Apostila Temperabilidade

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9. Temperabilidade 
8.1 – Introdução 
 Até o presente momento foram discutidos vários aspectos relativos ao comportamento do 
aço durante as diversas formas de transformação possíveis nos mesmos. Tanto os diagramas 
isotérmicos como os diagramas de resfriamento contínuo nos dão informações valiosas a 
respeito deste comportamento. Eles nos indicam, por exemplo, que um aço de uma 
determinada composição pode ser resfriado mais lentamente se tivermos elementos de liga no 
mesmo e mesmo assim podemos obter martensita. Entretanto devemos considerar qual é 
realmente a informação fornecida por estes diagramas para efeito prático em um tratamento 
térmico. Sabe-se que uma peça de aço resfriada em um meio qualquer terá uma velocidade de 
resfriamento que depende de vários fatores e uma vez que os mesmos sempre estarão 
presentes, temos que buscar alguma maneira de comparar e predizer o que irá acontecer 
quando é feito tal resfriamento. Para isto é necessário que primeiramente entendamos o que é 
temperabilidade. 
9.2 - Definição de Temperabilidade 
Para que tenhamos a máxima dureza em uma peça de aço é necessário que tenhamos a 
microestrutura composta unicamente por martensita. Esta microestrutura, entretanto somente 
poderá ser conseguida se pudermos eliminar as transformações da austenita que são 
dependentes da difusão como é o caso da transformação perlítica e da transformação bainítica. 
Isto só pode ser conseguido se tivermos um resfriamento suficientemente rápido. 
Existe um certo número de fatores que afetam as velocidades de resfriamento e portanto, a 
formação de martensita, com a conseqüente variação considerável de dureza ao longo da 
seção da peça ou ao longo de seções idênticas fabricadas com aços de diferentes composições. 
O conceito de temperabilidade trata do segundo caso. 
Segundo alguns autores temperabilidade pode ser definida como "a susceptibilidade de 
endurecimento por um resfriamento rápido" ou ainda como "a propriedade, nas ligas ferrosas, 
que determina a profundidade e a distribuição da dureza produzida por uma têmpera". Os dois 
conceitos enfatizam a dureza como parâmetro de comparação e como já foi salientado acima a 
origem da dureza é a formação e a presença de martensita, e então temos um terceiro conceito 
em que temperabilidade é " a capacidade de um aço se transformar total ou parcialmente de 
austenita para alguma percentagem de martensita a uma dada profundidade quando resfriado 
sob certas condições". Este conceito descreve mais precisamente o processo físico que conduz 
ao endurecimento. 
9.3 - Fatores que Afetam a Distribuição de Dureza 
Para que possamos entender melhor o conceito de temperabilidade devemos tratar aqui dos 
fatores que influen na distribuição da dureza ao longo da seção de uma peca. Para isto vamos 
buscar auxílio em um experimento em que várias barras de diâmetros diferentes são 
austenitizadas e resfriadas rapidamente. Medidas de dureza são feitas ao longo do diâmetro 
das barras com o objetivo de se obter a distribuição da dureza como função da distância da 
superfície até o centro. Nas figuras 9.1 e 9.2 temos os resultados de testes deste tipo para 
barras resfriadas em água e óleo para dois aços, um SAE 1045 e um SAE 6140. 
 
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Fig. 9.1: Perfis de durezas em barras de aço ABNT 1045 temperadas em: a) água; b) óleo. 
 
a)
 
b) 
Fig. 9.2: Perfis de durezas em barras de aço ABNT 6140 temperadas em: a) água; b) óleo. 
 
a)
 
b) 
 
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A análise destas duas figuras nos mostra que a distribuição das durezas em uma peça 
depende de três fatores que veremos a seguir. 
 Primeiramente vamos analisar o caso do aço SAE 1045. Podemos ver que a máxima dureza 
para este aço é obtida na superfície da barra de meia polegada e mesmo para este diâmetro 
existe uma queda na dureza em direção ao centro. Para os outros diâmetros existe uma queda 
paulatina na dureza mesmo na superfície. Isto denota que a dureza, e por conseqüência a 
quantidade de martensita formada, é dependente do diâmetro que afeta a velocidade de 
resfriamento. A mesma coisa acontece para o aço SAE 6140 só que neste caso as durezas são 
mais elevadas do que no caso anterior pelo fato deste aço possuir elementos de liga. Este 
segundo fator torna-se importante quando quisermos manter uma dureza média alta para 
barras de grande diâmetro. 
Um terceiro fator que afeta a distribuição de dureza é a velocidade de resfriamento. Nas 
figuras 9.1 e 9.2 podemos ver a distribuição da dureza para os mesmos aços e os mesmos 
diâmetros quando resfriados em óleo. Pode-se notar que existe uma sensível queda nas 
durezas para o aço SAE 1045. 
 Comparando-se os resultados acima podemos dizer que o aço SAE 6140 tem maior 
temperabilidade que o aço SAE 1045. Isto se deve essencialmente aos elementos de liga do 
primeiro os quais aumentam o tempo para decomposição da austenita em ferrita e/ou misturas 
de ferrita e cementita e portanto torna possível a obtenção de martensita para velocidades de 
resfriamento mais baixas. 
9.4 - Ensaio de Jominy 
 Há muito tempo o estabelecimento de formas de avaliação da temperabilidade de aços de 
forma prática tem sido a preocupação de vários pesquisadores. Para isto foram desenvolvidos 
vários procedimentos que nos proporcionam rotinas de testes com esta finalidade. Um dos 
testes mais correntes na prática industrial atualmente é o chamado Ensaio de Jominy (Fig. 9.3 
e 9.4). 
 
Fig. 9.3: Dimensões do corpo de prova para o ensaio de Jominy. 
 
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O corpo-de-prova é resfriado a partir de uma de suas extremidades por um jato de água, 
fazendo com que o mesmo experimente uma gama de velocidades de resfriamento que variam 
da velocidade de resfriamento em água até a velocidade de resfriamento ao ar. Se fizermos 
após o resfriamento medidas de dureza ao longo de uma geratriz da peça a cada 1/16 avos de 
polegada (Fig. 9.5) teremos um gráfico de dureza por distância que será característico do aço 
testado. 
 
Fig. 9.4: Condições para a realização do ensaio de Jominy. 
 
Fig. 9.5: Gráfico resultante do ensaio de Jominy de um aço ABNT 8640. 
 
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O Ensaio de Jominy é um ensaio útil para comparação entre os diversos aços, pois uma vez 
que as velocidades de resfriamento em cada ponto são bem conhecidas e praticamente 
imutáveis com a composição (Fig. 9.6), a forma da curva nos dará uma idéia da 
temperabilidade do aço. Assim um aço que apresente uma curva com queda na dureza 
acentuada possui baixa temperabilidade, ao passo que um aço que apresente uma queda suave 
na dureza possui alta temperabilidade. Facilmente se depreende que a maior ou menor queda 
na dureza depende dos elementos de liga presentes ou não no aço. 
 
Fig. 9.6: Diagrama de resfriamento contínuo de um aço contendo 0,38 % C, 0,74 Cr, 0,51 % Mo 
(Metals). 
 
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9.5 - Método de Temperabilidade de Grossmann 
 Para determinarmos a temperabilidade de acordo com o método de Grossmann uma série 
de barras cilíndricas de aço de diâmetros diferentes são temperadas em um meio de 
resfriamento. Por meio de um exame metalográfico a barra que tem 50 % de martensita no 
centro é separada e o diâmetro desta barra é dito o diâmetro crítico (Do), com as unidades 
geralmente em polegadas. As intensidades de resfriamento dos diferentes meios de 
resfriamento foram determinadas e são chamadas de fatores H. Este assunto será analisado 
mais profundamente quando abordarmos os meios de resfriamento. Os valores de H estão 
dados na Tabela 1. Usando-se o valor apropriado do coeficiente H do meio de resfriamento 
em consideração, o valor de Do pode ser convertido para o diâmetro crítico ideal Di, o qual é 
definidocomo a barra que, quando a sua superfície é resfriada a uma velocidade infinita (H = 
8 ), apresentará uma estrutura no centro contendo 50 % de martensita. Os diagramas contendo 
a correlação entre Do e Di estão apresentadas na Figura 9.7. 
 O valor obtido de Di é portanto uma medida da temperabilidade do aço e é independente do 
meio de resfriamento. Na prática os valores de Do são usados para determinar os valores de 
Di para barras temperadas em vários meios de resfriamento, usando os diagramas da Fig. 9.7. 
 
Tabela 1: Severidade dos meios de têmpera sob diversas condições de agitação. (Villares). 
 
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Exemplos
 
 Submetendo-se um aço cujo valor de Di é 2,0 polegadas a um resfriamento em óleo, cujo 
coeficiente é 0,4, encontramos um valor de Do de 0,8 polegadas. A familiaridade com o 
conceito de temperabilidade permite uma boa indicação da temperabilidade de um aço, a qual 
é obtida de seu valor de Di, donde esta é uma imagem útil para efeito de comparação. 
 
Fig. 9.7: Relação entre o diâmetro critico e o diâmetro critico ideal para diversas 
 
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Cálculo de Di a partir da composição química.
 
A temperabilidade pode ser calculada a partir da composição química de aços de baixo 
carbono e médio carbono levando-se em conta somente a quantidade de cada elemento em 
solução na temperatura de austenitização. O tamanho de grão austenítico também deve ser 
considerado. Quanto mais fino o grão mais baixa é a temperabilidade. Isto é devido ao fato de 
que a área superficial do grão cresce à medida em que o tamanho de grão decresce, dando 
lugar ao aumento do número de núcleos que servem de pontos de início de formação da 
perlita. 
O cálculo inicia com o conteúdo de carbono e com o tamanho de grão. Por meio da Figura 
9.8, uma temperabilidade básica para Di pode ser obtida. Para os outros elementos de liga as 
curvas da Figura 9.9 indicam o fator de multiplicação que corresponde a cada teor. Os fatores 
dados neste diagrama foram selecionados a partir de uma série de testes obtidos por diferentes 
pesquisadores e aprovados pela AISI. 
 O gráfico da Fig. 9.8 é aplicável a teores de carbono superiores a 0,8%, mas somente dentro 
do pressuposto de que todos os carbonetos estejam dissolvidos na temperatura de 
austenitização. Entretanto este não é geralmente o caso sem que se tenha que empregar uma 
temperatura desnecessariamente alta. Além do mais a dissolução completa dos carbonetos 
resultará em perigoso crescimento de grão e em grande quantidade de austenita retida no aço. 
Consequentemente se as temperaturas convencionais de austenitização forem utilizadas para 
aços de baixa liga com alto teor de carbono uma queda na temperabilidade deve ser esperada 
quando o carbono exceder 0,8%. Isto ocorre porque o carbono em excesso combina-se com os 
elementos de liga como o Cr e Mo formando carbonetos. Apesar da redução na 
temperabilidade, usa-se aços ligados com até 1,0% de carbono, mas nestas circunstâncias os 
carbonetos são benéficos porque aumentam a resistência ao desgaste dos aços. 
 
Fig. 9.8: Diâmetro critico ideal (em polegadas) em função do teor de carbono e do 
tamanho de grão austenítico para aços ao carbono. (Telnig). 
 
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Exemplos de cálculo de temperabilidade
 
1. Aço Cr-Mo com grão ASTM 7 e a seguinte composição: 
C Si Mn Cr Mo 
0,25 0,3 0,7 1,1 0,2 
 
Do gráfico o valor base de Di é 0,17 polegadas. Multiplicando-se este valor pelos valores 
apropriados para os elementos de liga obtemos: 
Di = 0,17 x 1,2 x 3,3 x3,4 x 1,6 = 3,7 polegadas 
2. Aço Ni-Cr-Mo com grão ASTM 6 e a seguinte composição: 
C Si Mn Cr Ni Mo 
0,35 0,3 0,7 1,4 1,4 0,2 
 
Di = 0,22 x 1,2 x 3,3 x 4,0 x 1,5 x 1,6 = 8,4 pol 
Os valores de Di obtidos podem ser convertidos para valores de Do por meio dos 
diagramas da Fig. 9.7, conforme descrito anteriormente. Por exemplo, resfriando-se em óleo 
com agitação moderada ( H = 0,4 ), o diâmetro crítico do aço Cr-Mo é Do = 2 polegadas e 
para o aço Ni-Cr-Mo é Do = 6,4 polegadas. 
Os valores de Do calculados desta forma são somente aproximados, mas eles são úteis para 
a comparação entre diferentes tipos de aços ou entre diferentes corridas. 
 
Fig. 9.9: Fatores de multiplicação para vários elementos de liga para o calculo da 
temperabilidade. (Telnig). 
 
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9.6 - Determinação da curva de Jominy em função da composição e do tamanho de grão 
Os resultados obtidos no método de Grossmann são muito próximos dos que são obtidos 
experimentalmente em aços ao carbono e de baixa liga com 0,30 % a 0,50 % de carbono. Por 
outro lado, quando determinamos a temperabilidade de aços com 0,20 % a 0,30 % de carbono 
obtemos durezas muito elevadas e para aços de alto teor de carbono e para os de alta 
temperabilidade os resultados são pouco exatos. Posteriormente e tomando por base este 
trabalho, foram desenvolvidos outros procedimentos para determinar a curva de Jominy dos 
aços, em função da sua composição e do tamanho de grão, nos quais se começa a determinar 
sempre o diâmetro crítico ideal. 
Um dos procedimentos mais práticos é devido a Joseph Field, que descrevemos como 
exemplo a seguir. 
A composição de um aço Ni-Cr-Mo com tamanho de grão 7 cuja curva de Jominy se quer 
determinar é a seguinte: 
C Si Mn Cr Ni Mo 
0,4 0,25 0,8 0,5 0,5 0,25 
 
 A determinação se faz utilizando as tabelas da seguinte forma: 
1. Na Tabela 2 se acha o fator base correspondente a 0,40 % de carbono (1a coluna) e 
tamanho de grão 7 (4a coluna), cujo valor é 0,2130. 
2. Na mesma tabela podemos determinar os fatores de multiplicação para os diversos 
elementos de liga. Procurando a porcentagem de cada elemento na primeira coluna e em cada 
uma das demais o fator correspondente a cada elemento, achamos os seguintes valores: 
Mn = 3,667 ; Si = 1,175; Ni = 1,182; Cr = 2,080; Mo = 1,750 
3. Multiplicando todos estes fatores por 0,2130 que é o valor correspondente para 
temperabilidade base para 0,40% de carbono e tamanho de grão 7, encontramos o valor do 
diâmetro ideal: 
Di = 0,2130x3,667x1,175x1,182x2,080x1,750 = 3,95 polegadas 
4. Para se conhecer os valores de dureza em cada um dos pontos do corpo-de-prova de 
Jominy, se utiliza primeiramente a mesma Tabela 2. Nela encontramos (primeira e última 
coluna), que a dureza que se obtém a 1/16" da base do corpo-de-prova temperado com um 
teor de carbono de 0,40 % de carbono é de 56 Rockwell C. Logo, utilizando agora a Tabela 3 
e procurando na primeira coluna o diâmetro crítico ideal Di, que no nosso caso é 3,95 
polegadas, acharemos por interpolação entre 3,90 e 4,0 os fatores abaixo: 
Distância da ponta temperada em 1/16": 
1 4 8 12 16 20 24 28 32 
1,000 1,022 1,202 1,397 1,590 1,730 1,820 1,895 1,940 
 
A dureza correspondente nos diversos pontos acha-se dividindo a dureza inicial que se 
obtém na base (56 Rockwell C) pelo fator correspondente em cada ponto: 
 
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1 4 8 12 16 20 24 28 32 
56,0 55,0 46,5 40,0 35,5 32,5 31,0 29,5 29,0 
 
 Este procedimento que acabamos de descrever e que foi concebido por Grossmann, é muito 
interessante porque dá uma idéia muito aproximada da temperabilidade dos aços, mas não é 
rigorosamente exato. As discrepâncias entre os resultados que são obtidos desta forma e os 
que se obtém experimentalmente, provêm do fato de que se considera que cada elemento de 
liga tem um efeito multiplicador fixo na temperabilidade para cada percentual de elemento de 
liga e independente de teor dos outros elementos de liga. Devido precisamente que este fator 
não é constante para as diversas combinações de composição, os resultados que obtemos não 
são exatos e aparecem algumas diferençasentre as temperabilidades obtidas por este 
procedimento e as temperabilidades reais. 
 
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Tabela 2 a): Fatores para determinação da dureza do ponto 1/16" da barra de Jominy em 
função da composição e do tamanho de grão. (Apraiz) 
 
 
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Tabela 2 b): Fatores para determinação da dureza do ponto 1/16" da barra de Jominy em 
função da composição e do tamanho de grão. (Apraiz) 
 
 
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Tabela 2 c): Fatores para determinação da dureza do ponto 1/16" da barra de Jominy em 
função da composição e do tamanho de grão. (Apraiz) 
 
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Tabela 2 d): Fatores para determinação da dureza do ponto 1/16" da barra de Jominy em 
função da composição e do tamanho de grão. (Apraiz) 
 
 
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Tabela 3 a): Fatores para a determinação da dureza em diversos pontos da barra Jominy 
em função do diâmetro critico ideal. (Apraiz) 
 
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Tabela 3 b): Fatores para a determinação da dureza em diversos pontos da barra Jominy 
em função do diâmetro critico ideal. (Apraiz) 
 
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9.7 - Aplicação prática do ensaio de Jominy 
O sistema que descreveremos está baseado no ensaio de temperabilidade idealizado por 
Jominy e em trabalhos efetuados por diversos pesquisadores americanos e ingleses sobre a 
influência na têmpera dos aços do tamanho da peças e do meio de resfriamento. 
 Utilizando este procedimento se chega a determinar com boa aproximação a dureza de 
cilindros de aço temperados, ligando os ensaios de Jominy com os resultados obtidos ao 
estudar o resfriamento contínuo desde uma temperatura alta, de cilindros de aço de diversos 
diâmetros. Admite-se neste caso que a dureza e as propriedades físicas com que fica um aço 
depois da têmpera efetuada em condições normais é sempre exclusivamente função do 
processo de resfriamento. Anteriormente foi mencionado que a velocidade de resfriamento de 
uma peça depende do tamanho da peça, do meio de resfriamento e da temperatura de têmpera. 
Isto quer dizer que se conhece a dureza que adquire um aço depois da têmpera, quando o 
resfriamento foi feito de uma forma determinada, conheceremos também a dureza de qualquer 
ponto ou perfil do mesmo aço que se tenha resfriado de forma análoga, independente de sua 
posição na peça, da forma e tamanho desta, bem como do meio de resfriamento empregado. 
 Conhecendo-se as durezas obtidas ao efetuar-se um ensaio de Jominy de um aço e as 
condições de resfriamento dos diferentes pontos do corpo-de-prova, pode-se conhecer a 
dureza que se obtém no interior de peças resfriadas nas mesmas condições. Deste modo as 
curvas de Jominy podem ser utilizadas para se predizer a distribuição de dureza em barras de 
aço de diferentes dimensões, resfriadas em vários meios de resfriamento. As velocidades de 
resfriamento nos vários pontos do corpo-de-prova de Jominy podem ser comparadas com as 
velocidades de resfriamento em barras de vários diâmetros resfriadas em vários meios de 
resfriamento. Esta comparação pode ser feita pelo uso dos gráficos de Lamont que servem 
para que se possa encontrar as velocidades de resfriamento em diversas posições de uma 
barra, desde o centro até a superfície, quando resfriada em condições normais, isto é, 
mergulhando-a totalmente no meio de resfriamento. Uma vez encontrada a velocidade de 
resfriamento em uma determinada posição da barra poderemos utilizar um gráfico de ensaio 
de Jominy de um aço específico para sabermos a dureza a ser obtida. Desta maneira 
poderemos prever o perfil de durezas de uma barra temperada em um meio de resfriamento 
qualquer, sem que se tenha que recorrer ao corte da mesma. 
Para que possamos entender melhor este procedimento damos um exemplo de aplicação 
abaixo: 
Suponhamos que uma barra de 4,0 polegadas de diâmetro tenha sido resfriada em óleo com 
agitação boa (H = 0,5 da Tabela 1). Queremos saber qual dureza será obtida na superfície 
desta barra se estivermos utilizando um aço ABNT 8640, cujo gráfico de Jominy aparece na 
Fig. 9.10. O primeiro passo será consultar o gráfico de Lamont (Fig. 9.11), onde obtemos que 
para uma barra de 4,0 polegadas de diâmetro resfriada em óleo com boa agitação teremos uma 
velocidade de resfriamento correspondente ao ponto 8/16" do ensaio de Jominy. Consultando-
se agora o gráfico de Jominy do aço ABNT 8640 obtemos que para o ponto 8/16" teremos 
uma dureza de aproximadamente 39 Rockwell C. Este procedimento pode ser repetido para os 
outros gráficos, determinando-se com isso o perfil de durezas da peça com este diâmetro e 
para as condições de resfriamento dadas. 
 
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Fig. 9.10: Gráfico de ensaio de Jominy do aço ABNT 8640. 
 
Fig. 9.11 a): Velocidades de resfriamento na superfície de barras resfriadas em vários 
meios de resfriamento. (Telnig) 
 
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Fig. 9.11 b): Velocidades de resfriamento em pontos situados a 0,9R abaixo da superfície 
da barra, resfriada em vários meios de resfriamento. (Telnig) 
 
Fig. 9.11 c): Velocidades de resfriamento em pontos situados a 0,7R abaixo da superfície 
da barra, resfriada em vários meios de resfriamento. (Telnig) 
 
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Fig. 9.11 d): Velocidades de resfriamento em pontos situados a 0,5R abaixo da superfície 
da barra, resfriada em vários meios de resfriamento. (Telnig) 
 
Fig. 9.11 e): Velocidades de resfriamento em pontos situados a 0,3R abaixo da superfície 
da barra, resfriada em vários meios de resfriamento. (Telnig) 
 
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Fig. 9.11 f): Velocidades de resfriamento em pontos situados a 0,1R abaixo da superfície 
da barra, resfriada em vários meios de resfriamento. (Telnig) 
 
Fig. 9.11 g): Correlação entre velocidades de resfriamento de barras cilíndricas e outros 
perfis, quando resfriados em água parada. (Telnig) 
 
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Fig. 9.11 h): Correlação entre velocidades de resfriamento de barras cilíndricas e outros 
perfis, quando resfriados em óleo parado. (Telnig) 
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