83059 Apostila Introdução Tratamentos Térmicos

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CAMPUS IMPERATRIZ 
Diretoria de Desenvolvimento Educacional – DDE 
Departamento de Ensino Técnico – DENTEC 
Coordenação de Eletromecânica/ Eletrotécnica 
Curso Técnico em Eletromecânica 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. LAÉCIO GOMES GALDINO 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO AOS TRATAMENTOS TÉRMICOS 
NOS AÇOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2017 
Prof. LAÉCIO GOMES GALDINO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO AOS TRATAMENTOS TÉRMICOS 
NOS AÇOS 
 
 
Apostila aplicada ao Curso Técnico 
em Eletromecânica do Instituto Federal de 
Educação, Ciências e Tecnologia do 
Maranhão/ CAMPUS Imperatriz, como 
complementação didática à disciplina 
Tecnologia dos Materiais. 
 
Prof. Orientador: Laécio Gomes Galdino 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imperatriz – MA 
2017 
SUMÁRIO 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................. 3 
2 TRATAMENTOS TÉRMICOS .......................................................... 4 
2.1 Objetivos Gerais .............................................................................................. 4 
2.2 Tipos Comuns ................................................................................................. 4 
2.3 Fatores de Influência....................................................................................... 5 
2.3.1 Temperatura ................................................................................................... 5 
2.3.2 Tempo de Permanência ................................................................................. 6 
2.3.3 Velocidade de Aquecimento ........................................................................... 6 
2.3.4 Velocidade de Resfriamento .......................................................................... 6 
2.3.5 Proteção das Peças ....................................................................................... 7 
2.4 Esferoidização ................................................................................................. 7 
2.5 Recozimento .................................................................................................... 8 
2.6 Normalização ................................................................................................... 9 
2.7 Têmpera ........................................................................................................... 9 
2.8 Revenido ........................................................................................................ 11 
2.9 Martêmpera .................................................................................................... 12 
2.10 Austêmpera .................................................................................................. 13 
3.1 Cementação ................................................................................................... 15 
3.1.1 Tratamentos térmicos posteriores ................................................................ 16 
3.2 Nitretação ....................................................................................................... 17 
3.2.1 Métodos de nitretação .................................................................................. 17 
3.2.1.1 Nitretação a gás ........................................................................................ 17 
3.2.1.2 Nitretação por via líquida ........................................................................... 18 
4 LISTA DE EXERCÍCIOS .................................................................19 
REFERÊCIAS ....................................................................................20 
 
 3 
1 INTRODUÇÃO 
O ferro é o principal constituinte de uma das ligas mais importantes na 
engenharia: o aço. Os aços são empregados nos mais variados componentes. 
Fica difícil imaginar um equipamento que não possua uma peça de aço em sua 
constituição. 
O ferro é um metal alotrópico, isto é, ele apresenta mais de uma estrutura 
cristalina de acordo com a temperatura. Quando solidifica, a 1538 °C, passa a 
apresentar uma estrutura cúbica de corpo centrado, a fase ( - delta). Continuando 
o resfriamento, ocorre uma mudança de fase na temperatura de 1394 °C, com os 
átomos de ferro sofrendo um rearranjo para uma estrutura cúbica de faces 
centradas, a fase ( - gama). Na temperatura de 912 °C ocorre um novo rearranjo 
cristalino e o ferro volta a apresentar uma estrutura cúbica de corpo centrado, a 
fase ( - alfa). Abaixo da temperatura de 768 °C (ponto Curie) o ferro passa a 
apresentar um comportamento magnético, sem no entanto apresentar qualquer 
mudança na estrutura cristalina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
b 
Figura 01- Diagrama de Equilíbrio Binário Fe-C. 
Todas estas transformações alotrópicas ocorrem com liberação de calor no 
resfriamento (reações exotérmicas) e com absorção de calor no aquecimento 
(reações endotérmicas). Evidentemente a quantidade de energia envolvida é bem 
inferior àquela envolvida na transformação de estado (calor latente de 
solidificação, por exemplo). Já a existência destas transformações, conforme será 
visto mais adiante, faz com que os aços apresentem-se como uma classe de 
materiais extremamente versáteis atendendo a um grande espectro de 
propriedades mecânicas. 
 
 
 +Fe 3 C 
Perlita 
Ponto 
Eutet ó ide 
Ponto 
Eut é tico 
A 3 
A 1  
 
 +Fe 3 C 
Perlita 
Ponto 
Eutet ó ide 
Ponto 
Eut é tico 
A 3 
A 1  
 +Fe 3 C 
Perlita 
Ponto 
Eutet ó ide 
Ponto 
Eutet ó ide 
Ponto 
Eut é tico 
Ponto 
Eut é tico 
A 3 
A 1 
 4 
2 TRATAMENTOS TÉRMICOS 
2.1 Objetivos Gerais 
Os tratamentos térmicos são um conjunto de operações que têm por objetivo 
modificar as propriedades dos aços e de outros materiais através de um conjunto 
de operações que incluem o aquecimento e o resfriamento em condições 
controladas. Desta maneira conseguimos obter uma variada gama de 
propriedades que permitem que tenhamos materiais mais adequados para cada 
aplicação, sem que com isto os custos sejam muito aumentados. Como o aço é o 
material mais comumente utilizado em engenharia todo o enfoque dado aqui 
residirá sobre este tipo de material, embora os tratamentos térmicos aqui descritos 
possam ser aplicados a outros tipos. 
 
2.2 Tipos Comuns 
Os tipos mais comuns de tratamentos térmicos são: 
a. Esferoidização 
b. Recozimento 
c. Normalização 
d. Têmpera + Revenido 
Abaixo daremos uma breve idéia do que é cada um destes tratamentos que 
serão tratados em maiores detalhes adiante. 
Esferoidização 
Consiste em um tratamento que visa globulizar a cementita fazendo com que 
tenhamos uma microestrutura formada de um fundo de ferrita com cementita 
esferoidal, donde temos a origem do nome. Este tratamento também é chamado 
de coalescimento pelo fato de que durante o processo a cementita se aglutina em 
partículas de forma esferoidal. 
Recozimento 
O recozimento é um tratamento térmico em que o resfriamento, a partir do 
campo austenítico, deve ser feito de maneira bastante lenta para que tenhamos a 
formação de uma microestrutura de perlita grosseira. Isto fará com que tenhamos 
um material de baixa dureza e baixa resistência. 
Normalização 
 5 
Se, ao invés de obtermos perlita grosseira obtivermos perlita fina no 
resfriamento teremos uma normalização. Isto pode ser conseguido aumentando-
se a velocidade de resfriamento comparada com a velocidade do recozimento. 
Embora esta seja a diferença mais imediata, devemos destacar que a 
normalização provoca uma transformação mais importante que é a diminuição 
tamanho do grão, algo que é extremamente benéfico para a tenacidade do 
material. 
Têmpera e Revenido 
Embora estesdois itens tenham que ser tratados separadamente pelas 
grandes diferenças que existem entre eles, os dois tratamentos sempre serão 
feitos em seqüência. Enquanto que a têmpera é um tratamento que visa a 
obtenção de uma microestrutura completamente martensítica, que por 
conseqüência será dura e frágil, o revenido será empregado para corrigir 
justamente a fragilidade resultante da têmpera. Como conseqüência, sempre que 
fizermos um tratamento de têmpera, será feito o tratamento de revenido. 
 
2.3 Fatores de Influência 
Sempre que fizermos um tratamento térmico, o seu sucesso ou fracasso 
será determinado por alguns fatores-chave que deverão ser muito bem 
observados. Um erro de avaliação de um deles fará com que tenhamos como 
resultado uma microestrutura diferente da prevista e por conseqüência um 
material com propriedades diferentes das desejadas. 
 
2.3.1 Temperatura 
Sempre que fazemos uma transformação partimos de uma microestrutura de 
maior energia para uma microestrutura de menor energia. No caso dos 
tratamentos térmicos a passagem de uma microestrutura para outra requer 
sempre um aquecimento para que se chegue a um nível de energia que permita a 
transformação. Por exemplo, para termos transformação de uma microestrutura 
composta por ferrita e perlita para martensita, devemos primeiramente austenitizar 
o material e após, fazendo um resfriamento rápido, obter martensita. 
No caso dos tratamentos térmicos de recozimento, normalização e têmpera o 
aço deve ser levado obrigatoriamente até o campo austenítico e a partir dali feito o 
resfriamento adequado. Já no caso da esferoidização o material não precisa ser 
austenitizado, podendo ser aquecido até pouco abaixo da temperatura eutetóide. 
Deve ser observado também que as temperaturas de austenitização para 
recozimento e normalização correspondem à mesma faixa para aços 
hipoeutetóides, mas diferem para os aços hipereutetóides. Isto se deve ao fato de 
que como as velocidades de resfriamento para recozimento são mais lentas do 
que para normalização, se fizéssemos uma austenitização completa no 
 6 
recozimento iria se formar uma rede de cementita no contorno de grão durante o 
resfriamento lento que faria com que o aço ficasse frágil. Para o tratamento 
térmico de têmpera são usadas normalmente as temperaturas de normalização, 
embora para aços hipereutetóides exista alguma dependência do teor de 
elementos de liga. 
A não ser que hajam fatores associados ao teor de elementos de liga, as 
temperaturas de austenitização não devem se situar em valores superiores a 50o 
C acima da temperatura mínima de austenitização apontada pelas linhas de 
solubilidade, pois neste caso poderemos ter crescimento do grão o que é 
prejudicial para a tenacidade do material. 
 
2.3.2 Tempo de Permanência 
Quando levamos um aço até o campo austenítico, as transformações não 
ocorrem instantaneamente. A transformação leva um certo tempo para ocorrer e 
depende do tipo de transformação que irá ocorrer. Assim, a transformação de 
perlita ou esferoidita para austenita se dá mais rapidamente que a dissolução de 
carbonetos para austenita. Desta forma o tempo em que o aço deverá permanecer 
nas temperatura de austenitização dependerá da composição do aço. 
 
2.3.3 Velocidade de Aquecimento 
A velocidade de aquecimento, constitui-se de um fator crítico para o sucesso 
de um tratamento térmico da peça. Velocidades altas para o aquecimento poderão 
conduzir ao surgimento de trincas e/ou empenamentos na peça, devido as 
mudanças de fases e/ou desprendimento de gases. Neste, caso faz-se necessária 
uma prévia avaliação do operador quanto ao material, dimensões e formatos da 
peça para evitar sua inutilização. 
 
2.3.4 Velocidade de Resfriamento 
Talvez o fator mais crítico para o sucesso de um tratamento térmico seja o 
resfriamento da peça após a austenitizacão. Um erro na avaliação da velocidade 
correta de resfriamento poderá conduzir a uma estrutura completamente diferente 
da pretendida o que fará com que o material fique com propriedades 
completamente diferentes das planejadas. Um caso comum de erro ocorre na 
normalização de aços ligados de alta temperabilidade. O diagrama isotérmico nos 
mostra que os tempos de transformação são grandes para estes aços. Nas 
velocidades normais de resfriamento usadas na normalização, onde as peças são 
resfriadas ao ar, podemos ter transformação não em perlita fina apenas, mas 
também em bainita até mesmo martensita, o que conduziria a durezas muito 
maiores do que as esperadas. Neste caso a solução seria fazer um resfriamento 
mais lento do que o normal. No caso do processo de têmpera em que o objetivo é 
 7 
de se obter uma microestrutura totalmente martensítica para que se tenha a 
máxima dureza, a situação se inverte. Como a velocidade de resfriamento não é 
só dependente do meio de resfriamento mas também da temperabilidade e do 
tamanho das peças, em muitos casos os meios usuais de resfriamento podem não 
ser adequados. Poderemos ter a formação de outros produtos na microestrutura, 
tais como perlita ou bainita que diminuirão a dureza. Nestes casos deveremos 
aumentar a velocidade de resfriamento ou até mesmo utilizar um aço com maior 
temperabilidade para resolver o problema. 
Outro problema associado ao tratamento de têmpera é o surgimento de 
trincas e empenamentos devido à velocidade de resfriamento. Quanto mais 
complicada for a forma da peça maior a tendência ao aparecimento de trincas. A 
solução deste tipo de problema está sempre na diminuição da velocidade de 
resfriamento pela utilização de meios que produzam uma menor retirada de calor 
da peça. Os problemas relativos ao resfriamento serão tratados em maiores 
detalhes mais adiante quando forem abordados os tratamentos térmicos. 
 
2.3.5 Proteção das Peças 
Se um aço for aquecido até temperatura acima de 600 C em uma atmosfera 
rica em oxigênio, como, por exemplo, o ar ambiente, ocorrerá na superfície da 
peça um fenômeno chamado de descarbonetação. A descarbonetação nada mais 
é do que a combinação do carbono do aço com o oxigênio livre do ambiente. Este 
processo conduz à perda de carbono do aço a partir da sua superfície, fazendo 
com que a peça fique com uma camada com teor reduzido em carbono. A 
espessura desta camada dependerá do tempo e da temperatura em que a peça 
ficará exposta a estas condições. Obviamente esta é uma situação normalmente 
indesejável, pois a diminuição do teor de carbono conduzirá a uma diminuição na 
dureza. Este fato se torna mais grave quando realizamos um tratamento térmico 
de têmpera, pois uma diminuição no teor de carbono provoca uma queda sensível 
na dureza, já que a dureza da martensita depende do teor de carbono. Assim 
sendo, as peças submetidas a tratamentos térmicos deverão ser protegidas por 
uma atmosfera neutra que impeça a descarbonetação. Isto pode ser conseguido 
utilizando-se fornos que produzam este tipo de atmosfera ou, caso isto não seja 
possível, deve-se envolver as peças em uma substancia rica em carbono como 
cavacos de ferro fundido ou carvão. 
 
 
2.4 Esferoidização 
O processo de esferoidizaçao ou de coalescimento é utilizado para aços com 
teores superiores a 0,5% de carbono, mas principalmente para aços 
hipereutetóides. Quando se deseja fazer uma processo de usinagem ou de 
conformação de uma peça, o recozimento poderá não baixar a dureza o suficiente 
para que a tarefa seja executada. Este problema acontece principalmente em aços 
com elevados teores de elementos de liga e elevado teor de carbono. Para este 
 8 
tipo de aço uma estrutura formada por perlita e cementita apresentará uma dureza 
muito alta e a única alternativa será o processo de esferoidização. 
O tratamento térmico de esferoidização pode ser feito de duas maneiras: 
- Aquecendo-se o aço até uma temperatura logo abaixo datemperatura 
eutetóide, permanecendo-se nesta temperatura por um tempo que varia de oito a 
vinte horas, com resfriamento posterior ao ar. 
- Austenitizar o material, fazer um resfriamento até uma temperatura logo 
abaixo da temperatura eutetóide, mantendo-se nesta temperatura por um tempo 
entre oito e vinte horas e resfriamento ao ar. Este tratamento também pode ser 
efetuado variando-se ciclicamente entre temperaturas acima e abaixo da 
temperatura de austenitização. 
A segunda forma de execução deste tratamento é a que propicia tempos 
menores de tratamento e pode ser facilmente entendida pela observação. 
A microestutura resultante deste tratamento é a esferoidita, isto é, um fundo 
de ferrita com a cementita e os carbonetos dos elementos de liga em forma 
esferoidal dispersos nesta matriz.O fato de termos a cementita distribuída na 
matriz de ferrita faz com que o aço apresente uma ótima ductilidade e baixa 
resistência devido à predominância das propriedades da ferrita neste caso. 
 
2.5 Recozimento 
O processo de recozimento é aplicável a aços que possuem baixo ou médio 
teor de carbono, isto é, para aços que possuam até 0,5% de carbono ou para 
teores mais elevados desde que não possuam elementos de liga. O objetivo deste 
tratamento é o de conferir uma dureza baixa, resistência mecânica baixa e uma 
ductilidade alta. É aplicável a peças em que se deseja fazer usinagem ou 
conformação mecânica. Basicamente este processo consiste no aquecimento do 
material até a temperatura de austenitização seguindo-se um resfriamento lento 
até a temperatura ambiente. Geralmente basta que a peça seja deixada no forno 
desligado, produzindo-se um resfriamento lento. Esta forma de resfriamento é 
aplicável para aços de baixa e média temperabilidade. neste caso o recozimento 
será dito recozimento convencional ou recozimento pleno. 
Para os aços que possuem temperabilidade mais alta muitas vezes pode ser 
necessário diminuir muito a velocidade de resfriamento para que a dureza seja 
suficiente baixa. Nestes casos será necessário proceder à transformação a uma 
temperatura constante ou quase constante. Este procedimento dá origem ao que 
se convenciona chamar de recozimento isotérmico. A diferença deste processo 
para o de esferoidização é que as temperaturas são mais baixas fazendo com que 
os tempos sejam menores. De qualquer modo este tratamento conduz a tempos 
 9 
maiores do que os do recozimento convencional e este fator deve ser considerado 
quando o realizarmos. 
Como já foi citado anteriormente o recozimento visa a obtenção de perlita 
grosseira por ser esta a estrutura que propicia as propriedades desejadas. 
 
2.6 Normalização 
O processo de normalização produz propriedades semelhantes às obtidas no 
recozimento e em virtude disto muitas vezes os dois podem ser usados 
alternativamente para obter baixa dureza, boa ductilidade e para eliminar 
estruturas provenientes de tratamentos anteriores, como é o caso de tratamentos 
prévios de têmpera e em peças fundidas ou forjadas. Ocorre, porém, que a 
normalização é feita geralmente com resfriamento das peças ao ar. Isto conduz a 
uma velocidade de resfriamento mais alta do que aquela do recozimento, dando 
como resultado uma estrutura formada por perlita mais fina. Em conseqüência, a 
ductilidade será menor do que no material recozido, sua dureza e resistência 
mecânica serão maiores. Por outro lado, devido à maior velocidade de 
resfriamento teremos um refino do grão do aço, pois a velocidade de nucleação da 
ferrita e da perlita será maior na medida em que tivermos temperaturas de 
transformação mais baixas, conforme será visto em capítulo posterior. Outra 
vantagem da normalização reside no fato de que se pode utilizar temperaturas 
mais altas de austenitização, permitindo uma maior dissolução dos carbonetos dos 
elementos de liga e, no caso de aços hipereuteóides, não teremos a formação da 
rede de cementita em contorno de grão, como acontece no recozimento. 
Normalmente não se tem maiores problemas em adotar o resfriamento ao ar 
para o processo de normalização, entretanto, para aços com alta temperabilidade 
esta velocidade pode ser excessiva, dependendo do tamanho da peça, de tal sorte 
que tenhamos a formação de bainita e até mesmo martensita. Nesta situação 
deve ser feito um tratamento a uma velocidade mais baixa de resfriamento ou um 
tratamento isotérmico. 
 
2.7 Têmpera 
Dentre os tratamento térmicos comuns, o tratamento térmico de têmpera é o 
mais importante devido ao fato de que através dele podemos ter um grande 
aumento da resistência mecânica e da dureza do aço e de outros materiais. Este é 
o aspecto mais importante, porém, em contrapartida teremos uma queda muito 
grande da ductilidade e principalmente da tenacidade. Este inconveniente será 
depois corrigido através do processo de revenido que será abordado mais adiante. 
Se por um lado o tratamento de têmpera nos dá condições de produzirmos 
um grande aumento na resistência mecânica e na dureza, a um custo 
relativamente baixo, por outro existe uma maior complexidade na sua execução. 
 10 
Isto se deve à grande variação na composição dos aços e, por conseqüência, na 
sua temperabilidade. O carbono e os elementos de liga exercem um papel 
preponderante com relação a este tratamento, já que tanto influem na temperatura 
de austenitização quanto na velocidade de resfriamento. Assim, a temperatura de 
austenitização varia de aço para aço, como conseqüência da variação no teor de 
carbono e dos elementos de liga, pois os carbonetos formados devem ser 
dissolvidos pelo menos em parte para que tenhamos o efeito desejado na 
temperabilidade. Não basta portanto austenitizarmos o aço para termos sucesso 
no tratamento, mas é preciso que tenhamos também parte dos elementos de liga 
dissolvidos na austenita. 
Além da temperatura de austenitização, outro fator importante é a velocidade 
de resfriamento. Esta deve ser tal que impeça a formação de qualquer outro 
produto que não seja a martensita. É obvio que isto nem sempre é possível pois 
outros fatores devem ser considerados mas, de qualquer forma, este é o objetivo 
que deve ser perseguido neste tratamento. Como existe variação na 
temperabilidade com a variação do teor de carbono e dos elementos de liga, 
também a velocidade de resfriamento varia. Ela deve ser a menor possível para 
que tenhamos o menor empenamento possível das peças mas, não deve ser tão 
lenta que impeça a formação de martensita. Podemos notar que existem duas 
curvas, sendo uma relativa à superfície da peça e a outra relativa ao centro. 
O problema do resfriamento é um dos problemas mais complexos no caso 
deste processo. Se por um lado, quanto mais rápido for o resfriamento maiores 
serão as chances de obtermos martensita, por outro maiores serão também as 
chances de termos trincas e empenamentos na peça. Além disso, um resfriamento 
não homogêneo ao longo da superfície da peça pode também causar 
empenamento e variações na dureza. Como existe uma variação no volume da 
peça durante o aquecimento e o resfriamento e também devido à transformação 
da estrutura em martensita, quanto maior a diferença entre as velocidades de 
resfriamento na superfície e no centro ou em diferentes pontos da superfície maior 
será o empenamento e a possibilidade de aparecimento de trincas. Note-se que a 
velocidade de resfriamento inicialmente é baixa, tornando-se alta apenas para 
valores intermediários de temperatura da peça. Inicialmente temos um estágio em 
que se forma um envelope de vapor em volta da peça que impede a troca de calor 
da peça com o líquido, fazendo com que a velocidade seja baixa. Em um segundo 
estágio existe a formação de bolhas que entram em colapso rapidamente, 
permitindo que o fluido entre em contato com a peça e produzindo uma agitação 
bastante grande do fluido, o quefaz com que a velocidade de resfriamento cresça 
rapidamente. Por fim em um terceiro estágio, a temperatura da peça não é mais 
suficiente para que haja a formação de bolhas e o resfriamento se dá apenas por 
convecção, fazendo com que a velocidade de resfriamento caia novamente. 
Outro fato que ocorre freqüentemente em peças de formato complicado, 
como é o caso de uma engrenagem, de um eixo com rasgo de chaveta e de 
outras peças com variações no relevo, pode ocorrer a variação nas condições de 
resfriamento na superfície. Estas condições irão fazer com que a velocidade de 
 11 
resfriamento seja diferente em cada ponto, conduzindo também ao aparecimento 
de trincas, empenamentos ou mesmo pontos moles. Outro problema que pode 
ocorrer, este mais freqüente e mais simples é aquele em que temos pequenas 
diferenças de velocidade de resfriamento entre a superfície e o centro. Neste caso 
o que pode acontecer é a formação de 100% de martensita na periferia da peça e 
um teor menor de martensita juntamente com bainita e/ou perlita nas regiões mais 
centrais. O que acontece é um decréscimo na dureza em direção ao centro da 
peça, situação esta que nem sempre pode ser evitada. Esta situação pode ser 
induzida pelo meio de resfriamento ou pelo tamanho da peça. 
De acordo com o que foi acima exposto o meio de resfriamento mais 
adequado é aquele que permite obtermos a maior quantidade possível de 
martensita na peça. Assim sendo poderemos ter que resfriar a peça em salmoura, 
em água ou mesmo em óleo e outros produtos sintéticos, estes últimos para aços 
de construção mecânica ligados. Para aços de alta temperabilidade como aços 
para matrizes e ferramentas pode-se utilizar até mesmo o resfriamento ao ar em 
alguns casos. Quanto maior a temperabilidade menos drástico terá que ser o meio 
de resfriamento utilizado. 
Outro problema associado com o resfriamento para a obtenção de martensita 
é a variação de volume. Sempre que temos transformação martensítica teremos 
uma variação de volume e esta terá efeitos mais importantes quanto maior for a 
diferença de temperaturas de um ponto para outro. 
A diferença de volume entre a estrutura original e a estrutura final 
martensítica pode conduzir a empenamentos e até mesmo a trincas se as tensões 
surgidas como conseqüência da variação de volume ultrapassarem o limite de 
ruptura do material. Quando temos diferenças de velocidade de resfriamento da 
periferia para o centro, por exemplo, forma-se uma capa de martensita que é dura 
e frágil e que ao aumentar de volume comprime o núcleo. Quando o núcleo por 
sua vez se transforma, este expande e provoca o aparecimento de tensões sobre 
a capa externa endurecida, podendo produzir trincas na peça. 
 
2.8 Revenido 
Um dos grandes problemas relacionados com o tratamento térmico de 
têmpera está relacionado com a baixa ductilidade e a baixa tenacidade do material 
após o tratamento. Embora tenhamos um significativo ganho na resistência 
mecânica e na dureza, fatores primordiais quando se quer reduzir o peso da peça 
ou evitar o desgaste superficial, a ductilidade cai quase a zero. Como a utilização 
de um aço nestas condições é impossível devido aos riscos de uma falha 
catastrófica, este problema tem que ser corrigido, o que é conseguido através do 
tratamento térmico de revenido. 
O revenido é um tratamento em que se faz o reaquecimento da peça 
temperada dentro de uma faixa de temperatura entre 150o C e 600o C geralmente. 
 12 
As peças são aquecidas e permanecem durante um intervalo de tempo suficiente 
para que ocorram as transformações necessárias à recuperação de parte da 
ductilidade e tenacidade perdidas, sendo após resfriadas até a temperatura 
ambiente. Como consequência teremos uma perda na resistência mecânica e na 
dureza. Quanto mais alta for a temperatura de revenido utilizada ou quanto maior 
for o tempo de tratamento, maior será o ganho em ductilidade e tenacidade e 
maior será a perda de resistência e de dureza. 
Durante o revenido ocorrem transformações da martensita que são 
dependentes da temperatura e que irão influir nas propriedades finais do aço. De 
acordo com a faixa de temperatura temos transformações diferentes que 
conduzem ao que se costuma chamar de estágios ou etapas do revenido. No 
primeiro estágio, que vai até aproximadamente 200o C, o carbono contido na 
martensita se precipita formando um carboneto chamado épsilon, que não tem a 
composição da cementita. Em consequência temos uma redução no teor de 
carbono da martensita, obtendo-se como resultado uma estrutura bifásica 
composta de carbonetos e martensita de baixo carbono. As transformações nas 
propriedades não são muito significativas, observando-se apenas pequena 
redução na dureza e na resistência e um pequeno aumento na ductilidade e na 
tenacidade. 
Em um segundo estágio, entre 200 e 400o C, ocorre a precipitação de 
cementita no contorno das agulhas de martensita. Em decorrência disso teremos 
uma continuação da queda na dureza e resistência, porém a tenacidade não é 
aumentada, pelo contrário, diminui. Isto é o que se chama fragilidade de revenido. 
A queda na tenacidade se inicia próximo dos 200o C para a maioria dos aços e 
chega a um mínimo em torno de 350o C, quando então volta a crescer. Nesta 
faixa, portanto, não é conveniente que se faça o revenido porque, embora 
tenhamos redução na dureza e na resistência, não teremos em contrapartida um 
aumento de tenacidade. 
E uma terceira etapa, que se inicia em torno de 400o C, teremos o 
aparecimento de um precipitado esferioidal de cementita que irá fazer com que a 
tenacidade e a ductilidade voltem a crescer, e portanto estaremos novamente em 
uma faixa de temperatura em que temos benefício com o revenido. Este gráfico 
mostra a variação da dureza para vários aços, note-se que a queda da dureza é 
mais acentuada quanto maior for o teor de carbono. 
 
2.9 Martêmpera 
O processo de martêmpera ou têmpera interrompida é um processo 
utilizado em substituição à têmpera quando se deseja diminuir o risco de trincas, 
empenamentos e tensões residuais excessivas. O tratamento consiste 
basicamente em se retardar o resfriamento logo acima da temperatura de 
transformação martensítica, permitindo a equalização da temperatura ao longo de 
 13 
toda a peça, completando-se após o resfriamento. A estrutura formada, a exemplo 
da têmpera, será martensítica, sendo portanto, dura e frágil. 
Temos a representação deste tratamento sobre o diagrama TTT de um aço 
hipotético. Como pode ser visto este tratamento consiste no refriamento rápido, 
desde a temperatura austenítica, em um meio aquecido, que pode ser óleo 
aquecido, sal fundido ou leito fluidizado, até uma temperatura logo acima da 
temperatura de transformação martensítica. A peça é mantida nesta temperatura 
até que seja uniformizada a temperatura entre a periferia e o centro e então é 
resfriado, geralmente ao ar até a temperatura ambiente. Segue-se um revenido 
que é feito nos mesmos moldes do processo de têmpera convencional. 
Uma modificação do processo consiste em se fazer o resfriamento até uma 
temperatura logo abaixo da temperatura de início da transformação matensítica, 
estabilizando-se a temperatura e fazendo após o resfriamento ao ar. Este caso é 
aplicável a aços de temperabilidade baixa nos quais, se fosse feita a martêmpera 
convencional, teríamos a formação de bainita antes que a temperatura 
estabilizasse. 
O principal objetivo da martêmpera é reduzir a possibilidade de trincas e 
empenamentos oriundos da transformação martensítica em tempos diferentes ao 
longo da peça. 
Exemplos de aços que podem ser utilizados na martêmpera são ABNT 
4130, 4140, 4150, 4340, 5140, 6150, 8640 e 52100. 
 
2.10 Austêmpera 
O processo chamado de austêmpera, consiste basicamente no 
aquecimento das peças até aaustenitização completa seguido de resfriamento 
rápido até uma temperatura acima da temperatura de transformação martensítica, 
numa faixa entre 200 e 400o C, mantendo-se a esta temperatura até que o 
material se transforme totalmente. A estrutura resultante neste caso será 
totalmente bainítica. Após a transformação o material pode ser resfriado até a 
temperatura ambiente. A velocidade de resfriamento deve ser tal que se impeça a 
transformação de qualquer quantidade de austenita em outro produto e o tempo 
de permanência no banho deve ser suficiente para que toda a austenita se 
transforme em bainita. 
O meio de resfriamento mais utilizado é uma mistura de sais fundidos que 
pode ser composto por nitrito e nitrato de sódio e nitrato de potássio. Pode ser 
também adicionada uma pequena quantidade de água. 
O tratamento de austêmpera é um tratamento térmico usualmente utilizado 
em substituição à têmpera quando se tem por objetivo melhorar as propriedades 
mecânicas do aço, principalmente a ductilidade e a tenacidade, diminuir a 
 14 
possibilidade de aparecimento de trincas e de empenamentos e ainda melhorar a 
resistência ao desgaste e a possibilidade de fragilização para determinadas faixas 
de temperatura. As diferenças fundamentais entre a austêmpera e a têmpera 
podem ser vistos na tabela , onde são comparadas as propriedades finais para 
diversos casos. 
 
Tabela 1 - Propriedades mecânicas para um aço ABNT 1095 
Tratamento Térmico Dureza - HRC Tenacidade – J Alonga-mento % 
Temperado em 
água e revenido 
52,5 19 --- 
Martêmpera e 
revenido 
52,8 33 --- 
Austêmpera 52,5 54 8 
Como podemos ver a austêmpera propicia uma maior tenacidade e uma 
maior ductilidade do que a têmpera e a martêmpera para uma mesma dureza, 
além de diminuir o aparecimento de trincas e de empenamento nas peças. 
Embora este tratamento permita propriedades melhores do que a têmpera 
ele não é corriqueiramente utilizado. Isto se deve ao fato de que não são muitos 
os aços em que podemos utilizar a austêmpera. A decisão de utilizar um 
tratamento ou outro vai depender da posição do joelho da curva TTT, da 
velocidade de resfriamento, do tempo necessário para a transformação e da 
temperatura de início de formação da martensita. Além disso, devido à baixa 
velocidade de resfriamento propiciada pelo sal fundido as peças não podem ter 
grande secção como acontece na têmpera. O seu custo é maior devido à 
utilização de mais equipamento e o tempo de transformação deve ser equivalente 
ao tempo gasto no revenido ou menor para que seja viável. Deste modo os aços 
que são utilizados no processo devem se enquadrar nos seguintes tipos: 
- Aços ao carbono com 0,5 a 1,0% de carbono e com um mínimo de 0,6,% 
de Mn; 
- Aços ao carbono com mais de 0,9% de carbono e pouco menos de 0,6 % 
de Mn; 
- Aços carbono com menos de 0,5 % de carbono e com manganês entre 1,0 
e 1,65 %; 
- Alguns aços ligados com mais de 0,3% de carbono. 
 15 
3 ENDURECIMENTO SUPERFICIAL - PROCESSOS 
TERMOQUÍMICOS 
 
Os processos de endurecimento superficial são processos que visam a 
obtenção de peças de aço dotadas de uma fina camada superficial de elevada 
dureza, mantendo ao mesmo tempo um núcleo com dureza relativamente baixa. 
Como conseqüência teremos uma camada superficial com alta resistência ao 
desgaste, alta resistência a esforços de compressão e alta resistência à fadiga. 
Em contrapartida, pelo fato de termos um núcleo de dureza baixa, teremos uma 
peça com boa tenacidade. 
Os processos de endurecimento superficial podem ser divididos em duas 
categorias distintas, aqueles que envolvem alteração da composição química da 
camada superficial (cementação e nitretação) e aqueles que envolvem o rápido 
aquecimento e a têmpera posterior desta mesma camada (têmpera por chama, 
têmpera por indução). 
 
3.1 Cementação 
O processo de endurecimento superficial de cementação é o processo mais 
utilizado atualmente e tem permanecido praticamente inalterado ao longo do 
tempo. Este processo é geralmente utilizado na produção de pistas e roletes de 
rolamento, engrenagens, buchas e juntas homocinéticas. O método consiste 
essencialmente no aquecimento da peça envolta em um meio rico em carbono, 
fazendo com que o carbono difunda para o interior aumentando o teor de carbono 
da camada superficial. 
A principal reação, que ocorre entre o carbono e o ferro, e que é a 
responsável pela difusão do carbono para o interior da peça, pode ser 
representada da seguinte maneira: 3Fe +C Fe3C 
Após a difusão do carbono é feita uma têmpera seguida de revenido para 
que se produza a máxima dureza. 
Como o processo envolve a difusão do carbono, é necessário que se dê o 
tempo necessário para que isto ocorra. Tempos crescentes propiciam maiores 
espessuras das camadas cementadas. Como conseqüência, teremos um perfil de 
dureza associado ao perfil de concentração de carbono. Os aços comumente 
utilizados possuem 0,10 a 0,25 % C e a temperatura varia entre 900 e 950o C 
embora possam ser utilizadas temperaturas na faixa de 850 a 1000o C. 
 16 
A máxima dureza atingida depois da têmpera nos aços ao carbono ocorre 
para um teor de carbono de 0,8%. Para teores superiores a este a dureza cai 
devido à retenção de austenita. Este percentual pode variar para aços que tenham 
maior tendência à retenção de austenita, como acontece com os aços contendo 
níquel. Como resultado da retenção da austenita poderemos ter a situação 
mostrada na figura anterior, em que se tem uma dureza mais baixa na superfície 
da peça. 
 
3.1.1 Tratamentos térmicos posteriores 
Após a difusão do carbono na peça é necessário que se faça uma têmpera 
para que possa ser atingida a máxima dureza possível em função do teor de 
carbono superficial. A maneira como será executada a têmpera depende das 
propriedades e do uso que será feito da peça. Sempre que fazemos a difusão do 
carbono temos crescimento de grão pela alta temperatura que é utilizada e pelo 
longo tempo de tratamento. Isto pode fazer com que a peça fique com baixa 
tenacidade. Nestes casos deve ser feito um tratamento para refino de grão. Outro 
caso é aquele em que temos que fazer acabamento da peça por usinagem em 
que o material deve ter dureza baixa. Para corrigir estas situações o tratamento 
deve ser feito em uma ou mais etapas de tal sorte que tenhamos um refino de 
grão ou uma peça inicialmente de dureza baixa. 
Assim sendo, os tratamentos utilizados podem ser os seguintes: 
- têmpera direta da temperatura de cementação. Tem o inconveniente de não 
refinar o grão; 
- Resfriamento lento seguido de têmpera. Neste caso teremos uma peça 
com dureza baixa que permite a usinagem, seguindo-se a têmpera sem refino de 
grão. Como existe uma variação no teor de carbono entre a superfície e o centro 
da peça, podemos escolher como temperatura de têmpera uma temperatura logo 
acima da eutetóide em que teremos austenitização completa da camada 
superficial e austenitização incompleta do núcleo ou uma temperatura mais alta 
em que teremos austenitização completa do núcleo. 
- Têmpera direta seguida de têmpera com austenitização a uma temperatura mais 
baixa. Permite o refino de grão que irá ocorrer durante o aquecimento, durante a 
austenitização do material. A temperatura de austenitização utilizada pode ser 
aquela em somente uma parte da camada cementada fique austenitizada, que são 
as temperaturas próximas da temperatura eutetóide, ou temperaturas mais altas 
em que o núcleo da peça também é austenitizado. Neste último caso pode haver 
um pequeno crescimento de grão da camada cementada. 
Após a têmpera pode ser feito um revenido em uma temperatura na faixa 
de 150° a 220° C. 
 
 17 
3.2 Nitretação 
O processo de nitretação é um processo que a exemplo da cementação 
também altera a composição deuma camada superficial do aço. Entretanto, ao 
contrário da cementação, a camada nitretada não necessita ser temperada, tendo 
em vista que os nitretos que se formam já possuem dureza elevada. Isto faz com 
que não haja o inconveniente do empenamento. Além disso, a nitretação é feita na 
faixa de temperatura entre 500° e 600° C, o que diminui a possibilidade 
empenamentos por transformação de fase. 
Entre as vantagens da nitretação podemos citar as seguintes: 
- alta dureza com alta resistência ao desgaste; 
- alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe; 
- melhor resistência à corrosão; 
- alta estabilidade dimensional. 
Em princípio qualquer aço pode ser cementado, entretanto, a composição 
poderá fazer variar a dureza final da camada nitretada, como é o caso de aços 
que possuem alumínio, cromo, vanádio e molibdênio que apresentam uma dureza 
final maior. 
Nos aços não ligados forma-se preferentemente o nitreto cuja fórmula é 
Fe4N e para concentrações mais altas pode ser formado também o nitreto . Nos 
aços ligados ocorre a formação de nitretos complexos dos elementos de liga que 
aumentam a dureza da camada nitretada. 
A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada, raramente 
ultrapassando 0,8 mm, caso contrário os tempos seriam muito grandes o que 
torna o método antieconômico. 
 
3.2.1 Métodos de nitretação 
3.2.1.1 Nitretação a gás 
Neste processo é utilizada amônia que é injetada no forno aquecido 
geralmente a 510° C. Nesta temperatura a amônia se dissocia de acordo com a 
seguinte equação: 
2NH3 2N + 3H2 
 18 
Como pode ser visto esta reação libera nitrogênio atômico que difunde para 
o aço,os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas. 
 
3.2.1.2 Nitretação por via líquida 
A nitretação por via líquida é o processo em temos um banho semelhante 
ao utilizado na cementação líquida. Neste banho teremos, então, cianeto de sódio 
ou potássio, carbonato de sódio ou de potássio e cloreto de potássio ou de sódio. 
Este banho contém entre 30 e 40% de cianeto. A dissociação do cianeto se dá da 
seguinte maneira: 
2NaCN + O2 2NaCNO 
4NaCNO 2NaCN + Na2CO3 + CO + 2N 
Normalmente a temperatura utilizada situa-se entre 550° e 570° C. Nesta 
faixa de temperatura não ocorre a reação de cementação e portanto teremos 
apenas a adição de nitrogênio ao aço. Os tempos de nitretação são curtos, 
geralmente entre 1 e 4 horas. 
 19 
4 LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
 
4.1 Qual a diferença entre reações endotérmicas e exotérmicas? 
 
4.2 Porque o ferro pode ser considerado um material alotrópico? 
Exemplifique. 
 
4.3 Para que servem os tratamentos térmicos? 
 
4.4 Quais são os fatores que podem determinar o sucesso ou fracasso de 
um tratamento térmico?Descreva com suas palavras simplificadamente. 
 
4.5 Simule um gráfico simplificado “genéricamente” de Temperatura (T) x 
Tempo (t) ilustrando todos os principais fatores que devem ser controlados e/ou 
observados durante um tratamento térmico conforme o item 2.3. Similar ao que foi 
elaborado em sala de aula. 
 
4.6 Quais são os tratamentos térmicos mais comuns aplicados aos aços? 
 
4.7 Que propriedades podem ser obtidas aplicando-se os seguintes 
tratamentos térmicos: 
a)Recozimento Pleno 
b)Têmpera 
c)Esferoidização 
d)Martêmpera 
 
4.8 O que são processos termoquímicos aplicados aos aços? 
 
4.9 Qual a diferença entre cementação e nitretação? 
 
4.10 Quais são as propriedades mecânicas que podem ser trabalhadas, 
obtidas ou melhoradas aplicando-se um processo de cementação em uma peça 
de aço? Dê exemplo de peças. 
 
4.11 Quais são as propriedades mecânicas que podem ser trabalhadas, 
obtidas ou melhoradas aplicando-se um processo de nitretação em uma peça de 
aço? Dê exemplo de peças. 
 
4.12 Explique os procedimentos para realização de um tratamento térmico 
de Esferoidização. 
 
4.13 Para que serve e quando é aplicado o tratamento térmico de 
revenimento? 
 
 20 
REFERÊCIAS 
 
 
 
CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma 
introdução. Livros Técnicos e Cientificos Editora S.A. Riio de Janeiro – RJ, 
2002. 
 
 
SHECKELFORD, James F.; GÜMES, Alfredo. Introducción a la ciência de 
materiales para ingenieros. Editora Prentice Hall, São Paulo – SP, 4ª ed., 
1998. 
 
 
Van Vlack. Princípio de Ciência dos Materiais. Traduzido pelo Eng. Luiz 
Paulo Camargo Ferrão. São Paulo: Edgard Blücher Ltda,1977. 
 
 
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica. Mc Graw-Hill do Brasil, São 
Paulo – SP, 1914. 
 
 
FRAINER, Vitor José. Apostila: Princípios de tratamentos térmicos. 
Fundação Universidade Federal do Rio Grande – RS, 2006.