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Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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APOSTILA 4 
 
 
Universidade Católica de Petrópolis — UCP 
Materiais de Construção Mecânica 
Roger Marques Gomes 
Engenharia Mecânica e de Produção 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 Introdução aos Tratamentos Térmicos 
A história da civilização humana está intrinsecamente ligada à sua capacidade de manipular 
materiais. Desde a Idade do Bronze e a Idade do Ferro, o homem aprendeu empiricamente 
que aquecer e resfriar metais poderia alterar drasticamente suas propriedades. Um ferreiro da 
antiguidade, ao mergulhar uma espada em brasa na água, observava que ela se tornava 
incrivelmente dura, embora mais frágil. Este ato, envolto em mistério e ritual, foi um dos 
primeiros tratamentos térmicos da história. 
Hoje, os tratamentos térmicos evoluíram de uma arte para uma ciência precisa e controlada. 
Eles representam um conjunto de processos industriais fundamentais que envolvem o 
aquecimento e o resfriamento controlado de metais e ligas no estado sólido, com o objetivo de 
alterar suas propriedades físicas e mecânicas. Cerca de 80% de todos os componentes 
metálicos utilizados na indústria passam por algum tipo de tratamento térmico durante seu 
ciclo de fabricação. 
Importância Industrial: 
Otimização de Propriedades: Permitem que um mesmo material atenda a diferentes requisitos 
de projeto. Um aço pode ser usinado em um estado macio (recozido) e depois endurecido 
(temperado) para sua aplicação final. 
Viabilidade Econômica: Muitas vezes, é mais econômico utilizar um aço de baixo custo e 
melhorar suas propriedades via tratamento térmico do que utilizar uma liga de alto custo. 
 Aumento da Vida Útil: Tratamentos que aumentam a resistência ao desgaste, à fadiga e à 
corrosão prolongam significativamente a vida útil de componentes, reduzindo custos de 
manutenção e substituição. 
Inovação Tecnológica: O desenvolvimento de novos materiais e tecnologias, como os aços 
avançados de alta resistência (AHSS) para a indústria automotiva, só é possível graças ao 
controle preciso das microestruturas através de tratamentos térmicos complexos. 
Tratamento Térmico é um processo que consiste em uma ou mais operações de aquecimento 
e resfriamento de um material, em seu estado sólido, realizadas sob condições controladas 
(temperatura, tempo, velocidade e atmosfera) para conferir-lhe propriedades desejadas. 
É crucial notar que, na maioria dos tratamentos térmicos, a composição química geral do 
material não é alterada. A magia reside na manipulação da microestrutura – a forma como os 
grãos e as fases se arranjam em escala microscópica. 
Os objetivos primários dos tratamentos térmicos incluem: 
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Aumento da Dureza e Resistência Mecânica: (Ex: Têmpera) 
Aumento da Tenacidade e Ductilidade: (Ex: Revenido, Recozimento) 
Remoção de Tensões Internas: (Ex: Alívio de Tensões, Recozimento) 
Melhora da Usinabilidade: (Ex: Recozimento, Normalização) 
Refino do Tamanho de Grão: (Ex: Normalização) 
Alteração de Propriedades Magnéticas e Elétricas. 
É importante distinguir entre tratamentos puramente térmicos e os termoquímicos: 
Tratamentos Térmicos: Modificam a microestrutura sem alterar a composição química da 
peça. Ex: Têmpera, Revenido, Recozimento. 
Tratamentos Termoquímicos: Além do ciclo térmico, alteram a composição química da 
superfície da peça, geralmente pela adição de elementos como carbono, nitrogênio ou boro. 
Ex: Cementação, Nitretação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 Classificação e Tipos de Materiais Metálicos 
As ligas metálicas, que são a base da engenharia de materiais, podem ser amplamente 
classificadas em dois grandes grupos: ferrosas e não-ferrosas. 
Ligas Ferrosas: São aquelas em que o ferro (Fe) é o principal constituinte. Incluem os aços e os 
ferros fundidos. Devido à sua abundância, baixo custo e vasta gama de propriedades 
mecânicas, as ligas ferrosas são os materiais metálicos mais importantes e amplamente 
utilizados na engenharia. 
 
Ligas Não-Ferrosas: Incluem todas as outras ligas metálicas, como as de alumínio, cobre, 
titânio, níquel, magnésio, etc. São geralmente utilizadas em aplicações que exigem 
propriedades específicas que as ligas ferrosas não podem oferecer, como baixa densidade 
(alumínio, titânio), alta condutividade elétrica (cobre) ou alta resistência à corrosão (níquel). 
 
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Os aços são ligas de ferro-carbono que podem conter outros elementos de liga e que possuem 
um teor de carbono geralmente inferior a 2,11% em peso. A versatilidade dos aços reside na 
sua capacidade de ter suas propriedades drasticamente alteradas por tratamentos térmicos. 
Os aços podem ser classificados de várias maneiras, mas as mais comuns são baseadas na 
composição química e na aplicação. 
Baseado na Composição Química: 
Aços Carbono: Contêm apenas carbono como principal elemento de liga. São subdivididos em: 
Baixo Carbono (12%). 
Aços para Molas: Alta resistência e limite de elasticidade. 
Os ferros fundidos são ligas de ferro-carbono com teor de carbono superior a 2,11%. A alta 
concentração de carbono faz com que, durante a solidificação, o carbono se precipite na forma 
de grafita ou cementita (Fe₃C), conferindo propriedades muito distintas das dos aços. 
Ferro Fundido Cinzento: A grafita se apresenta em veios. Possui excelente capacidade 
de amortecimento de vibrações e boa usinabilidade, mas é frágil à tração. Usado em blocos de 
motor, bases de máquinas. 
Ferro Fundido Nodular (ou Dúctil): A grafita tem formato esferoidal (nódulos), o que 
confere maior ductilidade e tenacidade. Propriedades se aproximam das dos aços. Usado em 
virabrequins, componentes de suspensão. 
Ferro Fundido Branco: O carbono está na forma de cementita, tornando-o 
extremamente duro e frágil. Usado em aplicações de alta resistência à abrasão, como moinhos 
de bolas. 
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3 Fundamentos dos Tratamentos Térmicos 
Para entender os tratamentos térmicos, é essencial revisitar dois conceitos fundamentais: 
termodinâmica e cinética. 
Termodinâmica: Nos diz o que pode acontecer. Os diagramas de fase (como o Fe-C) 
são mapas termodinâmicos que mostram as fases estáveis em condições de equilíbrio 
(resfriamento infinitamente lento). Eles nos dizem, por exemplo, que um aço eutetóide (0,77% 
C) a 700°C será composto de ferrita e cementita. 
Cinética: Nos diz com que velocidade acontece. Os tratamentos térmicos operam fora 
do equilíbrio. Ao resfriar um aço rapidamente, não damos tempo para que as transformaçõese 
950°C, ambas por 1 hora 
a) Explique as diferenças microestruturais esperadas entre os dois tratamentos. 
b) Como essas diferenças afetarão as propriedades mecânicas após têmpera e revenido? 
EXERCÍCIO 3 
Uma peça cilíndrica de aço AISI 4340 (Ø 50mm) deve ser temperada. Estão disponíveis três 
meios de resfriamento: água, óleo e ar. 
a) Ordene os meios de resfriamento do mais severo ao mais suave, justificando. 
b) Para cada meio, preveja a microestrutura resultante no centro da peça. 
EXERCÍCIO 4 
Um aço temperado apresenta dureza de 62 HRC. Após revenido a 400°C por 2 horas, a dureza 
cai para 45 HRC. Se o objetivo é obter 52 HRC, determine: 
a) A temperatura de revenido necessária, mantendo o tempo de 2 horas. 
b) Explique o mecanismo metalúrgico responsável pela queda de dureza no revenido. 
EXERCÍCIO 5 
Compare austêmpera e martêmpera em termos de: 
a) Trajetórias nos diagramas TTT (descreva os caminhos) 
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b) Microestruturas resultantes e principais vantagens de cada processo. 
EXERCÍCIO 6 
Uma engrenagem de aço AISI 8620 será submetida à cementação gasosa a 920°C por 8 
horas. 
a) Calcule a profundidade aproximada da camada cementada usando a equação: x = k√t, onde 
k = 0,15 mm/h^0,5 para esta temperatura 
b) Descreva o perfil de dureza esperado da superfície ao núcleo após têmpera e revenido. 
EXERCÍCIO 7 
Um eixo de aço AISI 4140 temperado e revenido fraturou prematuramente em serviço. A 
análise metalográfica revelou martensita não revenida em algumas regiões. 
a) Identifique a provável causa da falha. 
b) Proponha medidas corretivas para evitar a recorrência do problema. 
EXERCÍCIO 8 
Duas amostras de aço AISI 1040 foram submetidas a diferentes tratamentos após 
conformação a quente: - Amostra A: Normalização (aquecimento a 870°C, resfriamento ao ar) 
- Amostra B: Recozimento pleno (aquecimento a 870°C, resfriamento lento no forno) 
a) Compare as microestruturas esperadas. 
b) Qual amostra apresentará melhor usinabilidade? Justifique. 
EXERCÍCIO 9 
Uma empresa deseja implementar têmpera por indução em eixos de aço AISI 1045 (Ø 40mm) 
para endurecer apenas a superfície (camada de 3-5mm). 
a) Explique o princípio físico da têmpera por indução. 
b) Liste três vantagens deste processo sobre a têmpera convencional em forno. 
EXERCÍCIO 10 
Um aço liga AISI 4340 foi temperado e revenido a 500°C por 2 horas, apresentando baixa 
tenacidade ao impacto apesar da dureza adequada (35 HRC). 
a) Identifique o fenômeno responsável pela baixa tenacidade. 
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b) Proponha uma solução para o problema mantendo a dureza desejada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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14 Bibliografia/Referências 
CALLISTER, William D., Jr.; RETHWISCH, David G. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma 
Introdução. 10ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020. 
GROOVER, Mikell P. Introdução aos processos de fabricação. Rio de Janeiro: LTC, 2014de fase previstas pela termodinâmica ocorram. A cinética, estudada através dos diagramas 
TTT (Tempo-TemperaturaTransformação) e CCT (Resfriamento Contínuo), descreve quais 
fases (perlita, bainita, martensita) se formarão em função da velocidade de resfriamento. 
O sucesso de um tratamento térmico depende do controle preciso de vários fatores: 
Composição Química do Aço: É o fator mais importante. O teor de carbono determina a 
dureza máxima que pode ser alcançada. Os elementos de liga influenciam a temperabilidade 
(a capacidade de endurecer em profundidade) e as temperaturas de transformação. 
 Temperatura de Austenitização: Deve ser alta o suficiente para dissolver os carbonetos 
e formar uma austenita homogênea, mas não tão alta a ponto de causar crescimento excessivo 
do grão. 
Tempo de Permanência: O material deve ser mantido na temperatura de austenitização 
por tempo suficiente para que a transformação seja completa em toda a sua seção. 
Velocidade de Resfriamento: Determina a microestrutura final. Velocidades altas 
favorecem a formação de martensita; velocidades médias, bainita; e velocidades lentas, 
perlita. Meio de Resfriamento: A severidade do meio (água, óleo, ar) controla a velocidade de 
resfriamento. 
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Os tratamentos térmicos são realizados em fornos industriais projetados para atingir altas 
temperaturas com grande uniformidade. A atmosfera dentro do forno também é crucial: 
Atmosferas Oxidantes (Ar): Podem causar oxidação (carepa) e descarbonetação (perda 
de carbono da superfície), o que é prejudicial para a peça. São usadas em tratamentos menos 
críticos. 
Atmosferas Protetoras ou Neutras: Usam gases como nitrogênio, argônio ou misturas 
endotérmicas para evitar reações com a superfície do aço. Essenciais para tratamentos de alta 
qualidade. 
Atmosferas Ativas (Carburantes ou Nitretantes): Usadas em tratamentos 
termoquímicos para adicionar elementos à superfície da peça. 
 
 
 
 
 
 
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4 Austenitização: A Preparação Para a 
Transformação 
A austenitização é a primeira e talvez a mais crítica etapa da maioria dos tratamentos térmicos 
de endurecimento. Consiste em aquecer o aço a uma temperatura dentro do campo 
austenítico e mantê-lo lá por tempo suficiente para obter uma estrutura de austenita (γ) 
homogênea. Se a austenitização for mal executada, nenhum tratamento subsequente poderá 
corrigir os defeitos introduzidos. 
 
A temperatura correta de austenitização depende do teor de carbono do aço: 
Aços Hipoeutetóides ( 0,77% C): Aquece-se a cerca de 30-50°C acima da linha A₁. 
Neste caso, não se busca dissolver toda a cementita, mas sim obter uma estrutura de 
austenita com carbonetos de cementita não dissolvidos, que ajudarão na resistência ao 
desgaste. 
O tempo na temperatura de austenitização deve ser suficiente para dissolver os carbonetos e 
homogeneizar a austenita. Um tempo muito curto resulta em uma estrutura heterogênea; um 
tempo muito longo pode causar o crescimento excessivo dos grãos de austenita. Grãos 
grosseiros são prejudiciais, pois podem levar à fragilidade e maior distorção durante a 
têmpera. 
 
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5 Têmpera: A Busca pela Dureza Máxima 
A têmpera é, sem dúvida, o tratamento térmico mais icônico e transformador da metalurgia. 
Seu objetivo primário é alcançar a máxima dureza que uma determinada liga de aço pode 
oferecer. Este feito é realizado através de um resfriamento controlado, porém extremamente 
rápido, a partir da temperatura de austenitização. Este processo força a austenita (γ), uma fase 
estável em alta temperatura, a se transformar não em produtos de equilíbrio como a perlita, 
mas em uma microestrutura única, altamente tensionada e metaestável chamada martensita. 
Diferentemente das transformações perlítica e bainítica, que são governadas pela difusão de 
átomos de carbono, a transformação martensítica é classificada como adifusional ou por 
cisalhamento. Isso significa que ela ocorre de forma quase instantânea (à velocidade do som 
no material) e não envolve o movimento de átomos de carbono a longas distâncias. Em vez 
disso, a rede cristalina da austenita, que possui uma estrutura cúbica de face centrada (CFC), 
sofre uma mudança estrutural cooperativa e abrupta. Grupos de átomos se deslocam de forma 
coordenada, cisalhando a estrutura para uma nova configuração: tetragonal de corpo centrado 
(TCC). 
Neste processo violento, os átomos de carbono, que estavam confortavelmente alojados nos 
interstícios maiores da estrutura CFC da austenita, não têm tempo para escapar. Eles ficam 
"presos" em solução sólida, forçados a ocupar os interstícios menores e assimétricos da nova 
estrutura TCC. Esta presença forçada do carbono distorce severamente a rede cristalina, 
criando um campo de tensões internas de altíssima magnitude. É essa distorção que atua 
como uma barreira quase intransponível ao movimento de discordâncias, o que, por sua vez, 
confere à martensita sua característica dureza e resistência extremas, mas também sua 
inerente fragilidade. 
A dureza da martensita é quase exclusivamente uma função do teor de carbono do aço. Esta é 
uma das relações mais fundamentais na ciência dos materiais. Quanto mais carbono estiver 
aprisionado na estrutura, maior será a distorção da rede TCC e, consequentemente, maior será 
a dureza e a resistência ao escoamento. A Figura 20.2 do Groover ilustra esta relação de forma 
inequívoca e quantitativa. 
 
 
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Analisando o gráfico, podemos extrair conclusões cruciais: - A curva superior mostra que a 
dureza da martensita (medida em Rockwell C, HRC) aumenta drasticamente com o teor de 
carbono, partindo de cerca de 35 HRC para um aço com 0,1% C e atingindo um platô em torno 
de 65-67 HRC para aços com teor de carbono acima de 0,6%. Este platô indica que, a partir 
deste ponto, a dureza máxima foi atingida e adicionar mais carbono não resultará em um 
aumento significativo da dureza da martensita. - A curva inferior, em contraste, mostra a 
dureza da perlita (obtida por recozimento, um processo de equilíbrio). A dureza da perlita 
também aumenta com o carbono, mas de forma muito mais branda e atingindo valores 
significativamente menores. Um aço com 0,8% C, por exemplo, terá cerca de 65 HRC na forma 
de martensita, mas apenas cerca de 25 HRC na forma de perlita. - Este gráfico, portanto, não 
apenas demonstra a importância do carbono, mas também justifica a existência do próprio 
tratamento de têmpera: é o único processo capaz de destravar o potencial máximo de dureza 
de um aço. 
Se a dureza máxima depende do carbono, a temperabilidade é um conceito diferente e 
igualmente vital. Ela descreve a facilidade com que a martensita pode ser formada em 
profundidade em uma peça. Um aço de alta temperabilidade pode ser transformado em 
martensita através de toda a sua seção transversal, mesmo em peças de grande espessura e 
com taxas de resfriamento mais lentas. Em contraste, um aço de baixa temperabilidade só 
formará martensita em uma fina camada superficial, mesmo com resfriamento muito rápido, 
enquanto seu núcleo se transformará em perlita ou bainita. 
A temperabilidade não é governada pelo carbono, mas sim pelos elementos de liga (como 
cromo, molibdênio, níquel, manganês). Estes elementos, quando em solução sólida na 
austenita, "atrasam" as transformações difusionais (perlítica e bainítica). Em termos de um 
diagrama TTT, eles deslocam as curvas de início de transformação (o "nariz" da curva) para a 
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direita, para tempos mais longos. Isso cria uma"janela de tempo" maior para que a peça, 
durante o resfriamento, possa passar pela região do nariz sem iniciar a transformação em 
perlita, permitindo que atinja a temperatura de início da martensita (Ms) e se transforme 
completamente em martensita. 
O método padrão universal para medir e comparar a temperabilidade dos aços é o Ensaio 
Jominy de Têmpera Final (End-Quench Test), cujo aparato e resultado típico são ilustrados na 
Figura 20.4 do Groover. 
 
O procedimento do ensaio é o seguinte: 1. Um corpo de prova cilíndrico padronizado 
(geralmente 25,4 mm de diâmetro e 102 mm de comprimento) é aquecido até sua 
temperatura de austenitização. 2. Ele é rapidamente transferido para um dispositivo onde um 
jato de água a uma temperatura e vazão controladas atinge apenas a sua face inferior. 3. O 
resfriamento ocorre de forma contínua ao longo do comprimento da barra. A extremidade 
atingida pela água resfria-se quase instantaneamente, enquanto as regiões mais distantes 
resfriam-se mais lentamente, por condução de calor ao longo da barra e convecção com o ar. 
4. Após o resfriamento, duas pequenas superfícies planas são usinadas em lados opostos ao 
longo do comprimento da barra. 5. A dureza Rockwell C é medida em intervalos padronizados 
a partir da extremidade temperada. 
O resultado é uma curva de temperabilidade (ou curva Jominy), que plota a dureza em função 
da distância da extremidade temperada. Aços de alta temperabilidade apresentarão uma 
curva que decai lentamente, mantendo uma dureza elevada por uma distância maior. Aços de 
baixa temperabilidade terão uma queda abrupta na dureza logo após a extremidade 
temperada. Estas curvas são como uma "impressão digital" da temperabilidade de um aço e 
são amplamente utilizadas em especificações de materiais para garantir que um lote de aço 
responderá adequadamente ao tratamento térmico pretendido. 
A escolha do meio de resfriamento (quenchante) é uma decisão crítica que busca um equilíbrio 
delicado. O meio deve ser severo o suficiente para extrair calor a uma velocidade superior à 
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velocidade crítica de resfriamento do aço (a velocidade mínima para evitar a formação de 
perlita), mas não tão severo a ponto de causar trincas ou distorções inaceitáveis devido à 
geração de tensões residuais. 
A severidade dos meios de resfriamento mais comuns, em ordem decrescente, é: 1. Salmoura 
(água com sal): Altíssima taxa de resfriamento. Usada para aços carbono de baixa 
temperabilidade e geometrias simples. 2. Água: Alta taxa de resfriamento, mas com um 
estágio de vapor instável que pode causar resfriamento não uniforme. 3. Óleo: Taxa de 
resfriamento mais branda e controlada. É o meio mais comum para aços-liga, pois minimiza 
significativamente o risco de distorção e trincas. 4. Sais Fundidos: Usados em tratamentos 
isotérmicos (austêmpera, martêmpera) para um controle preciso da temperatura. 5. Ar: 
Resfriamento muito lento, usado apenas para aços de altíssima temperabilidade (conhecidos 
como aços "temperáveis ao ar"), como muitos aços para ferramentas. 
As tensões residuais são uma consequência inevitável da têmpera e surgem de duas fontes 
principais: - Tensões Térmicas: A superfície da peça resfria-se e se contrai mais rapidamente 
que o núcleo. Isso gera tensões de tração na superfície e compressão no núcleo. - Tensões de 
Transformação: À medida que a peça se resfria, a superfície atinge a temperatura Ms e se 
transforma em martensita antes do núcleo. Como a martensita é menos densa (tem um 
volume maior) que a austenita, sua formação causa uma expansão. Esta expansão superficial, 
enquanto o núcleo ainda é austenítico e está se contraindo, gera tensões de compressão na 
superfície e de tração no núcleo. 
O estado final de tensões é a soma complexa desses dois efeitos. Geralmente, em peças de 
aço carbono temperadas, o efeito da transformação prevalece, resultando em um perfil 
desejável de tensões residuais de compressão na superfície (que aumentam a resistência à 
fadiga) e tração no núcleo. No entanto, se essas tensões forem excessivas, elas podem 
exceder a resistência do material e causar distorção (empenamento) ou, no pior caso, o 
aparecimento de trincas de têmpera. O controle do meio de resfriamento e o projeto da peça 
são fundamentais para mitigar esses riscos. 
 
 
 
 
 
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6 Revenido: Ajuste Fino das Propriedades 
Como estabelecido no capítulo anterior, a têmpera é um processo notavelmente eficaz para 
alcançar a dureza máxima em um aço, transformando a austenita em martensita. No entanto, 
essa dureza extrema vem acompanhada de uma consequência indesejável e perigosa: a 
extrema fragilidade. Uma peça de aço na condição "como temperada" é mecanicamente 
instável, repleta de tensões internas e possui uma tenacidade tão baixa que pode fraturar 
catastroficamente sob o menor impacto ou choque, de forma similar a um pedaço de vidro. 
Para a vasta maioria das aplicações de engenharia, onde se exige uma combinação de alta 
resistência e a capacidade de absorver energia (tenacidade), a martensita pura é inadequada. 
É neste ponto que o revenido se torna um tratamento térmico subsequente, não apenas 
recomendado, mas obrigatório. O revenido é um processo de reaquecimento controlado da 
peça temperada a uma temperatura abaixo da zona crítica (A₁), seguido por um período de 
manutenção e, por fim, resfriamento. O objetivo fundamental é aumentar a tenacidade e a 
ductilidade da estrutura martensítica, ao mesmo tempo em que se alivia as tensões internas 
geradas durante a têmpera. Este ganho em tenacidade é invariavelmente acompanhado por 
uma perda controlada e previsível de dureza e resistência mecânica. O resultado deste ajuste 
fino é uma microestrutura chamada martensita revenida, que, para muitas aplicações, 
representa o equilíbrio ótimo de propriedades mecânicas que um aço pode oferecer 
A Figura 20.3 do Groover apresenta de forma esquemática o ciclo térmico completo e típico 
para um tratamento de têmpera e revenido, que constitui a espinha dorsal do endurecimento 
de aços. O processo pode ser dissecado em três etapas fundamentais e sequenciais: 
 
1. Austenitização: A peça é aquecida a uma temperatura adequada (acima de A₃ para aços 
hipoeutetóides ou acima de A₁ para hipereutetóides) e mantida por tempo suficiente para que 
sua estrutura se transforme completamente em austenita homogênea. 
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2. Têmpera: Imediatamente após a austenitização, a peça é resfriada rapidamente em um 
meio apropriado (água, óleo, ar) a uma velocidade superior à sua velocidade crítica de 
resfriamento. O objetivo é suprimir a formação de perlita e bainita, forçando a transformação 
da austenita em martensita. 
3. Revenido: A peça, agora na condição temperada (dura e frágil), é reaquecida a uma 
temperatura precisamente controlada, abaixo da temperatura eutetóide (A₁). Ela é mantida 
nesta temperatura por um período de tempo específico (geralmente de 1 a 2 horas) para 
permitir que as transformações metalúrgicas ocorram, e então é resfriada, geralmente ao ar. 
Este ciclo é a base para a fabricação de inúmeros componentes mecânicos, desde simples 
parafusos de alta resistência até complexas engrenagens de transmissão e matrizes de 
forjamento. 
O "segredo" do revenido reside na energia térmica (calor) fornecida à estrutura instável da 
martensita. Esta energia permite que os átomos de carbono, que estavam supersaturados e 
presos na rede tetragonal, comecem a se difundir localmente. Este movimento atômico 
desencadeia uma sequência complexa e bem documentada de transformações 
microestruturais que, em conjunto, aliviam a distorção da rede e aumentam drasticamente a 
tenacidade. Estas transformações são geralmente divididas em quatro estágios, que podem se 
sobrepor dependendo datemperatura e do tempo: 
Estágio 1 (Aproximadamente 100-250°C): A mobilidade recém-adquirida dos átomos de 
carbono permite que eles comecem a sair da solução sólida da martensita. Eles se agrupam e 
formam precipitados extremamente finos de um carboneto de transição, conhecido como 
carboneto épsilon (ε), que possui uma estrutura hexagonal compacta. A saída do carbono da 
rede da martensita reduz sua tetragonalidade, aliviando uma parte significativa das tensões 
internas. A dureza pode até aumentar ligeiramente em alguns aços neste estágio devido à fina 
precipitação. 
Estágio 2 (Aproximadamente 200-300°C): Se a têmpera não foi perfeita, uma pequena fração 
de austenita pode não ter se transformado em martensita, ficando retida na microestrutura. 
Esta austenita retida é instável e, nesta faixa de temperatura, ela se decompõe, geralmente 
formando uma microestrutura fina de bainita. 
Estágio 3 (Aproximadamente 250-400°C): Com mais energia térmica, os carbonetos de 
transição (ε) se dissolvem e são substituídos por partículas mais estáveis e distintas de 
cementita (Fe₃C). A morfologia da cementita ainda é muito fina neste estágio. A dureza começa 
a diminuir de forma mais notável, enquanto a tenacidade aumenta consideravelmente. 
Estágio 4 (Acima de 400°C): Este é o estágio de amaciamento (softening). As partículas de 
cementita começam a crescer em tamanho (um processo chamado coalescência ou 
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amadurecimento de Ostwald) e a assumir uma forma esferoidal para minimizar a energia de 
superfície. A matriz de ferrita, livre da distorção tetragonal, se recupera (eliminação de 
discordâncias) e, em temperaturas mais altas (acima de 600°C), pode até recristalizar, 
formando novos grãos livres de tensões. O resultado final é uma microestrutura composta por 
uma matriz de ferrita macia e dúctil, reforçada por uma dispersão de partículas de cementita 
esferoidizadas. Quanto maior a temperatura e o tempo de revenido, maiores e mais espaçadas 
serão as partículas de cementita, resultando em menor dureza e maior tenacidade. 
A temperatura de revenido é o parâmetro de controle mais crítico para determinar as 
propriedades finais da peça. A relação é inversamente proporcional: quanto maior a 
temperatura de revenido, menor a dureza e a resistência, e maior a tenacidade e a ductilidade. 
Esta relação permite ao engenheiro "sintonizar" as propriedades do aço para uma aplicação 
específica, conforme a tabela abaixo: 
 
Apesar dos benefícios, o processo de revenido possui "armadilhas" que devem ser conhecidas 
e evitadas. Certos aços-liga, quando revenidos em faixas de temperatura específicas, podem 
sofrer uma perda inesperada e perigosa de tenacidade (medida, por exemplo, pela energia de 
impacto em um ensaio Charpy). Este fenômeno é conhecido como fragilidade do revenido. 
Existem dois tipos principais: 1. Fragilidade Irreversível do Revenido (ou Fragilidade de 
300°C): Ocorre quando o aço é revenido na faixa de aproximadamente 250°C a 400°C. 
Acredita-se que seja causada pela precipitação de finos filmes de cementita nos contornos de 
grão da martensita, criando um caminho fácil para a propagação de trincas. 2. Fragilidade 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
18 
Reversível do Revenido: Ocorre em uma faixa de temperatura mais alta (tipicamente 375-
575°C) ou durante o resfriamento lento através desta faixa após um revenido a temperaturas 
mais elevadas. Este fenômeno é causado pela segregação de elementos de impureza (como 
fósforo (P), estanho (Sn), antimônio (Sb) e arsênio (As)) para os contornos de grão da austenita 
original. Esta segregação enfraquece a coesão entre os grãos. A adição de molibdênio (Mo) ao 
aço é conhecida por mitigar este efeito. 
Devido a esses fenômenos, os engenheiros devem consultar manuais e especificações para 
evitar operar dentro dessas faixas de temperatura críticas para aços suscetíveis, garantindo 
assim a confiabilidade e a segurança do componente em serviço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7 Recozimento e Normalização 
Enquanto a têmpera e o revenido são processos focados em maximizar a dureza e a 
resistência, há uma vasta gama de situações na engenharia onde o oposto é desejado. 
Processos de fabricação como usinagem, conformação a frio (estampagem, trefilação) e 
soldagem exigem que o material esteja em sua condição mais macia, dúctil e livre de tensões 
possível. Além disso, processos de fabricação brutos como fundição e forjamento podem gerar 
microestruturas grosseiras, heterogêneas e com altas tensões internas, que precisam ser 
refinadas e homogeneizadas antes do uso ou de tratamentos térmicos subsequentes. 
É para atender a essas necessidades que existem os tratamentos de recozimento e 
normalização. Ambos envolvem o aquecimento do aço até o campo austenítico, seguido por 
um resfriamento controlado. No entanto, a sutil, porém crítica, diferença na velocidade de 
resfriamento entre os dois processos resulta em microestruturas e propriedades mecânicas 
distintas, tornando-os adequados para objetivos diferentes. 
O termo "recozimento" abrange uma família de tratamentos térmicos cujo objetivo principal é 
levar o aço a uma condição de máximo amaciamento, máxima ductilidade e mínimas tensões 
internas, aproximando-o de seu estado de equilíbrio termodinâmico. O processo mais comum 
é o recozimento pleno (full annealing). 
Ciclo Térmico do Recozimento Pleno: 1. Aquecimento: O aço é aquecido lentamente até uma 
temperatura adequada no campo austenítico. Para aços hipoeutetóides, aquece-se a cerca de 
30-50°C acima da linha A₃ para garantir a austenitização completa. Para aços hipereutetóides, 
aquece-se a cerca de 30-50°C acima da linha A₁, para austenitizar a matriz perlítica sem 
dissolver completamente a cementita já existente. 2. Manutenção: A peça é mantida na 
temperatura de austenitização por tempo suficiente para garantir a completa homogeneização 
da estrutura em toda a sua seção. 3. Resfriamento: Esta é a etapa definidora do processo. A 
peça é resfriada muito lentamente, geralmente desligando-se o forno e permitindo que a peça 
resfrie junto com ele ao longo de várias horas. Esta taxa de resfriamento extremamente baixa 
permite que as transformações de fase ocorram em condições muito próximas às de equilíbrio, 
conforme previsto pelo diagrama de fases Ferro-Carbono. 
O resfriamento lento permite que a transformação da austenita ocorra em temperaturas 
elevadas, onde a difusão atômica é alta. Isso resulta na formação de perlita grosseira. A perlita 
grosseira consiste em lamelas espessas e bem espaçadas de ferrita (macia e dúctil) e 
cementita (dura e frágil). Devido ao grande espaçamento lamelar, a matriz de ferrita é a fase 
contínua e dominante, conferindo ao material as seguintes propriedades: - Baixa Dureza e 
Resistência Mecânica: É a condição mais macia que se pode obter para um determinado aço. - 
Máxima Ductilidade e Tenacidade: A capacidade de deformação plástica é maximizada. - 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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Excelente Usinabilidade: A baixa dureza facilita o corte e a formação de cavacos, reduzindo o 
desgaste da ferramenta de usinagem. - Ausência de Tensões Residuais: O resfriamento lento e 
uniforme elimina as tensões internas geradas em processos de fabricação anteriores. 
Outros Tipos de Recozimento: - Recozimento para Alívio de Tensões: Realizado a 
temperaturas mais baixas (abaixo de A₁), não visa alterar a microestrutura, mas apenas aliviar 
as tensões geradas por soldagem, usinagem pesada ou conformação a frio. - Recozimento 
para Esferoidização: Aplicado a aços de alto carbono, envolve um longo tempo de manutenção 
a uma temperatura logo abaixo de A₁. O objetivo é transformar as lamelas de cementita da 
perlita em pequenas partículas esferoidais dispersasem uma matriz de ferrita. Esta é a 
condição de máxima maciez e é essencial para a conformação a frio de aços de alto carbono 
A normalização é frequentemente confundida com o recozimento, mas seus objetivos e 
resultados são diferentes. Enquanto o recozimento busca a maciez máxima, a normalização 
visa refinar a microestrutura, homogeneizar a composição e melhorar a tenacidade, 
produzindo um aço com propriedades mecânicas mais uniformes e previsíveis 
Ciclo Térmico da Normalização: 1. Aquecimento: O aço é aquecido a uma temperatura no 
campo austenítico, similar ou ligeiramente superior à do recozimento (sempre acima de A₃ 
para todos os aços, para garantir a dissolução completa de qualquer microestrutura anterior). 
2. Manutenção: Manutenção para garantir a austenitização completa. 3. Resfriamento: Esta é a 
diferença fundamental. A peça é removida do forno e resfriada ao ar calmo. Este resfriamento 
é significativamente mais rápido que o resfriamento dentro do forno do recozimento, mas 
muito mais lento que uma têmpera em óleo ou água. 
O resfriamento ao ar força a transformação da austenita a ocorrer em temperaturas mais 
baixas do que no recozimento. A menor taxa de difusão resulta na formação de perlita fina. A 
perlita fina consiste em lamelas de ferrita e cementita muito mais finas e mais próximas umas 
das outras. Além disso, a taxa de nucleação de novas colônias de perlita é maior, resultando 
em um tamanho de grão final menor e mais refinado. Esta microestrutura confere ao material 
um conjunto de propriedades superior em muitos aspectos ao do recozido: - Dureza e 
Resistência Ligeiramente Superiores: A perlita fina é mais dura e resistente que a perlita 
grosseira devido ao maior número de interfaces ferrita-cementita que dificultam o movimento 
de discordâncias. - Excelente Tenacidade: O refino de grão é um dos mecanismos mais 
eficazes para aumentar a tenacidade de um aço. - Homogeneidade Microestrutural: A 
normalização elimina a segregação e as estruturas grosseiras de fundição ou forjamento, 
criando uma microestrutura uniforme em toda a peça. Isso é crucial para garantir uma 
resposta consistente em tratamentos térmicos subsequentes, como a têmpera. 
A escolha entre recozimento e normalização depende do objetivo final. A tabela abaixo resume 
as principais diferenças: 
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Em resumo, se o objetivo é simplesmente amaciar o aço ao máximo para facilitar uma 
operação de fabricação, o recozimento é a escolha. Se o objetivo é criar uma peça com boa 
tenacidade e uma microestrutura refinada e uniforme como condição final ou como 
preparação para um endurecimento posterior, a normalização é o tratamento mais adequado e 
economicamente vantajoso. 
 
 
 
 
 
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8 Tratamentos Isotérmicos 
Os tratamentos de têmpera e revenido convencional, embora amplamente eficazes, possuem 
uma desvantagem intrínseca: a formação da martensita ocorre de forma brusca e em uma 
ampla faixa de temperaturas durante o resfriamento contínuo. Isso gera gradientes térmicos e 
de transformação significativos entre a superfície e o núcleo da peça, resultando em altas 
tensões residuais que podem levar a distorções, empenamentos ou até mesmo trincas, 
especialmente em peças de geometria complexa ou de seções variáveis. 
Para superar essas limitações, foram desenvolvidos os tratamentos térmicos isotérmicos. A 
palavra-chave aqui é "isotérmico", que significa "à mesma temperatura". Nestes processos, o 
resfriamento a partir da austenitização é interrompido em uma temperatura específica e 
mantido constante por um período de tempo controlado, permitindo que as transformações de 
fase ocorram de maneira mais uniforme e menos violenta. Os dois principais tratamentos 
isotérmicos são a austêmpera e a martêmpera. 
Ambos os processos utilizam um banho de sal fundido ou óleo quente como meio de 
resfriamento intermediário, pois esses meios permitem uma extração de calor rápida o 
suficiente para evitar a formação de perlita (passar pelo "nariz" da curva TTT), mas também 
conseguem manter uma temperatura constante e uniforme com alta precisão. 
Austêmpera: Obtendo Bainita de Alta Tenacidade 
A austêmpera é um tratamento isotérmico cujo objetivo é produzir uma microestrutura 
totalmente bainítica. A bainita, como visto na apostila anterior, é uma microestrutura não 
lamelar de ferrita e cementita que possui uma combinação única de alta resistência, boa 
ductilidade e, principalmente, excelente tenacidade e resistência à fadiga, muitas vezes 
superior à da martensita revenida de mesma dureza. 
Ciclo Térmico da Austêmpera: 1. Austenitização: A peça é aquecida e mantida na temperatura 
de austenitização, da mesma forma que nos outros tratamentos. 2. Resfriamento Rápido 
(Têmpera Interrompida): A peça é rapidamente transferida para um banho de sal fundido 
mantido a uma temperatura constante, localizada acima da temperatura de início da 
martensita (Ms), na região de formação da bainita no diagrama TTT (tipicamente entre 260°C e 
400°C). 3. Manutenção Isotérmica: A peça é mantida nesta temperatura por tempo suficiente 
para que a transformação da austenita em bainita se complete. O tempo necessário é 
determinado pela curva de fim de transformação no diagrama TTT. 4. Resfriamento Final: Após 
a transformação completa, a peça é resfriada ao ar até a temperatura ambiente. 
Microestrutura e Propriedades Resultantes: - A microestrutura final é 100% bainítica 
(geralmente bainita inferior, que é mais tenaz). - Alta Tenacidade e Resistência ao Impacto: 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
23 
Como a transformação ocorre de forma mais lenta e em uma temperatura mais alta que a 
martensítica, as tensões geradas são muito menores. - Mínima Distorção e Risco de Trincas: A 
transformação ocorre de maneira uniforme em toda a peça, que está a uma temperatura 
constante, eliminando os gradientes térmicos e de transformação. - Boa Ductilidade e 
Resistência à Fadiga: A morfologia da bainita (agulhas de ferrita com finos carbonetos) é 
excelente para resistir à propagação de trincas. - Processo Único: A austêmpera substitui tanto 
a têmpera quanto o revenido em uma única operação, podendo ser mais econômica em alguns 
casos. 
Limitações e Aplicações: A principal limitação da austêmpera é que ela só é aplicável a peças 
de seção relativamente fina e a aços com temperabilidade adequada, que permitam passar 
pelo nariz da curva TTT sem formar perlita. É amplamente utilizada na fabricação de 
componentes que exigem alta tenacidade e resistência à fadiga, como: - Molas e grampos de 
fixação. - Componentes de transmissão automotiva. - Peças de arados e equipamentos 
agrícolas. - Ferros fundidos nodulares, que respondem excepcionalmente bem à austêmpera, 
gerando o material conhecido como ADI (Austempered Ductile Iron), que compete com aços 
forjados em muitas aplicações. 
Martêmpera: Têmpera com Alívio de Tensões 
A martêmpera, também conhecida como "marquenching", não deve ser confundida com a 
austêmpera. O objetivo da martêmpera não é evitar a formação de martensita, mas sim formar 
martensita de maneira mais suave e controlada, minimizando as tensões residuais e a 
distorção. O produto final é martensita, que, assim como na têmpera convencional, precisa ser 
revenida posteriormente. 
Ciclo Térmico da Martêmpera: 1. Austenitização: Etapa idêntica à dos outros tratamentos. 2. 
Resfriamento Rápido (Têmpera Interrompida): A peça é resfriada rapidamente em um banho 
de sal ou óleo quente a uma temperatura ligeiramente acima da temperatura de início da 
martensita (Ms). 3. Equalização Isotérmica: A peça é mantida nesta temperatura apenas por 
tempo suficiente para que a temperatura se equalize entre a superfície e o núcleo. Este tempo 
deve ser curto o suficiente para não iniciar a transformação bainítica. 4. Resfriamentoao Ar: A 
peça é removida do banho e resfriada lentamente ao ar. Durante este resfriamento, a 
transformação da austenita em martensita ocorre de forma lenta e uniforme em toda a seção 
da peça, pois não há um gradiente térmico significativo. 5. Revenido: A peça, agora com uma 
estrutura de martensita de baixa tensão, é revenida da maneira convencional para ajustar a 
dureza e aumentar a tenacidade. 
Vantagens e Propriedades: - Minimização Drástica da Distorção e Empenamento: Esta é a 
principal vantagem da martêmpera. Como a transformação martensítica (que envolve 
expansão de volume) ocorre de forma quase simultânea na superfície e no núcleo, as tensões 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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de transformação são drasticamente reduzidas. - Redução do Risco de Trincas de Têmpera: A 
ausência de gradientes térmicos severos durante a transformação minimiza o risco de falha. - 
Propriedades Finais Similares à Têmpera e Revenido: Após o revenido, as propriedades 
mecânicas são muito semelhantes às obtidas por um processo convencional, mas com a 
vantagem de uma peça dimensionalmente mais estável e precisa. 
Aplicações: A martêmpera é ideal para peças que exigem alta dureza e precisão dimensional, 
onde a distorção da têmpera convencional seria inaceitável. Exemplos incluem: - Engrenagens 
de alta precisão. - Matrizes e moldes com geometrias complexas. - Rolamentos de grande 
porte. - Componentes de sistemas de injeção de combustível. 
 
Em suma, a escolha entre austêmpera e martêmpera depende das propriedades finais 
desejadas. Se o objetivo é a máxima tenacidade e resistência à fadiga em uma única operação, 
a austêmpera é a escolha. Se o objetivo é a máxima dureza com a máxima precisão 
dimensional, a martêmpera seguida de revenido é o caminho a seguir 
 
 
 
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9 Tratamentos Termoquimicos 
Até agora, os tratamentos discutidos alteravam a microestrutura do aço sem modificar sua 
composição química geral. No entanto, existe uma classe de tratamentos extremamente 
importante que combina um ciclo térmico com a alteração deliberada da composição química 
da superfície da peça. Estes são os tratamentos termoquímicos. 
O objetivo fundamental é criar um componente com um perfil de propriedades dual: uma 
superfície (ou casca) extremamente dura e resistente ao desgaste, e um núcleo macio e tenaz. 
Esta combinação é ideal para inúmeras aplicações de engenharia, como engrenagens, eixos e 
rolamentos, que precisam resistir ao atrito e à fadiga na superfície, enquanto o núcleo precisa 
absorver cargas de impacto e choque. 
O processo baseia-se na difusão de elementos intersticiais (pequenos átomos que se 
encaixam nos espaços da rede cristalina do ferro), como o carbono (C) e o nitrogênio (N), da 
atmosfera do forno para a superfície do aço. Para que a difusão ocorra em uma velocidade 
razoável, o processo deve ser realizado a temperaturas elevadas. A profundidade da camada 
modificada é controlada pelo tempo e pela temperatura do tratamento. 
Cementação: Enriquecendo a Superfície com Carbono 
A cementação é o tratamento termoquímico mais antigo e amplamente utilizado. O processo 
consiste em aquecer um aço de baixo carbono (tipicamente 0,10% a 0,25% C) a uma 
temperatura elevada no campo austenítico (geralmente 900-950°C) em uma atmosfera rica 
em carbono. O carbono da atmosfera se difunde para a superfície do aço, aumentando o teor 
de carbono superficial para a faixa de 0,8% a 1,0%. 
Após o período de cementação, a peça possui um gradiente de composição: uma superfície de 
alto carbono e um núcleo que permanece com o baixo teor de carbono original. A peça é então 
temperada. A superfície de alto carbono, com alta temperabilidade, transforma-se em 
martensita de alta dureza (~62 HRC). O núcleo de baixo carbono, com baixa temperabilidade, 
não endurece significativamente, resultando em uma microestrutura macia e tenaz 
(geralmente ferrita e perlita). O processo é sempre seguido por um revenido de baixa 
temperatura (~150-200°C) para aliviar as tensões da têmpera. 
Existem três métodos principais para fornecer o carbono: - Cementação Sólida (em Caixa): 
Método mais antigo. A peça é embalada em uma caixa de aço com um composto rico em 
carbono (carvão vegetal ativado com um catalisador como o carbonato de bário) e aquecida. É 
um processo lento e de difícil controle, usado hoje apenas para peças únicas ou pequenos 
lotes. - Cementação Líquida: A peça é imersa em um banho de sal fundido (cianetos) a alta 
temperatura. É mais rápido que a cementação sólida, mas o uso de cianetos, que são 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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altamente tóxicos, representa um risco ambiental e de segurança significativo. - Cementação 
Gasosa: É o método mais moderno, preciso e amplamente utilizado na indústria. A peça é 
aquecida em um forno com uma atmosfera controlada, composta por um gás transportador 
(geralmente gás endotérmico) enriquecido com um gás rico em carbono, como o gás natural 
(metano, CH₄) ou propano. O controle preciso da composição da atmosfera permite um 
controle exato do potencial de carbono e da profundidade da camada cementada. É ideal para 
produção em massa e automação. 
Nitretação: Dureza Extrema com Baixa Distorção 
A nitretação é um tratamento termoquímico que introduz nitrogênio na superfície do aço. 
Diferentemente da cementação, a nitretação é realizada a temperaturas muito mais baixas 
(tipicamente 500-570°C), abaixo da zona crítica do aço. Nesta temperatura, o aço permanece 
no estado ferrítico. 
O nitrogênio se difunde na superfície e reage com elementos de liga presentes no aço que têm 
alta afinidade pelo nitrogênio, como o alumínio (Al), cromo (Cr), molibdênio (Mo) e vanádio (V). 
Esta reação forma uma dispersão extremamente fina e coerente de nitretos metálicos. Estes 
nitretos são incrivelmente duros e estáveis, e distorcem a rede da ferrita, criando um campo 
de tensões que impede o movimento de discordâncias. 
Como o processo ocorre a baixa temperatura e não envolve uma transformação de fase como 
a têmpera, a distorção e o empenamento da peça são mínimos. Isso é uma vantagem 
gigantesca, pois permite que as peças sejam acabadas em suas dimensões finais antes da 
nitretação, eliminando a necessidade de operações de retífica caras após o tratamento. 
Principais Vantagens da Nitretação: - Altíssima Dureza Superficial: A dureza da camada 
nitretada pode exceder 1000 HV (equivalente a mais de 70 HRC), sendo superior à da 
cementação. - Excelente Resistência ao Desgaste e à Abrasão. - Boa Resistência à Fadiga: O 
processo induz altas tensões residuais de compressão na superfície. - Estabilidade Térmica: A 
dureza é mantida em temperaturas de serviço mais elevadas do que em peças cementadas, 
pois os nitretos são muito estáveis. - Mínima Distorção: Como mencionado, esta é a sua 
principal vantagem competitiva. 
Métodos de Nitretação: - Nitretação a Gás: O método tradicional, usando amônia (NH₃) como 
fonte de nitrogênio. - Nitretação em Banho de Sal (Líquida): Usa sais de cianeto e cianato. O 
processo é mais rápido, mas com os mesmos riscos ambientais da cementação líquida. - 
Nitretação a Plasma (ou Iônica): O método mais moderno. A peça é colocada em uma câmara 
de vácuo e uma diferença de potencial elétrico é aplicada, criando um plasma de nitrogênio. 
Os íons de nitrogênio são acelerados e bombardeiam a superfície da peça, difundindo-se para 
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dentro. Oferece o melhor controle sobre a estrutura da camada e é mais limpo 
ambientalmente 
Carbonitretação e Nitrocarbonetação Ferrítica 
Existem também processos híbridos que introduzem tanto carbono quanto nitrogênio na 
superfície do aço, buscando combinar as vantagens de ambos os processos. 
Carbonitretação: É essencialmente uma cementação gasosa onde uma pequena quantidade 
deamônia é adicionada à atmosfera. O processo é realizado a temperaturas mais baixas que a 
cementação (tipicamente 800-870°C). A adição de nitrogênio aumenta a temperabilidade da 
camada superficial, permitindo o uso de óleos de têmpera menos severos (reduzindo a 
distorção) ou até mesmo o tratamento de aços carbono simples. É um processo muito comum 
para endurecer peças pequenas de baixo custo em grande volume. 
Nitrocarbonetação Ferrítica (FNC): Este é um processo mais próximo da nitretação. É realizado 
a uma temperatura similar (570-580°C), onde o aço está na fase ferrítica. Uma atmosfera 
contendo tanto fontes de nitrogênio (amônia) quanto de carbono (gases como CO₂ ou gás 
endotérmico) é utilizada. O objetivo é criar uma fina camada superficial composta (a "camada 
branca"), rica em carbonitretos épsilon, sobre uma zona de difusão rica em nitrogênio. A FNC 
oferece excelente resistência ao desgaste, ao engripamento e à corrosão, com mínima 
distorção. É amplamente utilizada em componentes como virabrequins, eixos de comando de 
válvulas e hastes de amortecedores. 
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10 Tratamentos Superficiais e Endurecimento 
por Precipitação 
Os tratamentos termoquímicos, como a cementação e a nitretação, são extremamente 
eficazes, mas envolvem a complexidade e o tempo associados à difusão de elementos na 
superfície do aço. Existe uma outra classe de tratamentos de endurecimento superficial que 
alcança um resultado similar – uma superfície dura e um núcleo tenaz – mas sem alterar a 
composição química do material. Estes processos utilizam um aquecimento extremamente 
rápido e localizado, seguido por uma têmpera imediata. A chave é aquecer apenas a camada 
superficial do aço até a temperatura de austenitização, enquanto o núcleo permanece frio. A 
têmpera subsequente transforma apenas a camada superficial austenitizada em martensita, 
deixando o núcleo inalterado. 
Estes métodos são aplicáveis apenas a aços com teor de carbono suficiente para formar 
martensita (tipicamente aços de médio a alto carbono, > 0,35% C). Os dois processos mais 
comuns nesta categoria são a têmpera por indução e a têmpera por chama. 
Têmpera por Indução: Aquecimento Eletromagnético Preciso 
A têmpera por indução é um processo altamente sofisticado e controlável que utiliza os 
princípios do eletromagnetismo para gerar calor diretamente na superfície da peça. 
Princípios Físicos: 1. Uma bobina de cobre, chamada de indutor, é posicionada próxima à 
superfície da peça a ser tratada, mas sem contato físico. 2. Uma corrente alternada de alta 
frequência (de kHz a MHz) é passada através da bobina indutora. 3. Esta corrente gera um 
campo magnético que varia rapidamente no tempo. 4. De acordo com a Lei de Faraday da 
Indução, o campo magnético variável induz correntes parasitas (ou correntes de Foucault) na 
superfície condutora da peça de aço. 5. Devido à resistência elétrica do aço, a passagem 
dessas correntes parasitas gera um aquecimento intenso e localizado por efeito Joule. Além 
disso, em materiais ferromagnéticos, as perdas por histerese magnética também contribuem 
para o aquecimento. 
Um fenômeno crucial neste processo é o efeito pelicular (skin effect), que faz com que as 
correntes induzidas se concentrem em uma fina camada na superfície do material. A 
profundidade desta camada é inversamente proporcional à frequência da corrente: altas 
frequências resultam em um aquecimento muito superficial, enquanto frequências mais baixas 
permitem um aquecimento mais profundo. Isso permite um controle preciso da profundidade 
da camada a ser endurecida. 
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Processo e Equipamentos: O processo é extremamente rápido. A superfície da peça pode ser 
aquecida até a temperatura de austenitização em questão de segundos. Imediatamente após 
o aquecimento, a peça é resfriada por um spray de água ou outro meio de têmpera, muitas 
vezes integrado ao próprio dispositivo da bobina. O resultado é uma camada superficial de 
martensita dura, enquanto o núcleo, que nunca foi aquecido, mantém sua microestrutura e 
propriedades originais (geralmente uma estrutura normalizada ou beneficiada). 
Vantagens: - Velocidade e Eficiência: O aquecimento é extremamente rápido e 
energeticamente eficiente, pois o calor é gerado diretamente na peça. - Controle e 
Repetibilidade: O processo é facilmente automatizado, oferecendo um controle preciso sobre 
a profundidade da camada, a temperatura e o resultado final, com alta repetibilidade. - Mínima 
Oxidação e Distorção: O aquecimento rápido e localizado minimiza a oxidação e a distorção da 
peça como um todo. - Flexibilidade: Pode ser aplicado a geometrias complexas, endurecendo 
seletivamente apenas as áreas que necessitam de alta dureza (como os flancos dos dentes de 
uma engrenagem). 
Aplicações: É amplamente utilizado na indústria automotiva para endurecer eixos, 
virabrequins, comandos de válvulas e dentes de engrenagens. 
Têmpera por Chama: Um Método Versátil 
A têmpera por chama é um processo mais antigo e menos automatizado, mas ainda muito útil 
e versátil, especialmente para peças grandes ou para produções de baixo volume onde o custo 
de um indutor específico não se justifica. 
Processo: O processo envolve o uso de uma tocha de alta temperatura, alimentada por uma 
mistura de gás combustível (como acetileno, propano ou gás natural) e oxigênio, para aquecer 
rapidamente a superfície da peça. A chama é direcionada para a área a ser endurecida. Um 
operador experiente controla a distância, a velocidade de deslocamento da tocha e a 
intensidade da chama para atingir a temperatura de austenitização correta na superfície. 
Imediatamente após o aquecimento, a área é resfriada por um jato de água ou outro meio de 
têmpera. 
Vantagens e Desvantagens: - Versatilidade e Baixo Custo de Equipamento: Pode ser aplicado a 
peças de praticamente qualquer tamanho e formato. O equipamento básico (tochas e cilindros 
de gás) é relativamente barato. - Dependência da Habilidade do Operador: O controle do 
processo é menos preciso e depende muito da habilidade e experiência do operador para 
obter resultados consistentes. - Menor Eficiência Energética: Grande parte do calor da chama 
é perdida para o ambiente. 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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Aplicações: É comumente usada para endurecer superfícies de peças grandes, como guias de 
barramento de máquinas-ferramenta, grandes engrenagens, anéis de rolamento de grande 
diâmetro e trilhos. 
Endurecimento por Precipitação (Envelhecimento) 
Até agora, focamos no endurecimento de aços através da transformação martensítica. No 
entanto, muitas ligas não-ferrosas, como as de alumínio, níquel, magnésio e titânio, não 
sofrem este tipo de transformação. Para estas ligas, o principal mecanismo de endurecimento 
é o endurecimento por precipitação, também conhecido como envelhecimento. 
O princípio fundamental é criar uma fina e densa dispersão de partículas de uma segunda fase 
(os precipitados) dentro da matriz da liga. Estas partículas atuam como obstáculos 
extremamente eficazes ao movimento de discordâncias, aumentando drasticamente a 
resistência e a dureza do material. O processo, ilustrado esquematicamente na Figura 20.5 do 
Groover, ocorre em três etapas: 
 
1. Solubilização (Solution Treatment): A liga é aquecida a uma temperatura elevada, dentro do 
campo de fase única (α), e mantida por tempo suficiente para dissolver todos os elementos de 
liga e formar uma solução sólida homogênea. 
2. Têmpera (Quenching): A liga é resfriada rapidamente (geralmente em água) até a 
temperatura ambiente. Este resfriamento rápido "congela" os átomos dos elementos de liga 
em uma solução sólida supersaturada, não dando tempo para que eles se precipitem. 
3. Envelhecimento(Aging): A liga, agora na condição supersaturada e relativamente macia, é 
reaquecida a uma temperatura intermediária e mantida por um longo período. Nesta 
Apostila 4 — [Materiais de Construção Mecânica] — UCP 
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temperatura, os átomos dos elementos de liga ganham mobilidade suficiente para se 
difundirem e formarem uma dispersão extremamente fina de precipitados. 
O efeito do tempo e da temperatura de envelhecimento na dureza é crucial, como mostrado na 
Figura 20.6 do Groover. Inicialmente, a dureza aumenta à medida que os precipitados se 
formam e crescem até um tamanho ótimo para impedir o movimento de discordâncias (pico de 
envelhecimento). Se o envelhecimento continuar por muito tempo ou em uma temperatura 
muito alta, os precipitados começam a coalescer e a crescer demais (um processo chamado 
superenvelhecimento), tornando-se menos eficazes como obstáculos e fazendo com que a 
dureza da liga diminua. 
 
Aplicações: Este é o principal mecanismo de endurecimento para as ligas de alumínio de alta 
resistência usadas na indústria aeroespacial (como as séries 2xxx, 6xxx e 7xxx), bem como 
para muitas superligas à base de níquel usadas em componentes de turbinas a gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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11 Aplicações Industriais e Seleção de 
Tratamentos 
A seleção do tratamento térmico adequado é uma das decisões mais críticas no ciclo de vida 
de um componente mecânico. Não se trata de uma escolha arbitrária, mas de um processo 
lógico que começa com a análise dos requisitos de serviço da peça e termina com a 
especificação de um ciclo térmico preciso para obter a microestrutura que entregará as 
propriedades desejadas. O engenheiro de materiais atua como um tradutor, convertendo as 
necessidades do projeto (ex: "precisa resistir a 500.000 ciclos de fadiga sob uma carga de X 
MPa") em uma linguagem metalúrgica (ex: "precisamos de uma camada superficial de 1 mm 
com dureza de 60 HRC e tensões residuais de compressão de -400 MPa, sobre um núcleo com 
tenacidade de 80 J no ensaio Charpy"). 
Os fatores a serem considerados na seleção incluem: - Propriedades Mecânicas Requeridas: 
Dureza, resistência à tração, tenacidade, resistência à fadiga, resistência ao desgaste. - 
Material da Peça: A composição química do aço determina quais tratamentos são possíveis e 
qual será a resposta do material. - Geometria e Tamanho da Peça: Peças de seção espessa 
exigem aços de alta temperabilidade. Geometrias complexas são mais suscetíveis à distorção 
e trincas, favorecendo tratamentos mais suaves como a martêmpera ou a nitretação. - 
Condições de Serviço: Temperatura de operação, ambiente corrosivo, tipo de carregamento 
(estático, dinâmico, impacto). - Custo e Volume de Produção: Processos como a cementação 
gasosa e a têmpera por indução são ideais para alta produção, enquanto a têmpera por chama 
ou o recozimento em caixa podem ser mais viáveis para peças únicas ou pequenos lotes. 
Estudo de Caso 1: Engrenagem de Transmissão Automotiva 
Componente: Engrenagem helicoidal da caixa de câmbio de um automóvel. 
Requisitos de Projeto: 
Superfície: Altíssima dureza para resistir ao desgaste por contato de rolamento e 
deslizamento nos flancos dos dentes. Altíssima resistência à fadiga de contato para evitar a 
formação de pitting (micro-lascamento). 
Núcleo: Altíssima tenacidade para suportar as cargas de impacto que ocorrem durante 
as trocas de marcha e variações de torque. 
Análise e Seleção do Processo: 
1. Material: A escolha recai sobre um aço de baixo carbono ligado, como o SAE 8620 
(contendo Ni, Cr, Mo). O baixo carbono (0,20% C) garante um núcleo extremamente tenaz e 
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dúctil. Os elementos de liga conferem a temperabilidade necessária para endurecer o dente da 
engrenagem. 
2. Tratamento: O perfil de propriedades (superfície dura, núcleo tenaz) aponta 
diretamente para um processo de endurecimento superficial. A cementação gasosa é o 
processo ideal para esta aplicação de altíssimo volume de produção. 
3. Ciclo de Tratamento Detalhado: 
As engrenagens, já usinadas em sua forma final, são carregadas em um forno contínuo 
com atmosfera controlada. 
Cementação: São aquecidas a ~925°C em uma atmosfera rica em carbono. O tempo de 
permanência é calculado para atingir uma profundidade de camada eficaz de ~0,8 a 1,2 mm, 
com um teor de carbono superficial de ~0,8-0,9%. 
Têmpera Direta: Ao saírem da zona de cementação, as engrenagens são diretamente 
temperadas em óleo quente (~60-80°C). A superfície de alto carbono se transforma em 
martensita de alta dureza (~62 HRC). O núcleo de baixo carbono, devido à sua baixa 
temperabilidade, transforma-se em uma mistura de ferrita, bainita e martensita de baixo 
carbono, resultando em uma estrutura de baixa dureza e alta tenacidade. 
Revenido de Baixa Temperatura: As engrenagens são revenidas a ~150-180°C. Este 
revenido serve para aliviar as tensões de têmpera e aumentar ligeiramente a tenacidade da 
camada cementada, com uma pequena perda de dureza (para ~58-60 HRC). 
Resultado Final: Uma engrenagem com uma casca dura e resistente ao desgaste e um núcleo 
capaz de absorver as cargas de choque, garantindo uma longa vida útil e operação silenciosa. 
Estudo de Caso 2: Virabrequim de Motor a Diesel de Alta Performance 
Componente: Virabrequim, responsável por converter o movimento linear dos pistões em 
movimento rotacional. 
Requisitos de Projeto: 
Corpo Principal: Altíssima resistência à fadiga por flexão e torção, pois está sujeito a 
bilhões de ciclos de carga durante sua vida. 
Superfícies dos Moentes e Munhões (áreas de contato com as bielas e mancais): 
Altíssima resistência ao desgaste e ao engripamento. 
Precisão Dimensional: A distorção durante o tratamento térmico deve ser mínima para 
manter as tolerâncias apertadas. 
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Análise e Seleção do Processo: 
1. Material: Um aço de médio carbono ligado, como o SAE 4340 (Ni-Cr-Mo), é 
frequentemente escolhido. Este material é forjado na forma aproximada do virabrequim e 
depois usinado. 
2. Tratamento do Núcleo: Inicialmente, o virabrequim usinado passa por um 
tratamento de beneficiamento (têmpera e revenido) completo. Ele é temperado e revenido a 
uma alta temperatura (~550-650°C) para obter uma microestrutura de martensita revenida de 
alta tenacidade em toda a sua seção, garantindo a resistência à fadiga necessária para o corpo 
da peça. 
3. Tratamento Superficial: Após o beneficiamento e a usinagem final, as superfícies dos 
moentes e munhões precisam ser endurecidas. A nitretação a plasma é o processo ideal aqui. 
4. Ciclo de Tratamento Detalhado: O virabrequim beneficiado e acabado é colocado em 
uma câmara de vácuo. Nitretação a Plasma: Uma atmosfera de nitrogênio e hidrogênio é 
introduzida e um plasma é gerado. O processo ocorre a baixa temperatura (~520°C). Os íons 
de nitrogênio bombardeiam as superfícies dos moentes, difundindo-se e formando uma 
camada de nitretos extremamente dura (~65-70 HRC) e com altas tensões de compressão 
Resultado Final: Um virabrequim com um núcleo extremamente tenaz e resistente à fadiga 
(graças ao beneficiamento) e superfícies de contato com dureza e resistência ao desgaste 
superiores (graças à nitretação). A baixa temperatura do processo de nitretação garante que a 
precisão dimensional da peça seja mantida, eliminando a necessidade de retífica final e 
preservando as propriedades do núcleo 
Estudo de Caso 3: Mola Helicoidal de Suspensão 
Componente: Mola de suspensão de um veículo. 
Requisitos de Projeto: 
Altíssimo limite de escoamento e de elasticidade, para que possa se deformar 
elasticamente sob carga e retornar à sua forma original sem deformação permanente. 
Altíssima resistência à fadiga, para suportar milhões de ciclos de compressão e 
descompressão. 
Boa tenacidadepara não fraturar sob cargas de impacto (passar em um buraco) 
Análise e Seleção do Processo: 
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1. Material: Um aço de alto carbono ligado com silício, como o SAE 9260. O alto 
carbono fornece a resistência, e o silício aumenta o limite de escoamento. 
2. Tratamento: A combinação de alta resistência e alta tenacidade aponta para um 
tratamento que produza uma microestrutura refinada e livre de tensões excessivas. A 
austêmpera é uma excelente candidata, mas um ciclo de têmpera e revenido bem controlado 
também é amplamente utilizado e será nosso foco aqui. 
3. Ciclo de Tratamento Detalhado: O fio de aço é enrolado na forma da mola. 
Austenitização: A mola é aquecida a ~850°C. 
Têmpera: É temperada em óleo para obter uma estrutura totalmente martensítica. 
Revenido de Média Temperatura: A mola é revenida em uma faixa de ~400-500°C. Este 
revenido é o passo crucial. Ele reduz a dureza da martensita para um nível que maximiza a 
tenacidade e o limite de escoamento (tipicamente ~45-50 HRC). 
Shot Peening (Jateamento com Granalha): Após o tratamento térmico, a superfície da 
mola é bombardeada com pequenas esferas de aço em alta velocidade. Este processo 
mecânico a frio induz uma camada de altas tensões residuais de compressão na superfície, o 
que é extremamente eficaz para aumentar a resistência à fadiga, pois dificulta a iniciação de 
trincas superficiais. 
Resultado Final: Uma mola com a combinação ideal de elasticidade, tenacidade e resistência à 
fadiga para garantir a segurança e o conforto do veículo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12 Controle de Qualidade e Ensaios em 
Tratamentos Térmicos 
Um tratamento térmico é um processo de precisão que transforma as propriedades de um 
material em nível microscópico. No entanto, sem métodos de verificação e controle de 
qualidade, o processo é cego. É impossível saber se o tratamento foi bemsucedido apenas 
olhando para a peça. O controle de qualidade em tratamentos térmicos não é apenas uma 
etapa final, mas um sistema integrado que garante que os parâmetros do processo foram 
corretos e que as propriedades desejadas foram alcançicas. Ele protege contra falhas 
catastróficas em serviço, garante a consistência da produção e fornece a documentação 
necessária para a rastreabilidade e certificação de componentes críticos. 
Os ensaios de controle de qualidade podem ser divididos em duas categorias: destrutivos e 
não-destrutivos. 
Ensaio de Dureza: A Primeira Linha de Defesa 
O ensaio de dureza é, de longe, o método de controle de qualidade mais comum, rápido e 
econômico em tratamentos térmicos. A dureza é uma propriedade mecânica que está 
diretamente correlacionada com a microestrutura e a resistência à tração do aço. Uma 
medição de dureza que está dentro da faixa especificada é uma forte indicação de que o 
tratamento térmico foi realizado corretamente. 
Métodos Comuns: - Rockwell (HRC, HRB): É o método mais utilizado na indústria devido à sua 
rapidez e simplicidade. A escala Rockwell C (HRC) é usada para aços duros (temperados), 
enquanto a escala Rockwell B (HRB) é usada para materiais mais macios (recozidos). - Brinell 
(HB): Usa um indentador de esfera de grande diâmetro e uma carga elevada. É ideal para 
materiais com microestruturas grosseiras ou heterogêneas, como ferros fundidos, pois a 
grande impressão mede uma média das propriedades da superfície. Não é adequado para 
peças finas ou muito duras. - Vickers (HV) e Knoop (HK): São conhecidos como ensaios de 
microdureza. Utilizam um indentador de diamante e cargas muito leves. São usados para 
medir a dureza de fases individuais em uma microestrutura (ex: medir a dureza de uma 
partícula de cementita), para determinar o perfil de dureza em camadas finas (como em 
tratamentos termoquímicos) ou para testar materiais muito frágeis. 
Aplicação no Controle de Qualidade: - Verificação Pós-Têmpera: Medir a dureza de uma peça 
após a têmpera para garantir que a dureza máxima foi atingida. - Controle Pós-Revenido: 
Verificar se a dureza está dentro da faixa especificada após o revenido. - Perfil de Dureza: Em 
peças cementadas ou nitretadas, a microdureza é usada para traçar um perfil da dureza em 
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função da profundidade a partir da superfície, garantindo que a profundidade de camada eficaz 
(ECD - Effective Case Depth) foi alcançada. 
Análise Metalográfica: Olhando Dentro do Material 
Enquanto a dureza nos dá um número, a análise metalográfica nos dá a imagem. É um ensaio 
destrutivo que revela a microestrutura real do material, permitindo uma avaliação muito mais 
profunda da qualidade do tratamento térmico. O processo envolve: 
1. Corte: Uma seção representativa da peça é cuidadosamente cortada. 
2. Embutimento: A amostra é embutida em uma resina polimérica para facilitar o 
manuseio. 
3. Lixamento e Polimento: A superfície da amostra é lixada com uma série de lixas de 
granulometria progressivamente mais fina e, em seguida, polida com pastas de diamante até 
atingir um acabamento espelhado e livre de riscos. 
4. Ataque Químico: A superfície polida é exposta a um reagente químico suave (como o 
Nital, uma solução de ácido nítrico em álcool). O ataque corrói seletivamente as diferentes 
fases e os contornos de grão em taxas diferentes. 
5. Observação em Microscópio: A amostra é observada em um microscópio óptico ou 
eletrônico. As diferentes fases (ferrita, perlita, bainita, martensita) e características (tamanho 
de grão, inclusões) agora são visíveis. 
O que a Metalografia Pode Revelar: - Microestrutura Obtida: Confirma se a estrutura esperada 
(ex: martensita revenida, bainita) foi realmente formada. - Tamanho de Grão: Permite medir o 
tamanho de grão austenítico, um indicador crucial da temperatura de austenitização. Grãos 
grosseiros podem indicar superaquecimento. - Profundidade de Camada: Em tratamentos 
superficiais, permite medir visualmente a profundidade da camada endurecida. - Defeitos: 
Pode revelar defeitos como descarbonetação, oxidação interna, trincas de têmpera, austenita 
retida em excesso, etc. 
Outros Ensaios e Métodos de Controle 
Ensaio de Tração: Ensaio destrutivo que mede o limite de escoamento, o limite de resistência à 
tração e a ductilidade (alongamento e estricção). Fornece as propriedades mecânicas mais 
diretas para o projeto, mas é caro e demorado, sendo geralmente usado para qualificação de 
processos, não para controle de rotina. 
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Ensaio de Impacto (Charpy): Ensaio destrutivo que mede a tenacidade do material, ou seja, 
sua capacidade de absorver energia de impacto. É crucial para qualificar materiais para 
aplicações que envolvem cargas de choque. 
Ensaios Não-Destrutivos (END): 
Ultrassom: Pode ser usado para detectar trincas internas. 
Partículas Magnéticas e Líquidos Penetrantes: Usados para detectar trincas 
superficiais. 
Medição de Tensões Residuais por Difração de Raios-X: Técnica avançada para 
quantificar o estado de tensões na superfície da peça, crucial para avaliar a resistência à 
fadiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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13 Exercícios 
EXERCÍCIO 1 
Um engenheiro precisa especificar o tratamento térmico para um eixo de transmissão 
automotivo fabricado em aço AISI 4140. O componente deve apresentar alta dureza 
superficial (58-62 HRC) para resistir ao desgaste, mas manter tenacidade no núcleo para 
suportar cargas de impacto 
a) Explique por que um tratamento térmico simples (apenas têmpera) não seria adequado para 
esta aplicação. 
b) Proponha uma sequência de tratamentos térmicos adequada, justificando cada etapa. 
EXERCÍCIO 2 
Durante a austenitização de um aço AISI 1045, foram testadas duas temperaturas: 780°C