Tratamento Térmico 2

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Dentes de engrenagem temperadas por 
indução
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F OBJETIVO
Endurecimento superficial do aço
����
visando
�
aumentar a resistência ao desgaste e à 
abrasão da superfície
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F • Encruamento mecânico da superfície 
� A dureza e a resistência dependem da intensidade do 
encruamento
• Tratamento químico da superfície
� (cromagem eletrolítica dura, siliconização)
• Tratamentos termoquímicos da superfície
� (cementação, Nitretação, Cianetação,...)
� Revestimento de ferramentas
• Têmpera superfícial
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F A têmpera é realizada somente na superfície
�
A superfície adquire propriedades e 
características da estrutura martensítica
� ** A casca endurecida pode ter até 10 mm, 
dependendo do processo.
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• Aplica-se à peças de grandes dimensões (engrenagens de 2-3 m)
• Permite o endurecimento em áreas localizadas
• Pode ser usado quando a geometria da peça ocasionar grandes 
deformações
• Permite obter a combinação de altas resistências ao desgaste e 
dureza na superfície, com ductilidade e tenacidade no núcleo da 
peça
• Não exige fornos de aquecimento
• É rápida (pode ser aplicada na oficina)
• Não produz grandes oxidações e descarbonetações no aço.
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•Por Chama
•Por indução
•Por laser
•Por feixe eletrônico
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F A superfície é aquecida, acima da temperatura 
crítica (850-950 °C) por meio de uma chama 
de oxi-acetilenica.
• resfriamento é feito por meio de um jato de água
�
Depois faz-se um revenido para o alívio de 
tensões
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F � Pode ser feita manualmente 
ou com dispositivos especiais, 
com controle ótico de temperatura
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A profundidade de endurecimento pode ser aumentada pelo 
prolongamento do tempo de aquecimento. Podem ser atingidas 
profundidades de até 6,3 mm. O processo é uma alternativa 
de tratamento para peças muito grandes, que não caibam em fornos
Fonte:www.cimm.com.br
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• Intensidade da chama aplicada
•distância da chama aplicada
• tempo de duração da chama aplicada
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� Consumo de Oxigênio :
Co= 0.7 (p)1/2 [l/cm2]
p= profundidade endurecida em mm
� Consumo de acetileno:
Ca= 0.45 p1/2 [l/cm2]
� Tempo de aquecimento
7 . p2 [s]
� Velocidade de movimento da torcha
72/ .p2 [cm/minuto]
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F � O calor é gerado na peça por indução 
eletromagnética, utilizando-se bobinas de 
indução, nas quais flui uma corrente elétrica de 
alta freqüência.
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• Pode-se determinar com precisão a profundidade da
camada temperada.
• O aquecimento é rápido
• As bobinas podem ser facilmente confeccionadas e
adaptadas à forma da peça
• Não produz o superaquecimento da peça � permitindo a
obtenção de uma estrutura martensítica acidular fina
• Geralmente, possibilita um maior aumento da dureza e da
resistência ao desgaste
• A resistência a fadiga é também superior
• Não tem problema de descarbonetação.
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� A quantidade de calor gerada é dada pela lei de 
Joule:
Q= 0,239.i2 . R. t
� i é a corrente em amperes
� R a resistência do condutor em ohms
� t o tempo que circula a corrente em segundos
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•Forma da bobina
•Distância entre a bobina e a peça
•Freqüência elétrica (500-2.000.000
ciclos/s)
•Tempo de aquecimento
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Fonte:V. Chiaverini: Aços e 
Ferros Fundidos
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Na têmpera por indução, a peça é colocada no interior de uma bobina submetida à passagem de corrente 
alternada. O campo energiza a peça, provocando seu aquecimento. Dependendo da freqüência e da corrente, a taxa 
e a profundidade de aquecimento podem ser controladas. 
Devido a estas características, o processo é indicado para tratamento térmico de superfície. Os detalhes de
tratamento são similares ao endurecimento por chama.
Fonte:www.cimm.com.br
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F p= 5030 . (ρρρρ/µµµµ.f)1/2
� p é a profundidade da camada em cm
� ρρρρ a resistividade do material em ohm.cm
� µµµµ a permeabilidade magnética do material 
em Gauss/Oersted
� f a freqüência da corrente em Hz
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APLICAÇÃO
� Usado na têmpera de peças de geometria 
variadas
OBSERVAÇÃO
� As peças são cobertas com fosfato de zinco ou 
magnésio para aumentar a absortividade
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O processo é muito preciso em impor aquecimento seletivo sobre áreas bem específicas.
Além disto o processo pode ser feito em alta velocidade, produzindo pouca distorção.
Uso do laser em peça cilíndrica (esq.) e aplicação localizada (dir.) 
TÊMPERA POR LASER
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VARIÁVEIS QUE CONTROLAM A 
PROFUNDIDADE DA CAMADA
� Diâmetro do raio
� Intensidade
� Velocidade de varredura (100 polegadas/min.)
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F VANTAGENS
� O processo opera a altas velocidades
� A distorção provocada é pequena
� Pode ser usado para áreas selecionadas
� Softwares e automação podem ser usados para 
controlar os parâmetros
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F � A fonte de calor é um feixe de elétrons de alta 
energia
� É fácil de automatizar
� O equipamento é caro
� Opera em alto vácuo
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O endurecimento por feixe de elétrons é similar ao endurecimento por laser. A fonte de
energia é um feixe de elétrons de alta energia. O feixe é manipulado com o uso de espiras eletromagnéticas. 
O processo pode ser automatizado, mas deve ser conduzido sob condições de vácuo, visto que os feixes de elétrons
dissipam-se facillmente no ar. 
Como no caso do laser, a superfície pode ser endurecida com muita precisão, tanto na profundidade como na posição.
Uso do feixe mostrando equipamento ( esq.) e detalhe peça e fonte (dir.)
TÊMPERA POR FEIXE ELETRÔNICO
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F O endurecimento superficial é causado pela 
modificação parcial da composiçãoquímica
�
é alcançada através:
Aplicação de calor e de um meio químico
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� CEMENTAÇÃO
� NITRETAÇÃO
� CIANETAÇÃO
� CARBO-NITRETAÇÃO
� BORETAÇÃO
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F � É o mais empregado e o mais antigo
� Consiste na introdução de átomos de carbono 
na superfície da peça (acima da temperatura 
crítica -850-950 °C- para haver absorção)
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F � A cementação em si não endurece o aço, 
apenas favorece o endurecimento
�O processo deve ser seguido de têmpera e revenido 
para atingir máxima dureza e alta resistência ao 
desgaste.
�É aplicável a aços de baixo carbono
�O conteúdo de carbono na superfície fica acima do eutetóide (0,8-
1,0 %)
�O teor de Carbono decresce a medida que se penetra 
em profundidade na peça (é importante que esse 
decréscimo seja gradual).
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F • Do tempo
• Da Temperatura
• Da concentração de Carbono inicial no aço
(Quanto menor o teor de carbono mais fácil a 
carbonetação)
• Natureza do gás de carbonetação ou do agente 
carbonetante
• Velocidade do fluxo do gás (se for o caso)
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•Por via gasosa
•Por via líquida
•Por via sólida
•Por plasma
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� Neste processo, as peças de aço são 
colocadas em caixas metálicas (aço-liga 
resistente ao calor), ficando separadas umas 
das outras pelo carborizante.
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F � Ex: carvão vegetal, mais ativadores
(Carbonato de Bário, ou Sódio, ou Potássio) e
óleo de linhaça (5-10%) ou óleo comum como
aglomerante.
� Também, pode-se adicionar 20% de coque 
para aumentar a velocidade de transferência 
de calor.
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•A CEMENTAÇÃO SÓLIDA É MUITO 
RUDIMENTAR E A CAMADA CEMENTADA É 
MUITO IRREGULAR. Portanto, não é 
recomendada para a obtenção de 
camadas muito finas.
•A cementação sólida é realizada a 
temperaturas entre 850-950 °C
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1) C + O2 � CO2 (850-950 °C) O Carbono combina 
com o oxigênio do ar
2) CO2 + C � 2CO O CO2 reage com o carvão 
incandecente
3) 3Fe + 2CO � Fe3C + CO2
4) O CO2 reage com o carvão incandecente e assim vai
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� � A presença do ativador contribui para aumentar 
a velocidade de formação do CO
n 1) BaCO3 � BaO + CO2
n 2) CO2 + C� 2 CO
n 2) 3Fe + 2CO � Fe3C + CO2
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F � O meio carborizante é composto de sais fundidos
NaCN, Ba(CN)2, KCN, ... Como ativador: BaCl2, MnO2, 
NaF e outros. Também faz parte do banho a grafita de 
baixo teor de Silício para a cobertura do banho
• A cementação líquida é realizada a temperaturas 
entre 840-950 °°°°C
� � A profundidade da camada cementada é controlada pela 
composição do banho
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F
• Melhora o controle da camada cementada 
• a camada cementada é mais homogênea
• facilita a operação
• aumenta a velocidade do processo
• possibilita operações contínuas em produção seriada
• Dá proteção quanto à oxidação e descarbonetação
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• não deixar faltar cobertura de grafite no banho
• a exaustão dos fornos deve ser permanente, pois os 
gases desprendidos são tóxicos, os sais são 
venenosos e em contato com áciods desprendem 
ácido cianídrico
• as peças devem ser introduzidas no banho secas e 
limpas.
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� O meio carborizante é composto de uma mistura de 
GASES:
[CO2, H2, N2 (diluidor), (metano) CH4, 
(etano)C2H6, (propano)C3H8,..]
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• a mistura carborizante permanece estável durante toda a 
cementação
• possibilita um melhor controle do teor de carbono e 
consequentemente da camada cementada
• facilita a cementação de peças delicadas
• evita a oxidação
• permite a têmpera direta após a cementação (sem contato com o ar 
e sem reaquecimento)
• o processo é limpo (não precisa de limpeza posterior)
• a penetração do Carbono é rápida
• as deformações por tensões são menores
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•A temperatura e a mistura caborizante 
necessitam rígido controle durante o 
processo
•as intalações são complexas e 
dispendiosas
•as reações são complexas.
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� O plasma é criado por ionização do 
gás (metano) a baixa pressão. O 
carbono iônico é transferido para a 
superfície da peça.
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•Tempos de processo menores (~30 % 
do à gás)
•A peça não sofre oxidação, já que o 
processo é feito sob vácuo
•Fácil automatização
•Produz peças de alta qualidade.
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F � O TT para endurecimento deve levar em conta:o aço e 
as especificações da peça.
� Não esquecer que a peça tem duas composições distintas: 
um núcleo com baixo teor de Carbono (<0,8) e uma 
superfície com teor de carbono acima do eutetóide (>0,8).
�
Portanto, tem 2 temperaturas críticas: A1 (camada 
cementada) e A3 (núcleo da peça).
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F � A PEÇA É TEMPERADA AO AR, DIRETAMENTE APARTIR DA 
TEMPERATURA DE CEMENTAÇÃO (850-950°C).
� Observações:
• pode reter austenita na camada cementada facilitando 
a fragilização da peça e comprometendo a dureza
• o núcleo fica com têmpera total (DURO)
• aplica-se à aços de granulação fina e em peças de 
pouca responsabilidade ao esforço
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F � É uma segunda têmpera, realizada depois da 
direta. Parte de uma temperatura logo acima 
da linha A1.
Finalidade: 
� - reduz a retenção da austenita e diminui a 
dureza do núcleo
� - elimina a fragilização da peça
� - produz granulação + fina
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F � Consiste no resfriamento da peça ao ar calmo. A seguir a peça é 
aquecida e resfriada apartir de um patamar pré-estabelecido.
“C” - a peça é aquecida acima da linha A1 (camada cementada).
** O núcleo continua com granulação grosseira e com mínima 
dureza. Aplica-se à aços de granulação fina.
“D” - A peça é aquecida entre as linhas A1 e A3 (do núcleo).
** Confere uma têmpera e um refino no núcleo, tornando-o mais tenaz 
e resistente.
“E” - A peça é aquecida acima das linhas A3 (do núcleo) e Acm da 
superfície
** A têmpera e refino do grão no núcleo são totais.
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F � Consiste no resfriamento da peça ao ar calmo. 
A seguir a peça é reaquecida acima da linhas 
A3 e Acm e retemperadas.
� É indicado para aços de granulação 
grosseira. A camada superficial fica dura e o 
núcleo mole. Há um refino do grão e diminui a 
austenita residual.
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� A SEGUNDA LEI DE FICK PARA DIFUSÃO 
PODE SER APLICADA PARA 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
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SEGUNDA LEI DE FICK
� (dependente do tempo e unidimensional)
∂∂∂∂ C= - D ∂∂∂∂ 2C
∂∂∂∂ t ∂∂∂∂ x2
Suposições (condições de contorno)
� Antes da difusão todos os átomos do soluto estão uniformemente 
distribuídos
� O coeficiente de difusão permanece constante (não muda com a 
concentração)
� O valor de x na superfície é zero e aumenta a medida que avança-se 
em profundidade no sólido
� t=o imediatamente antes da difusão 
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SEGUNDA LEI DE FICK
uma possível solução para difusão planar
Cx-Co= 1 - f err x
Cs-Co 2 (D.t)1/2
f err x
2 (Dt)1/2
Cs= Concentração dos átomos se difundindo na superfície
Co= Concentração inicial
Cx= Concentração numa distância x
D= Coeficiente de difusão
t= tempo
É a função de erro 
gaussiana
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DIFUSÃO
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F � O endurecimento superficial é obtido pela ação 
do Nitrogênio (difusão).
� Temperatura de nitretação:
500-600°C
�As peças são resfriadas ao ar ou em salmora
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• Obter alta dureza superficial
• Obter elevada resistência ao desgaste
• Melhorar a resistência à fadiga, à corrosão e ao 
calor
• Propicia um menor empenamento das peças, já 
que é realizado a temperaturas mais baixas
• Não necessita de tratamento térmico posterior
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F � O tratamento térmico (como têmpera e 
revenido) se desejado deve ser realizado 
antes da nitretação
� A nitretação promove um aumento nas
dimensões da peça.
� Depois da nitretação só é possível retificar.
Não é possível usinar porque a superfície é
muito dura.
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?a gás
? líquida ou em banho de sal
?Por Plasma
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� �Este processo é usado especialmente para
aços ligados (Cr, Al, Mo,...).
� Tempo de processo: é longo (48-72 horas ou
mais)
� O tratamento é realizado em fluxo de Amônia 
(NH3).
� A camada nitretada atinge 0,8 mm e dureza de
1000-1100 vickers.
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F � 2NH3 ���� 2N + 3H2
O Nitrogênio produzido combina-se com a
ferrita formando nitretato de ferro ou forma
nitretos complexos, de alta dureza, com os
elementos de liga do aço.
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� O MEIO NITRETANTE É UMA MISTURA DE
SAIS: NaCN, Na2CO3, KCN, KCNO, KCl.
� Tempo de nitretação: no máximo 2 horas
� Temperatura de nitretação: 500-580 °C
� A camada nitretada é menos espessa que na 
nitretação à gás
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Banho simples: NaCN, KCN.
� A nitretação líquida é usada também em aços
baixo Carbono (em peças de menor
solicitação)
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- Banho Tenifer- Tufftride: KCN, KCNO fundido em um
cadinho de titânio + aeração para promover a oxidação
do KCN, produzindo C + N.
� Forma uma estrutura de carbonetos e nitretos na superfície (8-16
mícrons) + zona de difusão do Nitrogênio (370-450 mícrons).
� A zona de difusão contribui para um aumento da resistência à
fadiga.
� Este processo pode ser usado para aço comum, baixo
carbono, aços-liga.
� É bastante usado na indústria automobilística e de ferramentas:
engrenagens, pinos, eixos, brocas, fresas, matrizes, etc.
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• A peça é colocada num forno com vácuo
• Aplica-se um potencial entre as paredes do forno e a peça
(500-1000 Volts)
• Gás Nitrogênio é introduzido na câmara e é ionizado
• Os íons são acelerados em direção a peça (pólo negativo)
• O impacto dos íons gera calor suficiente para promover a
difusão
• O forno atua como eletrodo e como câmara de vácuo e não
como fonte de calor.
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• O processo é rápido
• Baixo consumo de gases
• Baixo custo de energia
• Fácil automatização
• Necessita de pouco espaço
físico
• É aplicável a vários materiais
• Produz peças de alta qualidade
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� Há um enriquecimento superficial de 
carbono e Nitrogênio.
� T= 650-850 °C
� Espessura: 0,1-0,3 mm
� É aplicado em aços-carbono com baixo 
teor de Carbono
� O resfriamento é feito em água ou salmora
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� � O processo é executado em banho de sal 
fundido (cianeto)
� Semelhante a cementação líquida
2NaCN + O2 � 2NaCNO
4NaCNO � Na2CO3 + 2NaCN + CO +2N
2CO � CO2 +C
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F � Vantagens em relação a cementação:
� Maior rapidez
� Maior resistência ao desgaste e a corrosão
� Menor temperatura de processo
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É SEMELHANTE À CEMENTAÇÃO À GÁS
� O processo ocorre em meio gasoso
� Espessura: 0,7 mm
� ���� Neste processo introduz-se Amônia 
(30%) + gás carbonizante na atmosfera do 
forno
� T= 700-900 °C
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� Deve-se posteriormente temperar as 
peças em óleo e revenir
� Tempo de 1 hora 0,1 mm de camada 
endurecida
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� Vantagem em relação à tempera:
� O material apresenta uma melhor 
temperabilidade devido ao aumento do teor de 
Carbono
� Processo mais rápido
� Temperatura mais baixa
� Menor crescimento de grão
� Maior resist. ao desgaste
� Menor distorção
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� Consiste na introdução de Boro por difusão
� Ocorre em meio sólido
� Temperatura: 900°C
B4C + ATIVADOR
�
BORETO DE FERRO que é um composto duro
(DUREZA VICKERS: 1700-2000)
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� Temperatura de boretação = 900 °C
Para um aço 0,45 % de Carbono
um tempo de processo de 4 horas origina uma 
camada endurecida de 100 mícrons.
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DEVE SER SEGUIDA 
DE REVENIDO
TEMPERA COMUM
USADA EM GERAL PARA AÇOS 
BAIXO TEOR DE CARBONO, 
LIGADOS OU NÃO
EM GERAL,PROMOVE 
DISTORÇÕES
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DEVE SER SEGUIDA 
DE REVENIDO
TEMPERA SUPERFICIAL
USADA EM GERAL PARA AÇOS 
BAIXO TEOR DE CARBONO, 
LIGADOS OU NÃO