 
o metal catódito. 
 
 45 
CORROSÃO EM FENDAS OU FRESTAS 
 
 
Figura 6.10: Corrosão de Tubulações e viga calçadas por almofadas. 
 
A imagem acima mostra um processo de corrosão de duas tubulações metálicas calçadas 
por almofadas de borracha sobre vigas metálicas. A corrosão em frestas consiste em uma 
das formas de ataque mais incidente e menos reconhecida. Este tipo de corrosão 
localizada é um problema que em geral envolve os metais passiváveis e, portanto, 
materiais relativamente resistentes à corrosão, como, por exemplo, aços inoxidáveis, 
titânio e alumínio. Por esta razão, a corrosão em frestas é frequentemente negligenciada, 
levando a falhas prematuras de estruturas e equipamentos, algumas vezes com 
consequências catastróficas. 
Alternativas para a solução: 
a) A pouco mais de uma década vem se usando de forma incipiente suportes de alta 
resistência de material termoplástico. A configuração meia-volta onde o tubo é 
apoiado minimiza a fresta não permitindo a acumulação de água. Permite fácil 
inspeção e manutenção no suporte. O contato de metal-a-metal é eliminado se 
utilizado com um parafuso revestido, sendo a tubulação completamente isolada da 
estrutura de suporte; 
 
 46 
b) Podemos também substituir as almofadas por abraçadeiras. Ao utilizar essas 
braçadeiras em U, é importante aplicar uma manga de poliolefina sobre a haste do 
parafuso. Isto reduz o risco de quebrar a película de tinta em torno do tubo 
fornecendo a combinação certa de dureza e durabilidade para proteger a pintura da 
tubulação, evitando criação de uma fresta capilar em torno da circunferência do 
tubo; 
 
 
 
 
Exemplo 01: Modelo de abraçadeira numa tubulação metálica sobre uma viga. 
 
 
c) Outra alternativa interessante para se evitar a corrosão por frestas na parede da 
tubulação é a utilização de calhas de sacrifício (chapas de aço sobrepostas fixadas 
na parede externa do tubo), na região dos suportes juntamente com aplicação de 
fixador (pasta polímero). 
A aplicação desse polímero entre a chapa de sacrifício e a tubulação, por meio de 
solda a frio, fixa as calhas nos suportes de tubulações aéreas, evitando o processo 
de solda elétrica que gera no metal regiões de fragilização térmica, aumentando 
significativamente a susceptibilidade à corrosão nestes pontos. A função desse 
polímero é a fixação calha de sacrifício com a tubulação eliminando o contato da 
 47 
parede da tubulação com a calha. Essa calha de sacrifício afasta a fresta da 
tubulação, deixando a calha de sacrifício fazer sua função (corroer no lugar da 
tubulação). 
Essa alternativa pode ser utilizada em tubulações que trabalhem até 175°C 
aproximadamente. 
 
 
 
 
Exemplo 02: Modelo de calha de sacrifício numa tubulação metálica. 
 
 
 
 48 
CORROSÃO INTERGRANILAR EM AÇOS INOXIDÁVEIS 
 
 
Figura 6.11: Corrosão intergranular da treliça de uma ponte. 
 
O pilar acima é feito em aço inoxidável e está exposto a corrosão intergranular que 
consiste num ataque corrosivo localizado nos limites de grão ou em zonas adjacentes aos 
limites de grão de uma liga metálica. Ou seja, nos pontos de solda e é designado por 
envelhecimento da soldadura. 
Esse tipo de corrosão pode ser controlado através de: 
a) Recurso a um tratamento térmico de solubilização a alta temperatura, após a 
operação de soldadura. Se a junta soldada for aquecida até uma temperatura entre 
500 e 800ºC e em seguida for arrefecida rapidamente em água, é possível 
redissolver os carbonetos de crômio, obtendo-se novamente uma solução sólida; 
 
b) Adição de um elemento que se combine com o carbono do aço, impedindo a 
formação de carbonetos de crômio. Usam-se adições de Nióbio e de Titânio, 
respectivamente, para os aços do tipo 347 e do tipo 321. Estes elementos têm 
maior afinidade para o carbono do que o crômio. Os aços inoxidáveis que contém 
adições de Ti ou Nb dizem-se estar na condição estabilizada; 
 
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c) Diminuição do teor de carbono para valores de cerca de 0,03 % pond. ou menos, 
de modo que não possa ocorrer uma precipitação significativa de carbonetos de crômio. 
Por exemplo, o aço inoxidável do tipo 304L tem um teor de carbono deste nível. 
 
 
 
 
 
Figura 6.12: Deterioração de um pilar de estrutura predial. 
 
 
Essa estrutura predial feita em aço, tem uns pilares exposto pela corrosão intergranular 
designado por envelhecimento da soldadura. A solução pode ser com um ou mais 
métodos descritos abaixo: 
 
a) Recurso a um tratamento térmico de solubilização a alta temperatura, após a 
operação de soldadura. Se a junta soldada for aquecida até uma temperatura entre 
500 e 800ºC e em seguida for arrefecida rapidamente em água, é possível 
redissolver os carbonetos de crômio, obtendo-se novamente uma solução sólida; 
 
b) Adição de um elemento que se combine com o carbono do aço, impedindo a 
formação de carbonetos de crômio. Usam-se adições de Nióbio e de Titânio, 
respectivamente, para os aços do tipo 347 e do tipo 321. Estes elementos têm 
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maior afinidade para o carbono do que o crômio. Os aços inoxidáveis que contém 
adições de Ti ou Nb dizem-se estar na condição estabilizada; 
 
 
c) Diminuição do teor de carbono para valores de cerca de 0,03 % pond. ou menos, 
de modo que não possa ocorrer uma precipitação significativa de carbonetos de crômio. 
Por exemplo, o aço inoxidável do tipo 304L tem um teor de carbono deste nível. 
 
 
 
 
CORROSÃO SOB TENSÃO (CST). 
 
 
Figura 6.13: Corrosão do entroncamento de uma edificação. 
 
 
A estrutura acima é feita em aço e está exposta a corrosão sob tensão que consiste numa 
fissuração provocada por efeitos combinados de uma tensão de tração e de um ambiente 
corrosivo específico que atuam sobre o metal. 
Um ou mais métodos podem impedir ou reduzir a CST nos metais: 
a) Baixar a tensão no material metálico para um valor inferior ao que provoca 
fissuração. Isto pode ser conseguindo através da diminuição da tensão aplicada ao 
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material ou, no caso de tensões residuais, através de um recozimento para alívio 
de tensões. Nos aços-carbono, o recozimento para alívio de tensões é realizado no 
intervalo entre 600 e 650 º C, e nos aços inoxidáveis austeníticos no intervalo entre 
815 e 925 ºC; 
 
b) Eliminar o ambiente prejudicial; 
 
 
c) Escolher outro material metálico, caso não se possam mudar nem o ambiente nem 
o nível de tensão. Por exemplo, usar titânio em vez de aço inoxidável em 
permutadores de calor em contato com a água do mar; 
 
d) Aplicar proteção catódica através da utilização de anodos sacrificiais ou de uma 
fonte de correte externa; 
 
 
e) Adicionar de inibidores, caso seja possível. 
 
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DETERIORIZAÇÃO POR CAVITAÇÃOFigura 6.14: Corrosão por deterioração da hélice de um navio. 
 
As pás da hélice de um navio são feitas em aço. A figura acima mostra uma pá que foi 
exposta a deterioração por cavitação. Se trata de um tipo de corrosão com erosão 
provocado pela formação e recebimento de bolhas de ar, ou de cavidades cheias com 
vapor, junto à superfície de um metal que está imerso num líquido. 
Para esse tipo de corrosão não há tratamento. A solução é trocar a hélice destruída 
por uma nova. 
 
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CORROSÃO POR DESGASTE OU FRICÇÃO 
 
 
Figura 6.15: Porto exposto a corrosão por desgaste. 
 
O porto acima tem a sua construção em concreto com armadura não galvanizada e os 
pilares imersos no mar feitos em aço. Toda a estrutura está exposta a corrosão por 
desgaste. Ocorre nas interfaces de materiais que estão pressionados entre si e sujeitos a 
vibrações e escorregamentos. A corrosão por desgaste aparece sob a forma de estrias ou 
picadas rodeadas por produtos de corrosão. Para esse tipo de obra existem várias 
soluções como proteção catódica e o revestimento da armadura com concreto. Os pilares 
se estivem em condições úteis, devem ser revestidos com um material anódico para reter 
a deterioração. 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Smith, William F. – Princípios de Ciências e Engenharia dos Materiais, 3ª Ed., editora 
McGRAW-Hill; 
Van Vlack, Lawrence H – Princípios de Ciência dos Materiais, editora Blucher. 
Callister jr., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 5º Edição. ed. 
[S.l.]: LTC. 
Chiaverini, V. Tecnologia Mecânica Estrutura e Propriedades Mecânicas Volume I. 2º 
Edição. ed. [S.l.]: Editora McGraw-Hill, 1986. 
Padilha, Ângelo F. Materiais de Engenharia. Curitiba, PR. Editora: Hemus, 2000. 
Silva, A. L. V. D. C. E. Aços e ligas especiais. 3°. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2013.