13 Tratamento Termoquimico - Aços Inoxidáveis e Aços Ferramentas

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Nitretação a plasma
O processo de nitretação a plasma (ou nitretação iônica) é um tratamento 
termoquímico que promove modificações na composição química gerando 
várias propriedades físicas nas superfícies metálicas, como dureza 
resistência ao desgaste e a corrosão resultando em um aumento da vida útil 
das peças tratadas. Esse processo consiste em uma descarga elétrica em 
um gás contendo nitrogênio à baixa pressão promovendo a o bombardeio de 
íons e de espécies neutras sobre uma superfície metálicas. Devido a este 
bombardeio os átomos que são arrancados da superfície da amostra, 
reagem com as espécies ativas do plasma e os produtos da reação voltam à 
superfície por redeposição.
Carbonitretação -
O processo érmoquímico chamado de Carbonitretação é, na verdade, um processo termoquímico, porque 
além da peça ser submetida à elevação de temperatura e resfriamento posterior, ela recebe dois 
elementos: Carbono e Nitrogênio. Em determinadas condições de temperatura dentro do forno, esses 
elementos penetram na superfície do aço e combinam com a estrutura desse aço. Em conseqüência, o 
aço obtém maior resistência na superfície.
A camada carbonitretada tem uma espessura variável entre 0,07 mm e 0,7 mm. A profundidade 
dependerá de vários fatores e dos objetivos do cliente.
O processo da carbonitretação ocorre em três etapas: na primeira há fornecimento de gás endotérmico, o 
qual cria as condições propícias para as duas etapas seguintes; na segunda há fornecimento de gás GLP, 
como fonte de carbono, e na terceira, amônia como fonte de nitrogênio. Esta seqüência dá à peça maior 
temperabilidade. Por isto mesmo, é seguida de têmpera.
A carbonitretação é geralmente preferida para peças pequenas que requerem resistência à fadiga e 
dureza superficial elevadas.
Aços de alta liga – Aços inoxidáveis
Foi por acaso que, em 1912, o inglês Harry Brearley (1871-1948), descobriu o aço 
inoxidável ao investigar, a pedido dos fabricantes de armas, uma liga metálica que 
apresentasse uma resistência maior ao desgaste que ocorria no interior dos canos das 
armas de fogo como resultado do calor liberado pelos gases.
Inicialmente, sua pesquisa investigava uma liga que apresentasse uma maior resistência à 
erosão. Porém, ao realizar o ataque químico para revelar a microestrutura desses novos 
aços com altos teores de cromo que estava pesquisando, Brearley notou que o ácido nítrico 
- um reativo comum para os aços - não surtia efeito algum.
Harry, que começou a trabalhar como operário numa produtora de aço de Sheffield, sua 
terra natal, aos 12 anos, não obteve uma liga metálica que resistisse ao desgaste, mas 
obteve uma liga metálica resistente à corrosão. A aplicação imediata de sua descoberta foi 
para a fabricação de talheres, que, até então, eram fabricados a partir de aço carbono e se 
corroíam com facilidade devido aos ácidos presentes nos alimentos.
Os aços inoxidáveis tem como principal característica, a 
resistência à corrosão, mesmo em ambientes de alta 
temperatura ou temperaturas criogênicas (Temperaturas 
muito baixas).
Se deve principalmente pela presença de cromo (a 
partir de 11%).
O cromo, em contato com o oxigênio permite a 
formação de uma película finíssima de óxido de cromo 
(Cr2O3) sobre a superfície do aço, que é impermeável e 
insolúvel em meios corrosivos usuais.
Papel do cromo nos aços: taxa de corrosão 
x percentual de cromo do aço
Classificação dos Aços Inoxidáveis
São classificados de acordo com a estrutura
cristalina predominante na liga à temperatura
ambiente.
São classificados como:
• Aços inoxidáveis Martensíticos;
• Aços inoxidáveis Ferríticos;
• Aços inoxidáveis Austeníticos.
• Aços inoxidáveis Duplex (Austeníticos Ferríticos)
Os aços inoxidáveis são de alta liga,
(contendo mais de 11% de elementos de
liga) mas em geral são de baixo teor de
carbono, ligados principalmente ao:
• Cromo
• Níquel
• Molibdênio
Aço Inoxidável Austenítico
• Melhor resistência à corrosão
• São essencialmente ligas ternárias ferro-cromo-níquel com 16 a 25% 
Cr e 7 a 20% Ni
• Classificação AISI 3XX (eventualmente 2XX)
• Sua estrutura permanece austenítica (CFC, tipo ferro g) às 
temperaturas normais dos tratamentos térmicos.
• A presença do níquel (CFC), permite que a estrutura CFC se 
mantenha à temperatura ambiente.
• Tem elevada capacidade de deformação devido à sua estrutura CFC
• Melhor resistência a corrosão do que os aços ferríticos e martensíticos 
(o Ni reforça o filme protetor)
• Não magnéticos
• Não temperáveis, somente endurecíveis dor deformação a frio 
(encruamento)
• Ótima soldabilidade
Aço Inoxidável Austenítico
• Se forem posteriormente soldados ou aquecidos 
lentamente, a partir de temperaturas elevadas (de 500°C 
a 870°C ), pode ocorrer corrosão intergranular 
(sensitização).
• Essa corrosão pode ser diminuída até certo ponto 
através de:
– Diminuição do teor de carbono para cerca de 0,03% 
C
– Adição de elementos de liga como o nióbio titânio ou 
tântalo (que se combina com o carbono da liga antes 
que o cromo se combine).
Mecanismo da corrosão intergranular (a corrosão ocorre à 
temperatura ambiente) nos aços inoxidáveis austeníticos 
quando aquecidos entre 500°C e 870°C
Corrosão intergranular em aço inoxidável 
soldado na proximidade do cordão de solda
Aspecto da corrosão sob tensão em aços 
inoxidáveis em soluções contendo cloretos acima 
de 60 °C
Pites em chapa de aço inoxidável AISI 304, 
por uma solução ácida de cloretos ( AISI 
316 resiste mais a esse tipo de corrosão.
Aço Inoxidável Austenítico (Propriedades) 
(outros AISI 310 AISI 316 AISI 348)
Estabilizado para soldadura; 
reservatórios de transporte de 
produtos químicos.
45276655Recozido
18Cr; 10Ni; Cb (Nb) 
= 10x Cmin.
347
Estabilizado para soldadura; 
equipamento de processamento
45241621Recozido
18Cr; 10Ni; Ti = 5x 
%Cmin.
321
Baixo carbono para soldadura; 
reservatórios químicos
55269559Recozido19Cr; 10Ni; 0,03C304L
Equipamento de processamento 
químico e de alimentos.
55290580Recozido18Cr; 8Ni304
Liga de elevada taxa de encruamento; 
aplicações estruturais
60276759Recozido17Cr; 7Ni301
Aplicações típicas
Alongamento 
(%)
Tensão 
Cedência
Resistência à 
Tração (Mpa)
Estado
Composição 
Química
Designação da 
liga
Aço Inoxidável Martensítico 
• Essencialmente ligas binárias ferro-cromo com 12 a
17% Cr
• Série AISI 4XX
• Relação % de Cromo / % de Carbono baixa
• Magnéticos e endurecíveis por têmpera
• Maior resistência mecânica e duzeza
• Baixa soldabilidade (podem temperar e fissurar na
solda). Usa-se eletrodo de inoxidável austenítico.
• Baixa resistência a corrosão comparando com os
ferríticos e austeníticos
• Apresentam-se em três tipos:
– Baixo Carbono (tipo turbina) – 0,15% C; 12% Cr
– Médio Carbono (tipo cutelaria) – 0,70% C; 17% Cr
– Alto Carbono (resistente ao desgaste) – 1,10% C; 17% Cr
Aço Inoxidável Martensítico 
(Propriedades)
Outros AISI 403 AISI 420 AISI 416
218971966T & R
Esferas, rolamentos, pistas, 
componentes de válvulas.
13276759Recozido17Cr; 1,1C440C
516901828T & R
Cutelaria, rolamentos, intrumentos 
cirúrgicos.
20414724Recozido
17Cr; 0,7C440A
T & R
Uso geral para Tratamento térmico; 
orgãos de máquinas, veios de 
bombas, válvulas.
30276517
Recozido
12,5Cr; 0,15C410
Aplicações típicas
Alongamento 
(%)
Tensão 
Cedência
Resistência à 
Tração (Mpa)
Estado
Composição 
Química
Designação da 
liga
Aço Inoxidável Ferrítico
• São essencialmente ligas binárias ferro-cromo com 12 a 
30% Cr
• Relação % de Cromo / % de Carbono alta
• Série AISI 4XX• Sua estrutura mantém-se essencialmente ferrítica (CCC, 
do tipo ferro a) após os tratamentos térmicos normais
• São relativamente baratos, porque não contêm níquel, 
mas resistência à corrosão é menor que os equivalentes 
austeníticos.
• Boa resistência ao calor e à corrosão (altos teores de 
cromo).
• Baixa soldabilidade (crescimento de grão durante a 
soldagem – fragilidade). Usa-se eletrodo de inoxidável 
austenítico.
Aço Inoxidável Ferrítico (Propriedades)
(outros AISI 442) 
Aplicações a alta temperatura, 
aquecedores, câmaras de 
combustão
20345552Recozido25Cr; 0,20C446
Uso geral, em que não se requer 
endurecimento, capotas de 
automóveis, equipamento para 
restaurantes.
25345517Recozido17Cr; 0,012C430
Aplicações típicas
Alongamento 
(%)
Tensão 
Cedên
cia
Resistência à 
Tração 
(Mpa)
Estado
Composição 
Química
Designação da 
liga
Aço Duplex é um tipo de Aço inoxidável composto pela combinação de dois tipos 
de microestrutura: Ferrítica e austenítica. Sua principal característica é a 
excelente resistência à corrosão em meios agressivos devido à sua habilidade em 
se passivar, e permanecer no estado passivo em diversos meios aos quais é 
submetido; Devido ao efeito do refino de grão obtido pela estrutura austenítica-
ferrítica e ao endurecimento por solução sólida, estes aços apresentam 
resistência mecânica superior aos aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos. Suas 
aplicações se dão principalmente no ramo da indústria petroquímica (em unidades 
de dessanillização, dessulfuração e equipamentos para destilação) e papel e 
celulose (em digestores, plantas de sulfito e sulfato e sistemas de 
branqueamento).
Aço Inoxidável Duplex
Porcentagem média
22%
5%
3%
0,15%
0,02%
Sua composição química média é:
Aço Inoxidável Duplex
Composição química
Elemento químico
Cr
Ni
Mo
N
C
Aço Inoxidável Duplex
PROPRIEDADES
Este Grupo possui características muito especiais, dentre elas está o seu 
comportamento super plástico indicado pelas grandes deformações as quais 
pode ser sujeito sem a ocorrência de estricção (empescoçamento) em 
temperaturas próximas da metade da sua temperatura de fusão. Além da sua 
super plasticidade estão entre as propriedades mecânicas dos aços duplex a 
alta resistência a corrosão e a sua resistência mecânica superior a dos aços 
inoxidáveis comuns. Estes aços possuem limites de resistência à tração da 
ordem de 770 MPa, limite de escoamento próximo de 515 MPa, e 
alongamento em 50mm de 32% em média.
São difíceis de soldar, pois quando aquecidos e posteriormente resfriados, 
formam precipitados, que interferem diretamente na soldabilidade
Aço Inoxidável Duplex
Suas principais aplicações estão nas indústrias químicas , de 
óleo, gás , papel e celulose, aplicado principalmente em 
evaporadores, dutos, unidades de dessanillização e 
dessulfuração, equipamentos para destilação, tanques de 
condução e armazenamento de material corrosivo.
Aplicações
Aços Marageing
A denominação dos aços marageing deriva de suas características microestruturais
básicas: “mar” é uma abreviação de martensita e “ageing” significa envelhecimento
(endurecimento por precipitação). Isso significa que a microestrutura de aços
marageing consiste basicamente de martensita com baixo teor de carbono
endurecida significativamente pela formação de precipitados durante tratamento
térmico de envelhecimento .
Estes aços foram desenvolvidos a partir de 1960 com o propósito de atingir alta
resistência mecânica, porém garantindo boa tenacidade. São fabricados a partir de
composição química equivalente à aços de muito baixo teor de carbono,
adicionando-se níquel em teores elevados. Essas características permitem que o
aço se transforme em martensita de baixo teor de carbono mesmo para um
resfriamento lento. O teor de carbono muito baixo, a elevada pureza do material e o
alto teor de níquel resultam em excelente resistência ao impacto e alta tenacidade à
fratura, que também é resultado do pequeno tamanho de grão ou de ripa da
martensita. Esta martensita apresenta alta densidade de discordâncias, mas em
geral sua resistência mecânica não é muito elevada, sendo suas propriedades
típicas: tensão limite de resistência à tração = 950 a 1050 MPa; tensão limite de
resistência ao escoamento = 650 a 800 MPa; alongamento de 17 a 19 %; redução
em área de 70 a 75 % e dureza Vickers de 290 a 320 HV.
Então a resistência mecânica desta martensita com baixo teor de carbono é aumentada
pelo envelhecimento através da formação de compostos intermetálicos, sendo as adições
mais comuns de cobalto e molibdênio com um pouco de titânio e alumínio, ou então
somente adições mais elevadas de titânio e alumínio. A martensita de Fe-Ni formada é do
tipo com forma de ripa, contendo alta densidade de discordâncias, que atuam como sítios
preferenciais para a nucleação de precipitados intermetálicos durante o tratamento térmico
de envelhecimento. A martensita antes do envelhecimento é macia (em torno de 30 HRC),
permitindo operações de conformação mecânica, porém a taxa de encruamento é baixa e
a deformação uniforme é pequena (em torno de 1 a 3 %). Os teores de impurezas
(carbono, enxofre, fósforo e nitrogênio) devem ser mantidos os mais baixos possíveis,
sendo necessária a fusão a vácuo. O efeito endurecedor do cobalto surge através do
ordenamento de baixo alcance. O níquel é expulso das regiões ordenadas de Fe-Co,
afetando o tamanho das partículas de Ni3Mo, ao alterar a solubilidade local do molibdênio.
As regiões empobrecidas em níquel servem como núcleos para a precipitação de FeTi. O
superenvelhecimento também leva à recuperação das subestruturas de discordâncias da
martensita e á formação de austenita. Três principais tipos de aços marageing foram
desenvolvidos: a) aços com 18 % de níquel; b) aços com 20 % de níquel; c) aços com 25
% de níquel.
•Aços Marageing com 18 % de níquel
Estes aços são predominantemente ligas Fe-18 % Ni que são endurecidas por precipitação devido às
adições de elevados teores de molibdênio e cobalto cm pequenas adições de titânio e alumínio. Três ligas
deste tipo foram desenvolvidas com o objetivo de alcançar tensão limite de resistência ao escoamento de
1350, 1650 e 1950 MPa. Estas três ligas apresentam composições químicas típicas para cada nível de
resistência mecânica, mas todas apresentam teores de impurezas muito baixos, são materiais fundidos em
vácuo (uma ou duas vezes) e contêm adições de 0,003 % de boro, 0,02 % de zircônio e 0,05 % de cálcio para
eliminar as impurezas e ajudar a melhorar a trabalhabilidade a quente.
São notáveis os baixos teores de impurezas e o fato de que a resistência mecânica aumenta com o 
aumento dos teores de molibdênio e titânio.
O tratamento térmico envolve a solubilização a 850 – 870 ºC seguida por resfriamento ao ar ou
têmpera em água, após o que é realizado o envelhecimento por 3 horas a 480 ºC. Todas as adições de
elementos de liga, com exceção do cobalto, reduzem a temperatura Ms de início de transformação
martensítica, porém mantendo a temperatura Mf (de final de transformação martensítica) da liga acima da
temperatura ambiente, de modo que esta fica mais ou menos transformada em martensita após o
resfriamento a partir da temperatura de solubilização. A fase endurecedora por precipitação é
predominantemente Ni3Mo (estrutura cristalina ortorrômbica), que forma-se como pequenas plaquetas,
mas também se precipita alguma quantidade de Ni3Ti. Na condição severamente superenvelhecida ocorre
endurecimento por precipitação devido à formação de Ni3Mo, mas mesmo assim o principal agente
endurecedor é o molibdênio. Quando o envelhecimentoé realizado em temperaturas e/ou tempos
excessivos pode ocorrer re-austenitização, e freqüentemente a austenita formada é tão estável que fica
retida, porque os teores de elementos de liga são tão elevados que a temperatura Ms fica abaixo da
temperatura ambiente. Caso seja necessário que o aço atinja resistência mecânica mais alta, é possível
trabalhar a frio a martensita inicial de baixo teor de carbono para uma redução de espessura da ordem de
50 % antes do envelhecimento. A tabela 2 apresenta propriedades mecânicas típicas para os aços
marageing 18 % Ni.
• Aços Marageing com 20 % de níquel
Este tipo de aço, contendo 20 % de níquel, deve apresentar os mesmos requisitos de baixo nível
de impurezas apresentados pelos aços 18 % Ni. Entretanto, em vez de adições de molibdênio e
cobalto, o endurecimento por precipitação resulta da presença do titânio (1,5 %), do alumínio (0,25 %)
e do nióbio (0,5 %).
A temperatura MS é bem mais baixa do que a do aço 18 % Ni, mas o aço 20 % Ni é
substancialmente transformado após tratamento de solubilização (S) e resfriamento até a temperatura
ambiente. Caso a transformação seja incompleta, pode ser completada pela refrigeração a – 78 ºC ou
pelo trabalho a frio, que eleva a temperatura Ms. O envelhecimento (E) é então realizado a 480 ºC por
3 horas, tanto com e sem refrigeração, que pouco altera a resistência mecânica, porque a liga sofre
muita transformação antes da refrigeração. O trabalho a frio (TF) antes do envelhecimento resulta em
alta resistência mecânica. Os precipitados que efetivamente endurecem esse aço são as fases Ni3(Al,
Ti) e Ni3Nb.
•Aços Marageing com 25 % de níquel
Os aços marageing contendo 25 % de níquel também contêm cerca de 1,5 % de titânio, 0,25 % de alumínio e/ou 0,5
% de nióbio. A temperatura Ms é inferior à temperatura ambiente e o aço é predominantemente austenítico após a
solubilização. Antes do envelhecimento é necessário transformar esse aço num aço martensítico e em função disso,
dois tratamentos são utilizados:
•Ausageing
A austenita é envelhecida a 700 ºC para precipitar Ni3(Al,Ti) e/ou Ni3Nb. Isso reduz o teor de soluto da austenita, e
assim aumenta a temperatura Ms, de modo que no subseqüente resfriamento até a temperatura ambiente o aço se
transforma predominantemente em martensita.A transformação completa pode ser assegurada por um subseqüente
resfriamento a – 78 ºC antes do tratamento de envelhecimento a 480 ºC por 3 horas. O tratamento de ausageing a
700 ºC endurece a austenita pela formação da fase gama linha (Ni3(Al,Ti)), mas esta fase perde coerência quando
a austenita se transforma em martensita. Entretanto, haverá menor quantidade de titânio e alumínio disponível para
o envelhecimento posterior da martensita e assim a resistência mecânica será menor. O precipitado formado durante
o tratamento de envelhecimento da martensita já foi identificado como heta-Ni3Ti.
•Trabalho a frio e resfriamento
A austenita deve ser trabalhada a frio em no mínimo 25 % de redução em espessura de modo a subir
suficientemente o intervalo MS-Mf para que a transformação completa ocorra a – 78 ºC. Eventualmente o
resfriamento pode ser feito a – 196 ºC. Este tratamento de trabalho a frio e resfriamento permite precipitação plena
com as adições de elementos de liga efetuadas de modo que se atinge resistência mecânica mais alta do que na
condição resultante do tratamento de ausageing.
Este aço é caro, no que se refere a fabricação, processamento e tratamento térmico e por este motivo não é muito
usado comercialmente.
Os aços ferramenta representam uma importante fatia do segmento de 
aços especiais. Produzidos e processados para atingir um alto grau de 
qualidade, os aços ferramenta são empregados na fabricação de 
matrizes, moldes, ferramentas de corte intermitente e contínuo, 
ferramentas para conformação de chapas, corte a frio e componentes de 
máquinas. Abastecem os segmentos de autopeças, automobilístico, 
eletro-eletrônico e extrusão de alumínio.
AÇOS FERRAMENTA 
Estes tipos de aços se caracterizam pela elevada dureza e resistência à 
abrasão. Têm boa tenacidade e mantém as propriedades de resistência 
mecânica mesmo sob elevadas temperaturas. Tais características são 
obtidas com a adição de altos teores de carbono e ligas como tungstênio, 
molibdênio, vanádio, manganês e cromo. A maior parte dos aços ferramenta 
é forjada. Outra parte é produzida por fundição de precisão ou por 
metalurgia do pó.
Classificação dos AçosFerramenta
Quando um aço ferramenta contem um combinação com mais de 7 % tungstênio, molibidenio e vanádio, 
com mais de 0.60% carbono, ele é chamado Aço Rápido ,HSS (High Speed Steel). Esse termo, que 
descreve sua habilidade de cortar metais "rápido", é usado desde 1940 quando a ferramenta de aço 
predominante era a de alto teor de carbono, que não era capaz de cortar em altas velocidades.
AÇOS FERRAMENTA 
AÇOS FERRAMENTA 
AÇOS FERRAMENTA 
AÇOS FERRAMENTA 
AÇOS FERRAMENTA