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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE 
SOROCABA 
Departamento de Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tratamento Térmico e Seleção dos Materiais 
Laboratório 
 
2ª.Edição 
 
 
 
Profª.Msc.Margarete Ap. Leme Andrade 
Instrutores: Otávio Alberto, João Ramos 
Mauro Pancera 
 Estagiário: Antonio de Paula 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OUTUBRO 2002 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
2 
ENSAIO PARA DETERMINAR O TAMANHO DE GRÃO AUSTENÍTICO. 
Válido para aços com baixo teor de carbono (método da cementação) 
 
1. Objetivos: 
 
Este ensaio tem como objetivo determinar o tamanho de grão 
austenítico para aços com baixo teor de carbono, através do método da 
cementação ou MC QUAID-EHN. 
 
? Para aços ao carbono, este método é aplicado em teores de carbono até 
0,45%. 
? Para aços liga, este método é aplicado em teores de carbono até 0,60%. 
 
Este ensaio é aplicável em laboratório de fabricante de aço ou do 
comprador para a verificação da matéria prima quando solicitado por norma 
ou exigência de projeto. 
 
2. Referências: 
? Classificação padrão do tamanho de grão austenítico em aços conforme 
ASTM – E19 – 46. 
? Chiaverini, V. Aço ao Carbono e Aços liga – Capítulo III. 
? Colpaert, H. Metalografia dos produtos Siderúrgicos Comuns –Capítulo 
IV. 
? Anexo I – Efeito do Tamanho de Grão austenítico sobre certas 
características dos aços. 
? Anexo II – Padrões estabelecidos pela ASTM para tamanho de grãos 
dos aços austeníticos. 
? Anexo III – Estrutura dendritica (Bruta de fundição); deformações acima 
e abaixo da zona crítica e influencia da temperatura e tempo sobre o 
tamanho de grãos. 
 
 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
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3. Requisitos: 
Para melhor entendimento deste ensaio e em adição ao 
procedimento do mesmo temos: 
? Quanto maior o tamanho de grão austenitico tanto mais para a 
direita são deslocadas as curvas de inicio e fim de transformação 
do diagrama TTT, com conseqüente atraso do inicio e fim da 
“perlita”. O produto de transformação “perlita” é formado 
inicialmente no contorno de grão da austenita. A austenita com 
granulação grosseira levará mais tempo para a total 
transformação do que a austenita com granulação fina. Assim 
sendo os aços com granulação austenitica grosseira são 
resfriados mais rapidamente, apresentando estruturas 
martensiticas, mais facilmente do que aços com grão austenítico 
mais fino. Tal fato poderá levar a conclusão errônea devendo 
preferir os aços com granulação grosseira. A tabela 1 mostra que 
os prejuízos de uma granulação grosseiros são maiores que as 
vantagens. 
 
? O tamanho de grão tem importância extraordinária na produção 
de certos produtos, como por exemplo, o “pára-lama” e partes da 
carroceria dos automóveis, pois caso a granulação do aço seja 
grosseira, após a estampagem a superfície aparecerá rugosa 
com um defeito chamado de “casca de laranja” e não como uma 
superfície perfeitamente lisa como seu acabamento exige. Para 
tais aplicações é necessário aço com tamanho de grão fino para 
que a chapa tenha ductilidade suficiente requerida pela 
estampagem. 
 
? Visando controlar a granulação fina do aço, se torna necessário à 
adição dos elementos chamados de afinadores ou refinadores de 
grãos, tais como alumínio (Al), vanádio (V), nióbio (Nb) e titâneo 
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(Ti). O mais utilizado é o Al que controla o tamanho de grão 
austenitico, pela presença de partículas finas (diâmetros menores 
que 100 Angstron), dispersas sob a forma de AlN (nitreto de 
alumínio). Durante a fundição do aço em lingoteiras, retira-se uma 
amostra, que em seguida é vazado em molde coquilhado, bi-
partido, obtendo o corpo de prova. 
 
? O corpo de prova é aquecido e deformado (recalque) em um 
martelete pneumático para “quebrar” a estrutura dendrítica (bruta 
de fundição, segundo o anexo III (figuras 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7): 
 
4. Procedimentos: 
? A precipitação de uma rede de cementita em contorno de grão 
austenítico, na camada cemtentada do corpo de prova, a partir do 
resfriamento lento, até uma temperatura abaixo da temperatura 
critica inferior, permite estabelecer o tamanho de grão austenítico 
do aço. 
? Usamos uma caixa feita de aço resistente ao calor. Colocamos o 
cp, mais a mistura carbonetante (60% de carvão vegetal + 40% 
de carbonato de Bário (BaCO3))> A tampa é vedada com massa 
refratária. Essa caixa será colocada em forno à temperatura de 
925º C ±15ºC (conforme ABNT) durante 8 horas ou até obter-se 
uma camada cementada de aproximadamente 1,25mm de 
profundidade. 
? As reações são as seguintes: 
 BaCO3 → BaO + CO2? 
 CO2 + C → 2CO? 
 2CO → CO + C (no estado atômico) 
 
O carbono no estado atômico será difundido dentro do corpo de 
prova efetuando a cementação. O corpo de prova será esfriado no forno até 
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uma temperatura v\critica inferior, a uma velocidade capaz de proporcionar 
a precipitação da cementita no contorno de grão austenítico da zona 
hipereutetóide da camada cementada. 
 
Anexo I 
 
Efeito do tamanho de grão austenítico sobre certas 
características dos aços 
Tendências nos aços temperados 
Propriedades Aços com γ grosseira 
( T.G. 1 a 4) 
Aços com γ fina 
( T.G. 5 a 8) 
Endurecibilidade Mais profundo Menos profundo 
Tenacidade a mesma 
dureza 
Menos Tenazes Mais tenazes 
Empenamento Maior Menor 
Fissuras pós tempera Mais frequente Menos freqüente 
Fissuras de retificação Mais susceptíveis Menos susceptíveis 
Tensões residuais Maiores Menores 
Austenita retida Mais Menos 
Nos aços recozidos 
Usinabilidade Melhor (desbaste) Inferior (desbaste) 
Usinabilidade (casos 
especiais) 
 
Inferior (acabamento fino) 
 
Melhor (acabamento fino) 
Trabalhabilidade (casos 
especiais) 
 
Superior 
 
Inferior 
 
 
 
 
 
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Anexo II 
 
Padrões estabelecidos pela ASTM para tamanho de grão dos aços. 
 
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 Padrões estabelecidos pela ASTM para tamanho de grão dos aços. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXO III 
 
 fig. 1 - Desenvolvimento de uma dendrita equiaxial 
 
fig.2: Desenvolvimento das dendritas junto às paredes dos moldes ou lingoteiras 
 
fig 3: Deformações acima e abaixo da zona crítica 
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fig. 4 - O arredondamento dos cantos vivos impede a formação de uma linha de 
resistência menor seguindo a bissetriz 
 
 
 
fig. 5 – Grãos colunares convergindo para um núcleo central de grãos exiais na 
secção transversal de um lingote prismático 
 
 
fig.6 – Influencia da temperatura e do tempo sobre o tamanho de grãos 
 
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ENSAIO DE DUCTILIDADE DE FOLHAS 
( EMBUTIMENTO ERICHSEN) 
 
1. Objetivos: 
Este ensaio tem por objetivo, medir a ductilidade em aços de baixo 
carbono laminado a frio, utilizado em processos de estampagem profunda e 
extra profunda. 
 
2. Escopo: 
Este ensaio é aplicado em laboratórios de industrias relaminadoras a 
frio de aços e pelo cliente, para a verificação da matéria prima, quando 
solicitado por norma ou exigência do projeto. 
 
3. Referencias: 
As seguintes referencias da NBR 5007/1982 são aplicáveis paera 
esteensaio: 
? Tabela 1 – Graus, classes, superfícies e acabamentos 
superficiais correspondentes. 
? Tabela 2 – Dimensões Especiais para o ensaio de Embutimento 
Erichsen modificado. 
? Anexo I – Composição química da chapa G2 – RL a ser utilizada 
na aula prática. 
 
4. Requisitos: 
Para a realização deste ensaio é necessário conhecer seu 
procedimento. 
? Para o ensaio Erichsen ou Olsen, será utilizado a mesma 
maquina com as seguintes variações: 
 
 
 
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 Erichsen Olsen 
Punção Cone esférico Esfera 
Medida (h) da 
deformação 
Centésimo de mm Milésimo de polegadas 
 
? Sob as mesmas condições, o Ensaio Erichsen acusa maior 
ductilidade que o Olsen. 
? Além da medida quantitativa da ductilidade o ensaio Erichsen, 
fornecerá indicações sobre a granulação do material e 
informações no que se refere a determinadas aplicações, devido 
a ruptura e seu aspecto. 
? No ensaio Erichsen a falta de reprodutibilidade é motivada por 
vários fatores: Operador, máquina, fixação do corpo de prova, 
quantidade de lubrificante aplicado ao c.p. no ponto de contato do 
punção, velocidade do ensaio, precisão dos medidores etc. As 
máquinas modernas, fixam os corpos de provas por pressão 
hidráulica e aplicam as cargas automaticamente com velocidade 
constante. 
? A medida da ductilidade de folhas para materiais idênticos, 
aumenta de maneira linear com a espessura na proporção de 0,6 
mm para acréscimos de 0,25 mm de espessura. 
? O ensaio solicita o material em todas as direções, não traduzindo 
o comportamento real das folhas, na operação de embutimento. 
Quando não existir maquina para executar os ensaio Erichsen ou 
Olsen, será realizado o ensaio real (try out) na própria prensa. 
Nesse caso será verificado a dureza da chapa de aço através de 
desbaste com lima por segurança do equipamento e ferramental. 
? Os aços utilizados para estampagem a frio são designados por 
G2 (estampagem média), G3 (estampagem profunda) e 
G4(estampagem extra profunda). As classes R (recozido) e 
RL(recozido e levemente laminado) 
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5. Procedimentos: 
? Corpo de prova: deverá apresentar um tamanho adequado que 
permita sua perfeita fixação pelos anéis. O lado em contato com 
o punção é lubrificado e o corpo de prova deverá ser apertado 
tanto quanto possível. 
? O corpo de prova estando fixo entre os anéis ou matrizes será 
forçado por um punção padronizado contra a superfície plana livre 
dentro dos anéis, estirando-a até chegar a ruptura. Ao primeiro 
sinal da ruptura o ensaio poderá ser interrompido e ser medido 
então a altura (h), conforme a figura abaixo: 
 
 
 
 
? O valor da altura (h) da deformação obtida é comparada na figura 
2 ou 3 (curvas de valores mínimos para o ensaio Erichsen). Se o 
valor (h) obtido for igual ou maior que o valor mínimo, o lote 
ensaiado será aprovado para o processo de estampagem. 
 
 
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6. Resultado: 
A apresentação dos resultados obtidos no ensaio poderá ser 
efetuada em forma tabular, relacionado o graui do aço, o valor da altura 
mínima da figura2 ou 3, o valor da altura (h) obtida no ensaio e a 
quantidade de corpos de prova. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 1 – Graus, classes, superfícies e acabamento de superfícies correspondentes 
 
Grau 
 
Classe 
 
Superfície 
Acabamento de 
superfície 
 
Caracterisiticas 
 
Aplicação 
RL A, B, C Fosco, brilhante Material 
recozido,levemente 
laminado 
Estampagem média 
 
 
G2 L32, L40, L50, 
L60, L70 
 
A, B, C 
Fosco brilhante, espelhado Material parcialmente 
encruado 
Peças com 
características 
mecânicas especificas 
R B, C Fosco, brilhante Material Recozido 
RL A, B, C Fosco brilhante, espelhado Material 
recozido,levemente 
laminado 
 
Estampagem Profunda 
 
 
 
G3 
L32, L40, L50, L60 A, B, C Fosco brilhante, espelhado Material parcialmente 
encruado 
Peças com 
características 
mecânicas especificas 
R B, C Fosco, brilhante Material Recozido 
RL A, B, C Fosco brilhante, espelhado Material 
recozido,levemente 
laminado 
 
Estampagem extra 
Profunda 
 
 
G4 
L32, L40, L50, L60 A, B, C Fosco brilhante, espelhado Material parcialmente 
encruado 
Peças com 
características 
mecânicas especificas 
 
 
 
 
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Tabela 2 
 
 
LARGURA DA TIRA (L) DIÂMETRO INTERNO DA 
MATRIZ 
DIÂMETRO DA ESFERA DO 
PENETRADOR 
25 ≤ L < 40 11 08 
40 ≤ L < 70 17 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2 – Curvas dos valores mínimos que devem ser obtidos no ensaio de 
embutimento Erichsen modificado para espessuras iguais ou inferiores a 2,0 mm 
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Figura 3- Curvas dos valores mínimos que devem ser obtidos no ensaio de Embutimento 
Erichsen modificado para espessuras superiores a 2,0 mm ou inferiores a 5,0 mm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Metalografia das ligas resfriadas rapidamente 
1. Introdução: 
Como visto no estudo e prática dos aços resfriados lentamente, 
conforme a quantidade de carbono apresentando as estruturas: 
? Ferrita + Perlita (Liga Hipoeutetoide) 
? Perlita (Liga Eutetóide) 
? Perlita + Cementita (Liga Hipereutetóide) 
No entanto quando resfriados rapidamente através do trata mento 
Tempera os produtos não são apresentados desta forma. Para temperar um 
material, é necessário que o material esteja de preferência normalizado. 
 
2. Conceitos Principais: 
a. Martensita: 
Ë uma solução supersaturada de carbono num reticulado tetragonal 
de corpo centrado. A medida que a estrutura é mais distorcida pelo 
aumento da concentração de carbono, maior a sua dureza. A tempera 
adequada de um aço depende dos seguintes fatores: 
? Composição química do aço; 
? Homogeneidade da austenita; 
? Temperatura de austenitização; 
? Banho de tempera; 
? Dimensões da peça; 
? Estado de pureza da superfície da peça; 
? Velocidade de resfriamento. 
b. Velocidade crítica de resfriamento: 
É a menor velocidade em que a transformação resulta em 
martensita, na faixa de temperatura MI (em torno de 200ºC) a MF (em torno 
de 100ºC) 
c. Objetivos da Tempera: 
? Obtenção de maior dureza (64 a 67 HRC) 
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? Menor tenacidade 
? Maior Resistência Mecânica 
? Menor ductilidade ou maleabilidade 
? Ë chamada de martensita acicular por apresentar estrutura 
ocorrida por cizalhamento, apresentando microsecções como 
agulhas longas e finas com coloração clara. 
 
d. Tipos de Tempera: 
? Tempera Superficial por Indução: Aquecimento indutivo através 
de bobinas apropriadas. A profundidade temperada depende da 
freqüência empregada. Resfriamento pode ser feito em água, 
óleo ou spray proveniente da própria espira. 
? Tempera Superficial por Chama: Aquecimento devido à 
combustão de gases. 
? Tratamentos Termoquímicos: 
o Cementação: Consiste na introdução de carbono na 
superfície do aço, de modo que após ser realizado a 
tempera apresente uma superfície mais dura. A 
profundidade de penetração do carbono depende da 
temperatura e do tempo. Pode ser liquida sólidaou 
gasosa. 
o Nitretação: Tratamento de endurecimento superficial 
em que se introduz Nitrogênio superficialmente (500 –
560ºC. A nitretação pode ser gasosa ou liquida. O 
Nitrogênio combina-se com elementos de liga formando 
nitretos complexos de elevada dureza). 
o Boretação: Introduz o Boro na superfície do aço por 
difusão, formando boreto de ferro com alta dureza 
(1700 a 2000HRV). A temperatura pode variar de 800 a 
1000ºC. 
? Tempera Total: Líquida ou gasosa (obter estrutura martensitica) 
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? Martempera: Formação de martensita em banho de sal ou óleo 
em temperatura pouco superior a MI. Objetivos: obter maior 
estabilidade química, maior faixa de temperatura, facilidade de 
limpeza da peça, maior controle dimensional, menor perda de 
peça por trinca e empenamentos. 
? Austempera: É transformação isotérmica para produção de 
estrutura bainitica. Austenitizar, resfriar rapidamente (250 a 
520ºC) em banho de sal, óleo ou chumbo, transformando 
austenita em bainita, após a transformação resfria-se ao ar até a 
temperatura ambiente. 
 
e. Bainita: Estrutura formada por difusão (característica da perlita) e 
cizalhamento (característica da martensita). A bainita não é uma 
nova fase, mas uma mistura de ferrita e cementita, semelhante a 
perlita. A diferença está na ferrita em forma de ripas ou agulhas de 
acordo com sua temperatura de formação. 
 
f. Velocidade de resfriamento: A velocidade de resfriamento é um 
fator importante no tratamento térmico que depende dos seguintes 
fatores: 
? Geometria, peso e espessura; 
? Condutividade térmica; 
? Calor especifico; 
? Meio de tempera usado; 
 
Os meios usuais de tempera seguindo a ordem decrescente em 
função do resfriamento é: 
? Solução de soda caustica de 5 a 10%; 
? Soluções de cloreto de sódio, cálcio’amônia a 12%; 
? Água 
? Soluções de ácido sulfúrico e ácido clorídrico a 2%; 
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? Óleos minerais ou vegetais ou animais; 
? Sais e metais fundidos; 
? Ar. 
 
Os meios mais utilizados na tempera dos aços são: água ou óleo. A água 
deve ser empregada na tempera de baixo carbono e também em aços 
ligados simples, por necessitarem de resfriamente mais brusco. O óleo 
pode ser usado para aços de alto teor de carbono e aços ligados mais 
complexos, que por sua natureza podem ser temperados através de 
resfriamento mais lentos. O resfriamento ao ar usado em aços especiais e 
de alta liga. 
 
3. Revenimento: O revenimento é o tratamento térmico que 
normalmente sempre acompanha a têmpera, pois elimina a maioria dos 
inconvenientes produzidos por esta. Além de aliviar ou remover as tensões 
internas, corrige as excessivas dureza e fragilidade do material, 
aumentando sua ductilidade e resistência ao choque. 
O revenimento começa a atuar de maneira perceptível somente 
acima de 150ºC, abaixo dessa temperatura, o Carbono dispersa no ferro 
alfa, formando uma solução sólida metaestável, a Martensita, que assim 
permanece indefinidamente, porque na temperatura ambiente ela não tem 
mobilidade suficiente para separar. 
A medida que a temperatura se eleva acima de 150ºC, vai crescendo a 
mobilidade do Carbono e a separação se realiza de modo cada vez mais 
pronunciado. 
Conforme a Temperatura de Revenido, verifica-se as seguintes 
transformações: 
 
Entre 150ºC a 230ºC: Qualquer Austenita residual se transforma, certa 
quantidade de Carbetos precipita-se, o que produz uma estrutura que 
quando atacado por reagente adequado, aparece escura dando a 
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denominação de Martensita preta, também chamada de Martensita 
revenida e com dureza de 64 Rc a 80 Rc. 
 
Entre 230ºC a 400ºC: Prossegue a precipitação de Carbetos na forma 
globular. A estrutura visível ao microscópio é uma massa escura, chamada 
Perlita Fina com dureza variando de 63Rc a 50Rc. 
 
Entre 400ºC a 650ºC: Prossegue a precipitação dos Carbetos em forma 
globular, tornando-se agora os glóbulos visíveis ao microscópio com 
grandes ampliações e a estrutura e a estrutura resultante denomina-se 
Sorbita ou Martensita Globular com dureza variando de 45Rc a 20Rc. 
Podemos avaliar a Temperatura de revenimento (aproximadamente) 
por uma coloração correspondente, são chamados cores de revenido e 
usados por aços carbonos, conforme tabela: 
 
 220ºC Amarelo Claro 
 240ºC Amarelo Ouro 
 260ºC Pardo Avermelhado 
 280ºC Roxo 
 300ºC Azul 
 380ºC Azul Claro 
 
 
Podemos perceber que a temperatura de revenido pode ser 
escolhida de acordo com a combinação de propriedades mecânicas que se 
deseja no aço temperado; na operação de revenido importa não só a 
temperatura do tratamento como também o tempo de permanência na 
temperatura desejada. 
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4.Aula Prática: 
 
- Preparar duas amostras de aço carbono 
(Hipoeutetóide,Eutetóide,Hipereutetóide) para se temperar bruscamente em 
óleo e água. 
-Verificar as estruturas e durezas antes da Têmpera. 
-Verificar as estruturas e dureza após Têmpera e após Revenimento 
-Marcar as temperaturas de Têmpera e como são resfriadas as amostras 
em meio líquido. 
Após Têmpera e Revenimento levar ao laboratório e: 
a) Cortar sem queimar (aquecer o C.P.) em meio refrigerante; 
b) Embutir à quente; 
c) Lixar – 220, 320, 400, 600 sempre girando o C.P. a 90º para não 
contaminar as lixas seguintes; 
d) Lavar com água corrente e sabão líquido; 
e) Polir – pasta diamantada/ óxido de cromo/ alumina; 
f) Lavar e secar com álcool; 
g) Atacar com reagente químico de Picral, Nital alguns segundos; 
h) Lavar com água corrente e depois álcool e secar com jato de ar 
quente; 
i) Levar ao microscópio e com ampliação de 100X, 200X, 500X, 
1000X, verificar a estrutura final; 
j) Analisar a coloração, forma dureza, tamanho das estruturas 
observadas. 
 
-Não esquecer que: 
Martensita sem revenimento é de alta dureza e clara vista ao microscópio; 
Martensita revenida de coloração escura e com dureza abaixo da inicial; 
Carbonetos complexos são de alta dureza e coloração clara em forma de 
grãos; 
Austenita retida grãos claros e com dureza menor que a da martensita; 
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Cementita são carbonetos de ferro visível ao miocroscópio em forma de 
grãos finos e claros, possuem alta dureza; 
Cementação é enriquecimento de carbono na superfície e que antes de 
revenir apresenta-se vista ao microscópio com uma dureza diminuindo na 
superfície para o núcleo. Após revenimento não se mede sua profundidade 
de camada; 
Nitretação é um tratamento de endurecimento superficial a base de 
nitrogênio, com alguns mícrons de profundidade; é visto ao microscópio 
como uma auréola branca em toda a sua superfície, e de alta dureza. 
 
Obs: Após preparo e verificação no microscópio, fazer relatório de 
aula constando a diferença de dureza, estrutura de todos os aços 
envolvidos na aula prática. 
 
Ensaio JOMINY – Determinação da temperabilidade nos aços. 
 
1. OBJETIVO: 
Este ensaio tem como objetivo determinar a temperabilidade nos 
aços através do Método Jominy, também chamado de "ensaio de 
resfriamento da extremidade” . Esse método foi desenvolvido por JOMINY e 
BOEGEHOLD tendo sido padronizadopela ASTM, SAE e AISI. 
(ASTM – American Society for testing materials) 
(SAE – Society of Automotive Engineers) 
(AISI - American Iron and Steel Institute) 
 
2. APLICAÇÃO: 
Este ensaio é aplicável em laboratório de fabricante de aço e do 
comprador para verificação da matéria-prima quando solicitada por norma e 
exigência de projeto. 
 
3. DEFINIÇÕES: 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
25 
TEMPERABILIDADE é a "capacidade do aço endurecer ou a profundidade 
de endurecimento". 
VELOCIDADE CRITICA DE RESFRIAMENTO é a menor velocidade de 
esfriamento que permite a obtenção de martensita sem qualquer 
transformação anterior da austenita. 
DIAMETRO IDEAL (Di) – E o diâmetro de uma barra que resfriará 
exatemente com a estrutura desejada ou com o valor da dureza 
correspondente no centro. 
DIAMETRO CRITICO (Dc) – E o diâmetro da barra que, esfriada da 
temperatura austenítica mostrará no centro 50% de martensita. 
A temperabilidade não se refere a máxima dureza, que pode ser 
obtida em um aço sob determinadaos condições de esfriamento, a qual é 
função quase exclusiva do teor de carbono, ao passo que a profundidade 
de endurecimento depende mais do tamanho do grão austenítico, da 
presença de elementos de liga, da velocidade de esfriamento e do meio de 
esfriamento (água, salmoura, óleo, etc.). 
A temperabilidade deve ser ligada igualmente a obtenção da máxima 
tenacidade, em função da microestrutura produzida no esfriamento; as 
estruturas mais desejadas para esse fim são as bainíticas obtidas na faixa 
de mais baixa temperatura e a martensita revenida. 
Portanto o conhecimento da temperabilidade do aço é 
essencialmente, porque o mais importante objetivo do tratamrnto térmico do 
aço é obter a maior dureza e a mais alta tenacidade, em condições 
controladas de velocidade de esfriamento, a uma profundidade determinada 
ou através de toda a sua secção, de modo a reduzir-se ao mínimo as 
tensões de esfriamento. 
A utilização da velocidade crítica de esfriamento para exprimir 
temperabilidade constitui um método prático e simples, mas com restrições 
devido que as velocidades de esfriamento não são constantes. Assim 
sendo, prefere-se exprimir a temperabilidade em têrmos de profundidade de 
endurecimento determinada em um ensaio padronizado. 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
26 
Os fatores que afetam a temperabilidade são os mesmos que influem 
na posição das curvas nos diagramas isotérmicos ou de transformção 
contínua, isto é, tamanho do grão austnítico, homogeneidade da austenita e 
composiçãi química. Podemos agrupar esses fatores da seguinte maneira: 
 
A – Fatores que diminuem a temperabilidade: 
a) granulação fina da austenita. 
b) Inclusões não dissolvidas: 
• carbonetos (ou nitretos) 
• inclusões não metálicas 
B – Fatores que aumentam a temperabilidade: 
a) Elementos de liga dissolvidos na austenita (exceto o Co) 
b) Granulação grosseira da austenita. 
c) Homogeneidade da austenita. 
 
Os fatores do grupo “A” aceleram a nucleação e os fatores do grupo 
“B” retardam a nucleação e o crescimento dos produtos de transformação. 
O conhecimento da temperabilidade nos aços, sobretudo naqueles 
que apresentam elementos de liga, é de importância considerável para sua 
aplicação prática. Reconhecido esse fato, foram estabelecidos limites 
mínimos e máximos par a temperabilidade e foram desenvolvidas as 
chamadas “Faixas de temperabilidade”. Um gráfico típico relativo á faixa de 
temperabilidade de um aço SAE 8620 é mostrado no ANEXO1 e será 
utilizado na aula prática. No ANEXO2 temos mais gráficos para aços ao 
carbono e liga. Os aços especificados pela temperabilidade são conhecidos 
por “aços H” ( de HARDENABILITY que significa endurecimento). 
 
4. PROCEDIMENTO PARA A REALIZAÇÃO DO ENSAIO: 
 
4.1. O “corpo de prova” utilizado neste ensaio possui comprimento 
de 4”, diâmetro da base de 1” e no topo 1.1/4”. Também são 
normalizados corpos de prova com as seguintes dimensões 
de diâmetro da base: ¾”, ½” e ¼”. Estes corpos de prova são 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
27 
utilizados quando as barras a serem testadas possuem 
diâmetro menor que 1”. 
 
4.2. A preparação do corpo de prova é a seguinte: 
4.2.1. Com sobremetal, aquecimento a 65ºC acima de Ac3 
durante 30 minutos, seguido de normalização. 
4.2.2. Retirar a camada descarbonetada e dar acabamento 
para as dimensões finais do corpo de prova. 
 
4.3. Ensaio: 
4.3.1. Aquecer 25ºC acima de Ac3 (protegido da 
descarbonetação) por 30 minutos; 
4.3.2. Transferir o corpo de prova para o dispositivo de 
esfriamento (fig.1) em menos de 5 segundos; 
4.3.3. Abrir o jato de água e deixar o corpo de prova esfriar 
pelo menos por 10 minutos, podendo-se após resfriá-lo 
completamente em água. 
 
4.4. Condições do dispositivo JOMINY de esfriamento. 
4.4.1. Diâmetro do bico de saída da água para corpos de 
prova de 1”igual a ½” 4.4.2. Temperatura da água igual a 24ºC + ou – 
2,8ºC. 
4.4.3. Altura livre da coluna de água igual a 2.1/2”. 
4.4.4. A distância da base do corpo de prova ao bico de saída 
da água igual a ½”. 
 
Obs: Para o caso de outras dimensões do corpo de prova que não o 
de 1”de diâmetro na base, as condições acima podem variar, sendo 
também normalizadas. 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
28 
 
 
 
4.5. Medida das durezas: 
Após o ensaio do corpo de prova são feitos dois rebaixos com retífica 
que retira 0,015” defasados um do outro de 180º. Nesses rebaixos são 
feitas as impressões de dureza na escala HRc da seguinte forma: 
• De 1/16”em 1/16”para a primeira polegada. 
• De 1/8”em, 1/8”par a segunda polegada. 
• De ¼” em ¼” para o restante do comprimento do corpo de 
prova. (vide fig. 2) 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
29 
 
 
 
 
 
 
Na fig. 3 temos exemplo de duas curvas resultantes no ensaio 
JOMINY para os aços “A” e “B”, mostrando dureza inicial igual mas com 
temperabilidade diferente. A temperabilidade do aço “A” é maior do que a 
do aço “B”. 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
30 
 
 
A curva resultante da média aritmética dos rebaixos retificados 
permite também especificar a distância da extremidade esfriada a “zona de 
meia dureza ou 50% de martensita”, como sendo a profundidade de 
endurecimento JOMINY. (vide fig.4) 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
31 
 
4.6. RESULTADOS: 
A comparação da curva média obtida no ensaio com os limites de 
temperabilidade (ANEXO3), resulta na classificação do aço para “H” 
(temperabilidade garantida) no caso da citada curva localizar-se entre os 
valores máximos e mínimos do limite de temperabilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
32 
Análise Teórica da Temperabillidade 
 
ENSAIO DE TEMPERABILIDADE JOMINY CONFORME SAE J407b 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análise Quimica (Fornecedor) 
 
TG = 
# 
Aço= 
5160 
%C 
0,56-0,64 
%Si 
0,15-0,35 
%Mn 
0,75-1,00 
%Cr 
0,70-0,90 
 
 
Pts. H.Mín H.Real H.máx 
 
Pts. H.Mín H.Real H.máx 
 
01 60 - 13 35 58 
02 60 - 14 35 56 
03 60 - 15 34 54 
04 59 65 16 34 52 
05 58 65 18 33 48 
06 56 64 20 32 47 
07 52 64 22 31 46 
08 47 63 24 30 45 
09 42 62 26 29 44 
10 39 61 28 28 43 
11 37 60 30 28 43 
12 36 59 32 27 42 
 
 
 
0 5 10 15 20 25 30 35
20
30
40
50
60
70
du
re
za
 H
Rc
distância da base temperada
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório33 
Título: Exercício – Cálculo da previsão da temperabilidade Jominy, 
baseado na composição química e tamanho de grão austenítico. 
(Exemplo de cálculo) 
 
Introdução: As vezes deseja-se prever a curva da temperabilidade a partir de uma 
analise química proposta ou de um aço comercial não disponível para teste. O método 
aqui descrito proporciona uma precisão absoluta de calculo de dureza Jominy de uma 
seção com análise química e tamanho de grão na temperatura da tempera e uma analise 
mostrada. 
 
Composição química do aço e tamanho de grão austenítico. 
T. G = 
 
# 7 
SAE= 
 
SAE 8620 
%C 
 
0,40 
%Mn 
 
0,80 
%Ni 
 
0,50 
%Si 
 
0,25 
%Cr 
 
0,50 
%Mo 
 
0,25 
 
Passo 1: Na tabela 1 encontra o fator base correspondente ao teor de carbono e tamanho 
de grão. 
 
Passo 2: Na mesma tabela, podemos de terminar os próximos fatores a partir da 
composição química: 
 
elemento fator dureza inicial 
C 0,2130 56HRc 
Mn 3,667 
Si 1,175 
Ni 1,182 
Cr 2,080 
Mo 1,750 
 
 
Passo 3: Multiplicando todos os fatores iremos encontrar o Diâmetro critico ideal. 
D.I. = 0,2130 x 3,667 x1,175 x1,182 x 2,080 x 1,750 
DI = 3,95 
 
Passo 4: Para conhecer os valores de dureza utilize a tabela 2, onde a distancia 1, estará 
na tabela 1. As dureza equivalentes encontra-se dividindo a dureza inicial pelo fator 
correspondente a cada ponto. 
 
Distância da base temperada 
1/16" ¼" ½" ¾" 1" 1¼" 1½" 1¾" 2" 
1 1,022 1,202 1,397 1,59 1,73 1,82 1,895 1,94 
Dureza (HRc) 
56 55 46,5 40 35,5 32,5 31 29,5 29 
 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
34 
 
Título: Exercício – Cálculo da previsão da temperabilidade 
Jominy, baseado na composição química e tamanho de grão 
austenítico. 
 
Introdução: As vezes deseja-se prever a curva da temperabilidade a partir de uma 
analise química proposta ou de um aço comercial não disponível para teste. O método 
aqui descrito proporciona uma precisão absoluta de calculo de dureza Jominy de uma 
seção com análise química e tamanho de grão na temperatura da tempera e uma analise 
mostrada. 
 
Composição química do aço e tamanho de grão austenítico. 
T. G = 
 
 
SAE= 
 
 
%C 
 
 
%Mn 
 
 
%Ni 
 
 
%Si 
 
 
%Cr 
 
 
%Mo 
 
 
 
Passo 1: Na tabela 1 encontra o fator base correspondente ao teor de carbono e tamanho 
de grão. 
 
Passo 2: Na mesma tabela, podemos de terminar os próximos fatores a partir da 
composição química: 
 
elemento fator dureza inicial 
C 
Mn 
Si 
Ni 
Cr 
Mo 
 
 
Passo 3: Multiplicando todos os fatores iremos encontrar o Diâmetro critico ideal. 
D.I. = ______ x ______ x ______ x ______ x ______ x ______ 
DI = 
 
Passo 4: Para conhecer os valores de dureza utilize a tabela 2, onde a distancia 1, estará 
na tabela 1. As dureza equivalentes encontra-se dividindo a dureza inicial pelo fator 
correspondente a cada ponto. 
 
Distância da base temperada 
1/16" ¼" ½" ¾" 1" 1¼" 1½" 1¾" 2" 
1 
Dureza (HRc) 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
35 
Ensaio de Temperabilidade Jominy conforme SAE J 407 b 
 
HR
c 
 
65 
60 
55 
50 
45 
40 
35 
30 
25 
20 
 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 29 30 31 32 
 1/16" 1/8 ¼ 3/8 ½ 5/8 ¾ 7/8 1" 
 
 
Análise Química (Fornecedor) 
 
TG = 
 
Aço= 
8640 
%C 
0,42 
%Si 
0,28 
%Mn 
0,88 
%Cr 
0,52 
%Ni 
0,55 
% Mo 
0,22 
%V %W %S 
0,016 
%P 
0,022 
 
 
Pts. Mín. Real Máx. 
01 53 60 
02 53 60 
03 52 60 
04 51 59 
05 49 59 
06 46 58 
07 42 57 
08 39 55 
09 36 54 
10 34 52 
11 32 50 
12 31 49 
13 30 47 
14 29 45 
15 28 44 
16 28 42 
18 26 41 
20 26 39 
22 25 38 
24 25 38 
26 24 37 
28 24 37 
30 24 37 
32 24 37 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
36 
SELEÇÃO DE AÇOS FERRAMENTAS 
 
1. DEFINIÇÃO: 
 
São designados os materiais ferrosos usados na confecção de 
ferramentas e matrizes. Trata-se de aços da mais alta qualidade, dos quais 
a indústria exige severos requisitos. 
Para o fabricante, o aço ferramenta representa um produto de alta 
qualidade, o qual é rigorosamente controlado e inspecionado durante a sua 
fabricação, sendo fabricado geralmente em pequenos lotes, diferindo 
principalmente do aço para construção mecânica pelo seu grau de controle 
de qualidade e quantidades envolvidas. Para o fabricante de ferramentas, 
os aços ferramentas representam um grupo especial de aços ; os quais 
após um tratamento térmico correto proporcionam uma combinação única 
de propriedades necessárias para aplicação em ferramentas e matrizes.Os 
aços para uma determinada ferramenta sempre são em menor número para 
uma determinada peça mecânica, ás vezes são produzidos apenas para um 
fim específico. Durante a fabricação, cuidados extremos são tomados nas 
operações a fim de se obter um produto de alta qualidade. Na carga do 
forno as matérias primas como sucata e ferro ligas são cuidadosamente 
selecionados, não somente para se ter uma composição química correta, 
como também para assegurar um produto acabado homogêneo e isento de 
inclusões. 
O forno usualmente adotado é o forno elétrico a arco, no qual se tem 
controle rigoroso das condições econômicas na fabricação de pequenas 
quantidades de aço. 
Como normalmente esses aços contém além do C que é o principal 
elemento químico, outros elementos como Cr, Ni, Mo, W, V, Co e outros em 
% bastante variadas, os processos de deformação no modo de deformar o 
lingote, mesmo como a laminação , a deformação mecânica em prensas e 
martelos , tornam-se operações extremamente delicadas nas quais se 
tomam cuidados extremos , na temperatura de aquecimento , na maneira 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
37 
de carregar o lingote no forno , na velocidade de deformação , no modo de 
deformar o lingote , mesmo assim a sucata de retorno é bastante grande 
não só devido a falhas de fabricação como e principalmente devido ao corte 
das “cabeças dos lingotes “e das pontas das barras , operações 
absolutamente necessárias a fim de se obter um produto isento de 
inclusões ou vazios . Os processos de inspeção são realizados não só nos 
lingotes como no produto semi–acabados e principalmente no produto final. 
A barra é examinada em cada ponta por meio de provas de laboratório a fim 
de determinar a estrutura do aço, o tamanho de grão, segregação, 
descarbonetação, temperabilidade. Todas as barras são normalmente 
submetidas ao processo de ultra-som. Afim de determinar defeitos de 
superfície , não visíveis a olho nu , são normalmente submetidos a exame 
de magna – flux . 
Afim de se obter um produto com dureza uniforme ao longo de toda a 
barra e com descarbonetação dentro dos limites controlados , estes aços 
são tratados termicamente em fornos especiais nos quais a temperatura e a 
atmosfera são rigorosamente controladas . 
Essa necessidade de precisão na produção, no controle de qualidade 
é principalmente devido a adição de elementos de liga, são as razões do 
alto custo do produto final. Essa insistência em se obter um produto final de 
alta qualidade se justifica, pois muitas dessas barras serão posteriormente 
transformadas em complicadas ferramentas que necessitarão centenas de 
horas de fabricação e nas quais o aço em si não representa mais do que20% do custo de ferramenta acabada. 
 
2. CLASSIFICAÇÃO: 
 Existe atualmente em produção em todo o mercado mundial mais de 
uma centena de tipos de aços ferramentas, cujas composições químicas 
variam desde o mais simples aço ferramenta de têmpera em água com 
cerca de 1% de C e mais nenhum elemento de liga, até o mais altamente 
ligado , super aço rápido cuja a composição de todos elementos de liga 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
38 
chega a 50 % . Evidentemente dentro desses limites a classificação destes 
aços representa um problema bastante grande. 
Parecendo absurdo, a primeira vista, estabelecer uma classificação 
mista de aços ferramentas, isto é, agrupar certos aços pelo fim a que se 
destinam , outros pela composição química ou por certas propriedades 
mecânicas e outros ainda pelo modo como são tratados térmicos , é , no 
entanto , a maneira mais correta de agrupá–los em uma classificação . Se 
tentássemos classificar em uma só classe pelo uso, teríamos para matrizes 
uns poucos, porém, para o aço utilizado em brocas a quantidade seria tão 
grande que não poderíamos agrupa-lo como uma classe. 
Uma outra possibilidade seria classificá-lo pelo elemento químico 
predominante na composição do aço, o que também não é possível, pois 
certos aços possuem um elemento químico predominante que pode ser 
total ou parcialmente substituído por outro sem que haja variação sensível 
nas propriedades do aço. Baseando–se nos fatos acima descritos, o 
Instituto Americano do Ferro e Aço (AISI ) , estabeleceu uma classificação 
dos aços ferramentas no qual estes são divididos em 6 grupos principais 
 
1 – Aços ferramentas de tempera em Agua . Designação : W 
2 – Aços ferramentas Resistente a Choques . Designação : S 
3 – Aços ferramentas para Trabalho a Frio. Designações: 
Série A – média liga temperável ao ar. 
Série D – alto carbono/ alto cromo. 
Série O – temperado em óleo. 
4 – Aço ferramenta para Trabalho a Quente. Designação: H 
Série H 1 até H 19 – elemento predominante : Cr 
 Série H 20 até H 39 – elemento predominante: W 
Série H 40 até H 59 – elemento predominante: Mo 
5- Aço ferramenta – Aços rápido: Designações: 
 Série T – elemento predominante: W 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
39 
Série M – elemento predominante: Mo 
6 – Aço ferramenta para Fins Especiais . Designações 
Série L – baixa liga 
Série F -ligados com C e W 
Série P -aços para moldes , baixo C . 
 
Como se pode notar é uma classificação mista baseando–se em 
grupos principais pelo uso final com exceção do 1 grupo que é baseado no 
meio de têmpera . Dentro de cada grupo existem sub – grupos baseados no 
uso , outros no meio de resfriamento de têmpera , outros ainda no elemento 
químico predominante . Uma classificação completa pode ser médios. Aços 
do mesmo tipo fabricados por diferentes produtores podem diferir na 
análise dos elementos e podem conter outros elementos em quantidades 
pequenas não estabelecidos nesta classificação . Anos de pesquisas 
mostraram que a propriedades de um aço estão intimamente relacionadas 
com sua estrutura, e o efeito da composição química é somente para alterar 
a composição de certas fases na estrutura , como os carbonetos , ou para 
alterar o tratamento térmico requerido para obter a estrutura desejada . 
No caso dos aços ferramentas, os elementos de liga modificam as 
propriedades devido aos seguintes fatores : 
1 ) Mudando a composição e propriedades de fase carboneto . 
2 ) Mudando as características de têmpera , incluindo: 
2.1) Temperatura Crítica e o excesso de carboneto em solução no aquecimento. 
2.2) O crescimento do grão no aquecimento. 
2.3) A temperabilidade e os produtos de transformação no esfriamento. 
2.4) A formação de martensita e a retenção de austenita no esfriamento. 
Isto é, alterando as temperaturas de início ( Mi ) e de final ( Mf) de 
transformação de martensita . 
3.0 ) Mudando as características do revenimento 
Face esses fatores , podemos resumir a função dos elementos de liga nos AÇOS 
FERRAMENTAS no seguinte : 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
40 
 
1 – Os elementos de liga permitem maiores resistências mecânicas em 
seções grandes porque, aumentam a penetração de dureza 
(TEMPERABILIDADE). 
2 – Os elementos de liga permitem menor distorção no processo de 
têmpera pelo fato de aumentar a temperabilidade, permitindo desse modo 
endurecer o aço em meios menos severos de esfriamento. 
3 – Os elementos de liga permitem aumentar a tenacidade dos aços 
mantendo uma granulação fina, ou diminuição das tensões internas criadas em 
meios de têmpera menos severos, ou ainda permitindo alívio de tensões criadas 
na têmpera por meio de um revenimento feito a temperaturas elevadas sem perda 
da dureza. 
4- Os elementos de liga proporcionam durezas altas a temperaturas 
elevadas devido a resistência que certos carbonetos apresentam ao amolecimento 
quando submetidos a condições de operação de ferramentas de corte e matrizes 
para trabalho a quente . 
 
SELEÇÃO DOS AÇOS FERRAMENTAS 
 
Muitas vezes a escolha de um aço ferramenta se baseia em fator que 
independe de fundamento metalúrgico. O primeiro ponto a considerar é o número 
de peças que a ferramenta deverá produzir. Se uma ferramenta for fabricada para 
produzir alguns milhares e escolhemos um aço que sua vida útil é de centenas de 
milhares de peças, é uma escolha errada. 
A escolha de um aço ferramenta deve ser baseada em experiência 
anteriores de aplicações de aços de um mesmo consumidor. Basear-se em 
aplicações semelhantes de outro consumidor (outras condições de aplicações) 
podem conduzir a erros. 
 
CUSTOS DA FERRAMENTA 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
41 
Analisando o custo de uma ferramenta – fator primordial na escolha , 
podemos dizer que o custo é influenciado por dois fatores : 
1 – Custo da matéria prima – Aço. 
2 – Custo de fabricação – Usinagem , tratamento térmico , Retificações e 
outras operações . 
Em muitos casos o custo do aço é fator minoritário no custo final da 
ferramenta. Muitas vezes o projeto determina influência preponderante na escolha 
do aço a saber : 
 
- PERIGO DE TRINCAS – aço de meio de têmpera menos severo 
- TEMPERATURAS ELEVADAS – aços de boa resistência ao 
revenimento. 
- ACABAMENTO E TOLERÂNCIAS APERTADAS – aço de boa 
usinabilidade aliada a resistência e descarbonetação e baixa formação. 
- RESISTÊNCIA AO CHOQUE – aço de boa tenacidade . 
- SUBMISSÃO AO DESGASTE – boa resistência ao desgaste . 
 
SELEÇÃO : 
 
Dos muitos aços ferramentas encontrados no mercado mundial, alguns 
tipos são os mais freqüentemente usados. Na verdade, cinco ou mais seis tipos de 
aços satisfazem as exigências de uma fábrica, principalmente quando se trata de 
uma industria especializada em um determinado tipo de produção. Partindo-se 
deste fato podemos reduzir a classificação geral em dez tipos mais usados, que 
estão abaixo discriminados com suas propriedades mais importantes. 
 
 
Aç
o 
 
Indeformalida
de 
 
Tenacida
de 
Resistênc
ia ao 
Revenido 
Resistênc
ia ao 
Desgaste 
 
Seg. na 
Tempe
ra 
 
Usinabilida
de 
W1 Inferior Boa Inferior Regular Regular Muito boa 
O1 Boa Regular Inferior Regular Boa Boa 
A2 Muito boa Regular Regular Boa Muito Regular 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
42 
boa 
D2 Muito boa Regular Regular Muito boa Muito 
boa 
Inferior 
S1 Regular Muito boa Regular Regular Boa Regular 
H1
2 
Muito boa Muito boa Muito boa Regular Muito 
boa 
Regular 
M2 BoaRegular Muito boa Muito boa Regular Regular 
T15 Boa Inferior Muito boa Muito boa Regular Inferior 
L3 Regular Regular Inferior Regular Regular Boa 
F3 Boa Muito boa Boa Regular Boa Boa 
 
 
Esta tabela nos fornece dados para a escolha de 90 % dos casos de 
aplicações novas . Podemos dizer praticamente os fabricantes de aços produzem 
dentro destes dez apresentados , como pequenas variações . 
A Carpenter Steel Co utiliza um método , baseado nas quatro propriedades 
fundamentais dos aços ferramentas . 
 
- INDEFORMABILIDADE 
- TENACIDADE 
- RESISTÊNCIA AO DESGASTE 
- RESISTÊNCIA AO REVENIMENTO 
 
Este diagrama pode ser dividido especificamente em duas partes : 
Superior – aços de maior resistência ao revenido 
Inferior – aços de menor deformação na têmpera . 
 
Se caminharmos para a direita aumentamos a resistência ao desgaste , 
mas perdemos a tenacidade , o contrário se verifica se caminharmos para a 
esquerda . É interessante observar que o aço H 12 tem “Muito Boa 
“indeformabilidade , mas no diagrama está na parte superior – Maior resistência 
ao revenido , que é sua propriedade essencial , para trabalho à quente e não 
como aço indeformável . A segurança à tempera , isto é , precaução contra as 
trincas no processo de tempera , se apresenta neste diagrama junto com a menor 
deformação . 
 
 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
43 
Aplicações : Todas as aplicações dos aços ferramenta podem ser grupadas em 
cinco tipos básicos 
 
1) DEFORMAÇÃO : a frio e a quente 
 
2) CORTE POR CISALHAMENTO 
2.1) Corte de geratrizes ( Blanking ) 
2.2) Corte por punções 
2.3) Corte por navalhas ou facas . 
2.4) Corte em rebarbadoras 
 
3) CORTE POR REMOÇÃO DE MATERIAL 
3.1) Usinagem de metais 
3.2) Usinagem de não metais 
3.3) Rebarbação 
 
4) MOLDAGEM 
4.1) Fundição sob pressão 
4.2 ) Injetoras de plástico 
4.3) Moldagem de produtos cerâmicos 
4.4) Moldagem de pós metálicos 
 
5) OUTRAS APLICAÇÕES 
 
5.1) Ferramentas de precisão 
5.2 ) Calibres ou padrões de medidas 
 
1) As ferramentas para deformação a frio ou a quente incluem 
matrizes ou blocos para forjamento a quente em prensas ou martelos de queda , 
matrizes para extrusão a quente , matrizes recalcadoras a frio , ferramentas de 
laminar roscas a frio . Tais ferramentas estão em contato direto com o metal sólido 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
44 
, que se deforma durante curto espaço de tempo e podem portanto , estarem 
submetidos a altas tensões durante o serviço . 
 
Principais Requisitos : Resistência ao desgaste , tenacidade e usinabilidade . 
Quando em trabalhos a quente – Resistência ao Revenimento . 
 
2) Ferramentas para corte por cisalhamento 
Facas 
Navalhas de guilhotinas 
Matrizes rebarbadoras de forjados 
Matrizes de Corte 
Facas Rotativas 
 
São ferramentas submetidas e elevadas tensões, principalmente , quando o 
metal a cortar é de grande espessura , determinando a escolha de aço de alta 
tenacidade associada a resistência ao desgaste a fim de manter o corte afiado e 
não perder as dimensões originais . 
 
A segurança ou deformação na têmpera, são requisitos secundários , mas 
que podem ser primordiais quando a matriz é de forma complicada ou navalhas de 
grandes dimensões . 
 
Ferramentas de Corte em usinagem – Necessitam de resistência ao 
revenimento e ao desgaste , onde tenacidade é requisito secundário 
 
Ferramentas para moldagem – Matrizes de injeção de plástico , matrizes de 
fundição sob pressão ou moldes permanentes para zinco , alumínio e ligas de 
cobre fundidos , e ferramentas para moldagem de pós metálicos e produtos 
cerâmicos . 
 
Outras aplicações – Incluem padrões que necessitam altas durezas , bom 
acabamento , estabilidade dimensional . As ferramentas de percusão , rebitadeiras 
com alta tenacidade . 
Tratamento Térmico e Seleção de Materiais -Laboratório 
 
45 
SELEÇÃO DOS AÇOS PARA RESISTÊNCIA A FADIGA 
 
INTRODUÇÃO : 
 
Resistência à Fadiga : é a reação favorável de um material , a cargas aplicadas 
mais de uma vez . A deformação das peças rompidas por fadiga é pequena e a 
superfície da fratura mostra uma aparência características que difere da fratura 
resultante de cargas aplicadas uma só vez . 
 A fig. 2 mostra um arranjo esquemático de carga ( A) R.R .Moore e ( B) do 
tipo de corpo de prova em balanço de máquina de teste de fadiga . “S” indica o 
corpo de prova e “P” indica a carga de ambos casos . 
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Os efeitos das variações das propriedades mecânicas , composição 
química: micro e macrotextura , na vida das peças , tem sido extensivamente 
estudada por causa da possível influência na seleção dos aços para satisfazer 
requisitos específicos . Estes estudos tem mostrado que a Resistência a fadiga 
mantém-se em proporção com a Resistência à tração , mas isto não se verifica 
para todos os níveis de tensões . 
Os métodos de fabricação, técnica de tratamento térmico, tratamento 
superficiais, acabamento superficial de peças e o meio em que elas trabalham, 
tem maiores influências na determinação última do comportamento de uma peça 
quando submetida a fadiga (tensões cíclicas). 
A seleção de um aço para satisfazer um projeto específico , raramente se 
faz na base de uma única propriedade . As altas resistências à fadiga de certos 
aços , dever ser acompanhada da ductilidade adequada , de capacidade para 
absorver choques , de resistência ao meio de trabalho e outras considerações . 
Certos requisitos de fabricação , tais como USINABILIDADE , 
SOLDABILIDADE E FORMABILIDADE , podem também limitar a escolha do aço 
e mesmo impedir o uso de aços que teriam resistência a fadiga ótima . 
 
2.0) PROPRIEDADES ESTÁTICAS E A FADIGA 
 
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Sabemos da relação de proporcionalidade entre a resistência à fadiga e a 
resistência à tração. O mesmo pode ser dito usando-se dureza ao invés da 
resistência à tração. Assim na Figura 4 observa-se que quanto maior a dureza 
maior a faixa em que se encontra os valores de tensão de fadiga. 
 
 
3.0) EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA 
Os efeitos dos elementos de liga na Tensão de Fadiga dos aços de baixa 
liga, foi avaliado pela análise dos dados mostrados na Figura 5. As diferenças 
encontradas para o mesmo nível de carbono foram sem significado. 
 
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 3.1) EFEITO DO CARBONO 
Ainda analisando os dados individuais da Figura 5 pode-se constatar a 
existência de aumento da Tensão de Fadiga, para maiores teores de carbono a 
um mesmo nível de dureza, acima de 45 Rc. 
 
3.2) EFEITO DO CHUMBO 
Este elemento, do mesmo modo que o enxofre, é adicionado nos aços para 
melhorar a usinabilidade. Para tensões de até 13000 psi o seu efeito nesta 
característica é tão pequeno que pode-se mesmo dizer ser inexistente. 
Acima deste valor os teores de Chumbo passam a ser significativos, 
diminuindo sensivelmente a tensão de resistência à fadiga. O efeito do chumbo foi 
estudado em aços que continham 0.20%. 
 
3.3) EFEITO DAS INCLUSÕES DE SULFETOS 
 
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A principal influência do Enxofre na resistência, manifesta-se em corpos de 
prova que apresentam entalhes e que estão submetidos a elevados níveis de 
tensões. Teores de Enxofre até 0.25% tem influência na tensão de resist6encia à 
fadiga, baixando-a em cerca de 30%. 
 
4.0) MICROTEXTURA 
4.1) MARTENSITA – O teor de martensita nos aços temperados, 
influi na resistênciaà fadiga. A figura 6 mostra essa influência . Deste modo, no 
que concerne à resistência à fadiga, quanto menos drástica a têmpera, menor a 
tensão de fadiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2) PERLITA X ESFEROIDITA 
 
Para avaliação da influência dessas duas microtexturas tomou-se um aço 
com 0,78%C , 0,22%Si , 0,27%Mn , 0,016%S e 0,011%P. Esse aço foi repartido 
em dois lotes de corpos de provas os quais foram tratados de duas maneiras 
diferentes para obtenção dessas duas microtexturas com a mesma dureza e a 
mesma resistência. Os tratamentos conforme Figura 7 foram os seguintes: 
σ RF 
(PS1) 
90000 
70000 
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a) para se obter perlita – austenitização a 842ºC/1h ; resfriamento para 
705ºC em banho de sal por 20 horas. 
b) Para se obter Esferoidita – Austenitização a 842ºC/1h, têmpera em óleo, 
revenido em banho de sala 685ºC por 15 horas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efetuando o ensaio de fadiga em ambos os lotes tratados, os resultados 
são mostrados na figura 8 abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ºC 
842 
705 
1H 
20H 
685 
842 
1H 
ºC 
15H 
σ F 
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4.3) ENCRUAMENTO 
A estrutura do aço, pode ser modificada pelo encruamento (deformação 
plástica) o que provoca um aumento nos limites de escoamento, de resistência e 
na resistência à fadiga, comparando com os resultados do material no estado 
laminado à quente. A figura 9 mostra o aumento da resistência à fadiga, para um 
aço específico em função da percentagem da redução à frio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.4 ) AUSTEMPERA 
Testes em serviço , tem mostrado que peças que foram tratadas dessa 
forma , são melhores do ponto de vista ao choque a fadiga , do que as que foram 
temperadas . Com a “AUSTEMPERA “ obtemos a “Bainita” com as seguintes 
vantagens : 
 
a) Ausência de tensões 
b) Textura “ Bainita “ – dureza elevada com certa ductilidade 
c) Ausência do revenimento 
 
 
σ F 
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4.5 ) DIRECIONALIDADE 
As peças laminadas tem propriedades a fadiga favorável com à direção que 
se considera . A resistência à fadiga de aços transversais à laminação são 
menores que os longitudinais. Essa diferença persiste mesmo após o tratamento 
térmico de têmpera mais revenido 
 
4.6 ) AUSTENITA RETIDA 
Investigações em aços ferramenta mostraram que a resistência à fadiga era 
diminuída quando se aumentava a % da austenita retida em até 10%. Os aços 
estudados foram o 4340, 52100, D2 (Aço ferramenta para trabalho à frio 
temperável em óleo com 0,9%C; 1,6%Mn) e L6 (Aço ferramenta para fins 
especiais tipo baixa liga com 0,7%C; 0,75%Cr; 1,5%Ni; 0,25%Mo.) 
 
5.0) GRADIENTES DE DUREZA 
5.1) PROFUNDIDADE DA CAMADA 
 No caso da descarbonetação (cementação), o aumento da profundidade 
carbonetada provoca aumento na resistência à fadiga. Assim o aço 8620 
carbonetado apresenta os seguintes valores de resistência à fadiga para 10 ciclos: 
 
0,030” de profundidade ___________________________190000 psi 
0,050” de profundidade ___________________________ 200000 psi 
0,070” de profundidade ___________________________ 210000 psi 
 
Também no caso de engrenagens possui-se dados que mostram a variação 
da vida com a profundidade. A Figura 10 mostra este fato para tensões na 
superfície de engrenagens de 38000 psi. 
 
 
 
 
 
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5.2) TÊMPERA POR INDUÇÃO 
Este tipo de tratamento mostroui resultados tão bons aos conseguidos com 
a cementação, ou carbonetação de engrenagens quando o mesmo era bem 
executado. 
As vantagens da têmpera por indução são: 
a) Baixo custo do material 
b) Distorções mínimas 
c) Usinagem antes do tratamento térmico. 
d) Vida das peças tão grande ou melhores que as 
carbonetadas 
 
5.3) NITRETAÇÃO 
Quase sempre é especificada quando o problema maior é a resistência à 
fadiga, porque a aumenta consideravelmente. Ao contrário das peças temperadas 
por indução, a nitretação pode seguir os filetes e concordância, coisa difícil de ser 
conseguida com a têmpera por indução. 
 
 
 
O tratamento térmico de Nitretação consiste no seguinte: 
2 NH3 2N + 3H2 
5 
6 
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Temperatura de 500 – 540ºC 
Tempo de 48 a 72 horas em contato com o NH3 
 
Com a nitretação temos um sensível aumento de volume de peça . Antes 
da Nitretação devemos fazer o beneficiamento ( Tempera de 900ºC e revenimento 
a 600ºC) para obtermos a textura Sorbitica a qual possue alta resistência ao 
desgaste , fadiga e corrosão . 
Desvantagens : o processo é antieconômico . 
 
6 ) CONDIÇÕES DA SUPERFICIE 
 
6.1 ) DESCARBONETAÇÃO E RECARBONETAÇÃO 
Algumas investigações tem mostrado do que a recuperação das peças 
descarbonetadas é perfeitamente exequivel e a resistência à fadiga é totalmente 
recuperada . 
 
6.2 ) JATEAMENTO 
Também pode–se recuperar a resistência à fadiga por descarbonetação 
através de jateamento da superficie das peças com partículas duras de ferro 
fundido ou aço . Um aço 4340 apresentou os seguintes resultados : 
 
Resistência à tração estática . 260.000 
Resistência à fadiga para 10 ciclo. 120.000 
Resistência à fadiga para 10 ciclos 40.000 ( descarbonetação ) 
Resistência à fadiga para 10 ciclos 100.000 ( descarbonetação e jateado ) 
 
 
 
6.3 ) ACABAMENTO SUPERFICIAL 
As rugosidades da superfície das peças tem grande importância na 
resistência à fadiga . Um acabamento de ferramentas de torno , pode dar 
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resultado de resistência à fadiga que são 1/10 dos obtidos com acabamentos com 
lixa 000 ( polimento ) 
 
7.0 )INCLUSÕES 
 As inclusões não metálicas , tem grande influência na resistência à fadiga , 
principalmente nos níveis elevados de tensões atuante . 
Nesse particular é importante conhecer o numero , distribuição e forma , e 
eles podem ter efeitos maiores do que o carbono e microtextura , sendo um fator 
importante na seleção de um tipo de aço para cada aplicação . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8.0) EFEITO DA TEMPERATURA 
Para temperaturas inferiores à ambiente , pelo meros até _129ºC, há um 
rápido aumento na resistência à fadiga . Para temperaturas acima da ambiente, há 
um certo aumento na resistência à fadiga para os aços ao carbono e alguns aços 
ligados . A figura 14 mostra o efeito para o aço 1035 com resistência à tração de 
70.000 psi . 
 
 
 
σ F 
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