Módulo 01 Aula 01

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Curso Básico de Metalurgia/Siderurgia 
 
 
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Módulo 01 - Introdução a Metalurgia com foco em Siderurgia 
Aula 01 - Introdução a Siderurgia e Diagrama de Fases 
 
1. Metalurgia 
 
 Na superfície da Terra há uma imensa variedade de substâncias 
formadas ao longo de milhares de anos pela natureza. Essas substâncias são 
chamadas de minerais. 
 Grande parte dos minerais contém metais em sua composição química. 
Às vezes, dependendo da composição química e da abundância do mineral, é 
possível a extração desses metais. 
 O minério é uma rocha que contém grande quantidade de um elemento 
químico livre ou combinado com outro elemento. Uma rocha é considerada 
minério quando tem importância econômica, o que depende da concentração 
e da viabilidade econômica de extração de uma substância de interesse. 
 Acredita-se atualmente que a composição da crosta seja 
aproximadamente a da Tabela abaixo: 
 
 
 
 
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 Como se pode notar o metal mais abundante na crosta terrestre é o 
alumínio. No entanto, muitos metais de grande importância prática são bem 
mais raros: cobre, tório, urânio, mercúrio, ouro. 
 Os elementos não se encontram uniformemente disseminados pela 
crosta, havendo regiões mais ricas em um elemento do que outras. 
------------------------------------------------------------------------------------------------ 
 Os metais possuem, de um modo geral alta tendência a doar elétrons. 
Assim, eles frequentemente são encontrados em seus minérios com número de 
oxidação positivo, e para que se possa obter o metal a partir do minério, é 
necessário que ele sofra uma REDUÇÃO. 
 
 Perceba que se trata exatamente do contrário da corrosão, um 
processo natural que tende a oxidar os metais. 
 
 Metalurgia é a sequencia de processos que visa obter um metal a partir 
do minério correspondente. 
 Podemos esquematizar a metalurgia da seguinte maneira: 
 
 Alguns poucos metais podem ser encontrados livres na Natureza na 
forma de substância simples (ouro, platina, prata) devido a baixa reatividade 
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destes metais. No entanto a maioria dos metais existe na forma de 
compostos, que estão misturados a outras substâncias. 
 Exemplos de minérios importantes podem ser vistos na Tabela abaixo: 
 
2. Siderurgia - A metalurgia do Ferro 
 
 Os materiais metálicos, assim como os estudos em metalurgia, são 
divididos em duas classes: Ferrosos e Não Ferrosos. 
 
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 Neste primeiro momento iremos concentrar nosso estudo nos Materiais 
Metálicos Ferrosos, ou seja, onde o principal componente é o ferro. 
 O ferro ocorre na natureza sob forma de óxidos, carbonatos e sulfetos: 
 
 As maiores jazidas de ferro do mundo localizam-se na Austrália, Brasil, 
Estados Unidos, Rússia, França e Inglaterra 
 No Brasil as maiores jazidas encontram-se em Minas Gerais, Mato 
Grosso do Sul, Pará, Amapá e Bahia. O principal minério encontrado no Brasil 
é a hematita com 50 a 70 % de Ferro (8% das reservas mundiais) é de boa 
qualidade devido aos baixos índices de fósforo e enxofre. 
2.1 - As ligas de Fe-C 
 
 O ferro "combina-se" com o carbono podendo formar dois tipos de liga: 
 Ferro Fundido - teores de carbono maiores que 2% em peso. 
 Aço - teores de carbono até 2% em peso. 
 Mais adiante veremos as principais diferenças entre esses dois materiais 
e o diagrama que descreve as "interações" entre o elemento ferro e o 
elemento carbono. 
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2.2 - O Aço 
 
 O quê é aço? 
 "Aço ou aço-carbono é uma liga metálica, formada essencialmente por 
ferro e carbono, com porcentagens deste último variando entre 0,008 e 2,11% 
além de outros elementos residuais (S, P, Mn, Si, etc...) provenientes do 
processo de fabricação". 
 Para entendermos melhor esta definição e o efeito que a composição 
química do aço pode ter nas propriedades do material, temos que ter em 
mente alguns conceitos básicos sobre as estruturas dos materiais sólidos 
cristalinos. 
3. Conceitos e Definições Fundamentais 
 
3.1 - Ligações Químicas 
 
 Toda matéria é composta por átomos e estes raramente podem ser 
encontrados isoladamente, de forma que a maioria dos átomos forma ligações 
fortes com átomos da própria espécie e com outros tipos de átomos. 
 As ligações interatômicas podem ser classificadas quanto à suas 
intensidades em ligações primárias ou fortes e ligações secundárias ou fracas. 
 As ligações primárias são cerca de dez vezes mais fortes que as ligações 
secundárias. As suas energias de ligação são da ordem de 100 kcal/mol 
(lembre-se que 1 cal = 4,184 J). As ligações primárias podem ser de três tipos: 
iônica, covalente e metálica. 
 As ligações secundárias envolvem energias de ligação da ordem de 
apenas 10 kcal/mol. Embora existam alguns tipos de ligações fracas, elas são 
geralmente englobadas dentro da designação de ligações de Van der Waals. 
 
 
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3.2 - Ligação Iônica 
 
 Na ligação iônica um ou mais elétrons são transferidos de um átomo 
eletropositivo para outro mais eletronegativo. A ligação pode ser entendida 
como resultado da atração entre os íons negativo (ânion) e positivo 
(cátion).Em uma ligação iônica ideal ocorre uma transferência completa de 
carga eletrônica de um átomo para outro. 
 
3.3 - Ligação Covalente 
 
 Na ligação covalente, um ou mais elétrons são compartilhados entre 
dois átomos, gerando uma força de atração entre os átomos que participam 
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da ligação. Este compartilhamento é muito comum na maioria das moléculas 
orgânicas. 
 
3.4 - Ligação Metálica 
 
 Os metais têm um, dois ou no máximo três elétrons de valência. Estes 
elétrons não estão ligados a um único átomo, mas estão mais ou menos livres 
para se movimentar por todo o metal. A figura 3.6 ilustra a ligação metálica 
entre átomos de sódio. 
 Os elétrons que não são de valência e o núcleo formam um “caroço” 
eletricamente positivo que é envolvido por uma “nuvem”, “mar” ou ainda 
“gás” de elétrons. Os elétrons da nuvem atuam como uma “cola” mantendo 
os caroços positivos unidos. A ligação metálica apresenta uma ampla faixa de 
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energias de ligação que vão desde o mercúrio, com 68 kJ/mol e ponto de 
fusão –39°C, até o tungstênio, com 850 kJ/mol e ponto de fusão 3410°C. 
 
3.5 - Estrutura Cristalina 
 
 Vimos anteriormente as três principais formas dos átomos se ligarem 
entre si (Ligações iônicas, covalentes e metálicas). 
 Além da forma com que eles se ligam, é importante entender a maneira 
com que eles se estruturam, ou seja, como eles se posicionam quando 
arranjados uns em relação aos outros. 
 Para nossos estudos daqui em diante, os átomos (ou íons) serão 
considerados como esferas sólidas com diâmetros bem definidos. Isso é 
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conhecido como modelo atômico da esfera rígida onde as esferas que 
representam os átomos vizinhos mais próximos se tocam uma nas outras. 
 Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a 
regularidade segundo o qual os átomos ou íons estão arranjados uns em 
relação aos outros. Um material cristalino é aquele em que os átomos estão 
posicionados em um arranjo repetitivo ou periódico ao longo de grandes 
distâncias atômicas. 
 Alguma das propriedadesdos sólidos cristalinos dependem da estrutura 
cristalina do material, ou seja, da maneira segundo a qual os átomos estão 
espacialmente arranjados. 
 Os gases e a grande maioria dos líquidos não apresentam 
periodicidade nos seus arranjos atômicos. 
 
 A ordenação dos átomos nos sólidos cristalinos indica que pequenos 
grupos de átomos formam um padrão repetitivo. Dessa forma, ao descrever as 
estruturas cristalinas, com frequência torna-se conveniente subdividir a 
estrutura em pequenas entidades que se repetem, chamadas de células 
unitárias. 
 Para a maioria das estruturas cristalinas as células unitárias tem o 
formato de um cubo. Uma célula unitária é escolhida para representar a 
simetria da estrutura cristalina. 
A figura ao lado representa o 
arranjo entre átomos em um 
líquido (figura superior) e a o 
arranjo em um sólido cristalino 
(figura inferior). A essa ordenação 
encontrada no sólido, damos o 
nome de estrutura ou rede 
cristalina. 
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 Nesse sentido, a célula unitária é a unidade estrutural básica da 
estrutura cristalina em virtude de sua geometria e das posições dos átomos no 
seu interior. 
 
 Os átomos metálicos podem ser considerados esferas rígidas e disto 
decorre a grande propensão que eles têm à cristalização. A sua grande 
maioria se cristaliza com estruturas cristalinas muito simples, conforme 
ilustra a tabela abaixo: 
 
 Vários elementos apresentam no estado sólido diferentes estruturas 
cristalinas. A denominação para isto é alotropia. Quando o sólido é uma 
substância composta, a denominação habitualmente usada é polimorfismo. 
 Estas mudanças de estruturas geralmente ocorrem em função de 
variações de temperatura e pressão. 
 A figura abaixo apresenta as células unitárias cúbica de faces centradas 
(a) e cúbica de corpo centrado (b), supondo-se serem os átomos esferas 
rígidas. 
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 O ferro puro apresenta as seguintes transformações de fase: 
 
 Observa-se que o ferro sólido, ao ser aquecido a partir da temperatura 
ambiente, muda a sua estrutura cristalina a medida que há o aumento da 
temperatura. 
 Mas para que é importante saber qual é a estrutura cristalina do 
material? 
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 Até o momento, estamos assumindo que existe uma ordem perfeita nos 
materiais cristalinos. Contudo esse sólido ideal não existe. 
 Todos os materiais contêm inúmeros defeitos ou imperfeições na 
estrutura cristalina e na realidade, muitas das propriedades dos materiais são 
profundamente sensíveis a desvios da perfeição cristalina. 
 "Os metais mais familiares não são altamente puros, 
em vez disso, eles são ligas, onde átomos de impurezas 
foram adicionados intencionalmente para conferir 
características específicas ao material". 
 Ordinariamente, a formação de ligas é utilizada nos metais para 
melhorar a resistência mecânica e a resistência à corrosão. Por exemplo, a 
prata de lei é uma liga composta por 92,5% de prata e 7,5% de Cobre. Sob 
condições ambientes normais a prata pura é altamente resistente à corrosão, 
mas também é muito mole. A formação de uma liga com cobre aumenta 
significativamente a resistência mecânica, sem diminuir de maneira 
apreciável a sua resistência à corrosão. 
 A adição de átomos de impurezas em um metal irá resultar na formação 
de uma solução sólida e/ou de uma nova segunda fase, dependendo do tipo 
de impurezas, de suas concentrações e da temperatura da liga. 
 Vários termos relacionados às impurezas e às soluções sólidas merecem 
menção. Em relação às ligas, os termos soluto e solvente são comumente 
empregados. "Solvente" representa o elemento ou composto que está presente 
em maior quantidade; ocasionalmente, os átomos de solvente também são 
chamados de átomos hospedeiros. "Soluto" é usado para indicar um elemento 
ou composto que está presente em menor concentração. 
 
 
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3.6 - Soluções Sólidas 
 
 Uma solução sólida se forma, quando a medida que átomos de soluto 
são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina e nenhuma nova 
estrutura é formada. 
 Talvez seja útil desenvolver uma analogia com uma solução líquida. Se 
dois líquidos solúveis um no outro (tais como água e álcool) forem 
combinados, será produzido uma solução líquida quando as moléculas de 
ambos se misturarem e sua composição se manterá homogênea em todo 
líquido restante. Uma solução sólida também é homogênea em termos de 
composição. Os átomos de impurezas estão distribuídos aleatória e 
uniformemente no interior do sólido. 
 
 
 
 
 
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4 - Diagrama de Fases 
 
 A compreensão dos diagramas de fases para sistemas de ligas é 
extremamente importante pois existe uma forte correlação entre a 
microestrutura e as propriedades mecânicas, e o desenvolvimento da 
microestrutura de uma liga está relacionado às características do seu 
diagrama de fases. Adicionalmente os diagramas de fase fornecem 
informações valiosas sobre fusão, fundição e cristalização, entre outros 
fenômenos. 
 É necessário estabelecer uma base de definições e conceitos básicos 
relacionados a ligas, fases e equilíbrio antes de estudar a interpretação e a 
utilização de diagramas de fases. O termo componente é frequentemente 
usado nesta discussão; componentes são metais puros e/ou compostos dos 
quais uma liga é constituída. Por exemplo, num latão de cobre-zinco, os 
componentes são Cu e Zn. O conceito de uma solução sólida foi introduzido 
anteriormente. À guisa de revisão, uma solução sólida consiste de átomos de 
pelo menos 2 diferentes tipos; os átomos de soluto ocupam posições quer 
substitucionais quer intersticiais na rede do solvente, e a estrutura cristalina 
do solvente é mantida. 
4.1 - Limite de Solubilidade 
 
 Para muitos sistemas de ligas e alguma temperatura específica, existe 
uma máxima concentração de átomos soluto que podem se dissolver no 
solvente para formar uma solução sólida; isto é denominado um limite de 
solubilidade. A adição de soluto em excesso a este limite de solubilidade 
resulta na formação de uma outra solução sólida ou um composto que tenha 
composição distintamente diferente. 
 Para ilustrar este conceito, considere-se o sistema açúcar-água 
(C12H22O11-H2O). Inicialmente, à medida em que açúcar é adicionado à água, a 
solução açúcar-água ou xarope se forma. À medida em que mais açúcar é 
introduzido, a solução se torna mais concentrada, até que o limite de 
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solubilidade seja atingido ou a solução se torna saturada com açúcar. Neste 
ponto a solução não é mais capaz de dissolver nenhum açúcar mais e novas 
adições simplesmente sedimentam-se na base do recipiente.Assim, agora o 
sistema consiste de 2 substâncias separadas: uma solução líquida açúcar-água 
e cristais sólidos de açúcar não dissolvidos. 
 O limite de solubilidade do açúcar em água depende da temperatura da 
água e pode ser representado na forma gráfica num gráfico de temperatura ao 
longo da ordenada e composição (porcentagem em peso de açúcar) na 
abscissa, como mostrado na Figura abaixo. Ao longo do eixo da composição, o 
aumento da concentração de açúcar é da esquerda para a direita e a 
porcentagem de água é lida da direita para a esquerda. Uma vez que apenas 2 
componentes estão envolvidos (açúcar e água) a soma da concentrações em 
qualquer composição será iguala100% em peso. O limite de solubilidade está 
representado na Figura abaixo como uma linha quase vertical. Para 
composições e temperaturas no lado esquerdo da linha de solubilidade, existe 
apenas solução líquida de xarope; no lado direito da linha, coexistem xarope e 
açúcar sólido. O limite de solubilidade numa temperatura é a composição que 
corresponde à interseção da coordenada da dada temperatura e a linha do 
limite de solubilidade. Por exemplo, a 20oC a máxima solubilidade de açúcar 
em água é 65% em peso. Como a Figura indica, o limite de solubilidade cresce 
levemente com a elevação da temperatura. 
 
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 4.2 - Fases 
 
 O conceito de fase é também crítico para o entendimento de diagramas 
de fases. Uma fase pode ser definida como uma porção homogênea de um 
sistema que tem características química e físicas uniformes. Todo material 
puro é considerado como sendo uma fase; assim é também toda solução 
sólida, solução líquida e solução gasosa. Por exemplo, a solução de xarope 
açúcar-água justo discutida é uma fase e o açúcar sólido é uma outra. Cada 
uma tem diferentes propriedades físicas (uma é um líquido, a outra é um 
sólido); além disso, cada uma é diferente quimicamente (isto é, tem uma 
composição química diferente); uma é um açúcar virtualmente puro, a outra é 
uma solução de água e C12H22O11. Se mais de uma fase estiver presente num 
dado sistema, cada uma terá suas propriedades distintas e existirá um limite 
separando as fases através do qual haverá uma descontínua e abrupta 
mudança em características físicas e/ou químicas. Quando 2 fases estiverem 
presentes num sistema, não é necessário que haja uma diferença 
simultaneamente em propriedades físicas e químicas; uma disparidade num ou 
outro conjunto de propriedades é suficiente. 
 Quando água e gelo estão presentes em um recipiente, existem duas 
fases separadas; elas são fisicamente diferentes (uma é um sólido, a outra um 
líquido), porém ambas são idênticas em constituição química. Além disso, 
quando uma substância pode existir em duas ou mais formas polimórficas (por 
exemplo, quando possui tanto estrutura CFC como CCC), cada uma dessas 
estruturas consiste em uma fase separada, pois suas respectivas 
características físicas são diferentes. 
4.3 - Microestrutura 
 
 Muitas vezes, as propriedades físicas e, em particular, o 
comportamento mecânico de um material, dependem da microestrutura. A 
microestrutura está sujeita a uma boa observação direta através de um 
microscópio, utilizando-se microscópio óptico ou eletrônico. Nas ligas 
metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo número de fases 
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presentes, por suas proporções e pela maneira segundo a qual elas estão 
distribuídas ou arranjadas. A microestrutura de uma liga depende de 
variáveis tais como os elementos de liga que estão presentes, suas 
concentrações e o tratamento térmico a que a liga foi submetida (isto é, a 
temperatura, o tempo de aquecimento à temperatura do tratamento e a taxa 
de resfriamento até a temperatura ambiente). 
 Por exemplo, no caso de uma liga bifásica, uma fase pode aparecer 
clara, enquanto a outra fase aparece escura, como é o caso para a figura 
abaixo: 
 
 Quando somente uma única fase ou uma única solução sólida está 
presente a textura é uniforme, exceto pelos contornos dos grãos que podem 
estar revelados, como é mostrado na figura abaixo: 
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4.4 - Diagrama de Fases Binários 
 
 Quando dois metais formam uma fase líquida homogênea, isto é, eles 
são completamente solúveis um no outro, eles não necessariamente se 
solidificarão para formar uma fase sólida homogênea. Quando solidificados 
dois metais podem ser: 
* completamente solúveis um no outro; 
* completamente insolúveis um no outro; 
* parcialmente solúveis um no outro; 
* combinados para formar um composto intermetálico. 
 Os diagramas de equilíbrio ou de fase (algumas vezes chamados curvas 
de solubilidade) são usados para mostrar a percentagem de cada metal na liga 
com o eixo das ordenadas indicando a temperatura. 
 Possivelmente, o tipo de diagrama de fases binário mais fácil de ser 
compreendido e interpretado é aquele caracterizado pelo sistema cobre-
níquel. 
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 A temperatura é traçada ao longo da ordenada; enquanto a abscissa 
representa a composição da liga, em porcentagem de peso na escala inferior e 
porcentagem atômica na escala superior, de níquel. 
 A composição varia de 0%p Ni (100%p Cu) na extremidade horizontal 
esquerda e 100%p Ni (0%p Cu) na outra extremidade, à direita. 
 Três regiões, ou campos, de fases diferentes aparecem no diagrama, 
um campo alfa (α), um campo líquido (L), e um campo bifásico α + L. 
 Cada região é definida pela fase ou pelas fases que existem ao longo 
das faixas de temperaturas e de composições que estão delimitadas pelas 
curvas de fronteira entre as fases. 
 O líquido L consiste em uma solução líquida homogenia, composta tanto 
por cobre quanto por níquel. A fase α consiste em uma solução sólida 
substitucional que contém átomos tanto de Cu quanto de Ni e que possui uma 
estrutura cristalina CFC. 
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 A temperaturas abaixo de aproximadamente 1080ºC, o cobre e o níquel 
são mutuamente solúveis no estado sólido para toda e qualquer combinação 
de composições. Essa solubilidade completa é explicada pelo fato de que 
tanto o Cu como o Ni possuem a mesma estrutura cristalina (CFC), raios 
atômicos e eletronegatividades praticamente idênticos, e valências 
semelhantes. 
5 - Diagrama de Fases Ferro-Carbono (Fe-Fe3C) 
 
 De todos os sistemas de ligas binárias, a que possivelmente seja a mais 
importante é o sistema ferro e carbono. Tanto os aços quanto os ferros-
fundidos, principais materiais estruturais em todas as culturas 
tecnologicamente avançadas, são essencialmente ligas ferro-carbono. 
 
 Uma parte do diagrama de fase ferro-carbono está apresentada na 
Figura abaixo. O ferro puro, no aquecimento, experimenta duas mudanças em 
sua estrutura cristalina antes de se fundir. À temperatura ambiente em sua 
forma estável, chamada ferrita ou ferro α, possui uma estrutura cristalina 
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CCC. A ferrita experimenta uma transformação, após aquecimento, mudando 
de fase, de ferrita (α) para austenita (γ) CFC, ou ferro γ, a 912ºC. Esta 
austenita persiste até 1394ºC, temperatura na qual a austenita CFC se reverte 
de volta para a fase CCC conhecida como ferrita (δ), que finalmente se funde 
a 1538ºC. Todas estas mudanças são visíveis ao longo do eixo vertical 
esquerdo do diagrama de fases. 
 
 O eixo de composição no diagrama se estende apenas até 6,70%C, em 
peso. Nesta concentração o composto intermediário carbeto de ferro ou 
cementita (Fe3C), é formada, sendo ela representada por uma linha vertical 
no diagrama de fases. Assim o sistema ferro-carbono pode ser dividido em 2 
partes: uma porção rica em ferro, como mostrado no diagrama e a outra (não 
mostrada) para composições entre 6,70%C e 100%C em peso (grafita pura). 
 Na prática, todos os aços e ferros-fundidos têm teores de carbono 
menores do que 6,70%C, em peso; portanto, nós consideramos apenas o 
sistema ferro-carbeto de ferro. 
 A austenita, ou a fase γ do ferro, quando em liga justamente com o 
carbono, não é estável abaixo de 727ºC, como indicado na figura abaixo. 
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Como demonstrado nas discussões que se seguem, transformações de fase 
envolvendo austenita são muito importantes no tratamento térmico dos aços. 
 
 A figura a seguir mostra duas micrografias, uma da fase ferrita (α) outra 
da fase austenita (γ). 
 
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 A cementita (Fe3C) se forma quando o limite de solubilidade de carbono 
no ferro α é excedido a uma temperatura abaixo de 727ºC. Como indicado no 
diagrama, Fe3C também coexistirá com a fase δ entre 727 e 1148ºC. 
 Mecanicamente cementita é muito dura e frágil; a resistência de alguns 
aços é grandemente melhorada pela sua presença. 
 As regiões bifásicas estão expostas no diagrama. Pode-se notar que 
existe uma transformação de uma fase líquida em duas fases sólidas, reação 
esta titulada de Reação Eutética para o sistema ferro-carboneto de ferro, em 
4,30%C e 1148ºC. Segue a Reação: 
 
 Pode-se também notar a existência de outra transformação de fase, 
onde uma fase sólida se transforma em duas fases outras fases sólidas, reação 
titulada de Reação Eutetóide para o sistema ferro-carbono numa composição 
de 0,77%C, em peso, e numa temperatura de 727ºC. Esta reação eutetóide 
pode ser representada por: 
 
 
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 Portanto, ligas ferrosas são aquelas nas quais ferro é o principal 
componente, mas o carbono bem como outros elementos de liga podem estar 
presentes. No esquema de classificação de ligas ferrosas baseadas em teor de 
carbono, existem 3 tipos: ferro, aço e ferro fundido. Ferro comercialmente 
puro contém menos do que 0,008%C, em peso, e, a partir do diagrama de 
fases, é composto quase que exclusivamente de fase ferrita à temperatura 
ambiente. As ligas ferro-carbono que contém entre 0,008 e 2,11%C, em peso, 
são classificadas como aços. Na maioria dos aços a microestrutura consiste das 
fases tanto α quanto Fe3C. Embora um aço possa conter até 2,11%C, em peso, 
na prática, raramente as concentrações de carbono excedem 1,0%C, em peso. 
Ferros fundidos são classificados como ligas ferrosas que contém entre 2,11 e 
6,70%C, em peso. Entretanto, ferros fundidos comerciais normalmente 
contém menos do que 4,5%C, em peso. 
Resumindo: 
Aço: denominação genérica para ligas de ferro-carbono com teores de 
carbono de 0,008 a 2,11%, contendo outros elementos residuais do processo 
de produção e podendo conter outros propositalmente adicionados (elementos 
de liga). 
• Aço-carbono: aço sem adição de elementos de liga. 
• Aço-liga: aço com adição de elementos de liga. 
• Ferro fundido: designação genérica para ligas de ferro-carbono com teores 
de carbono acima de 2,11%. 
6 - Efeitos de Elementos de Liga 
 
 Vimos anteriormente que o aço é uma liga Ferro-Carbono podendo 
conter até 2,11% de Carbono. 
 No entanto, quando se deseja atribuir uma determinada característica 
ou uma melhora na propriedade, adiciona-se intencionalmente elementos a 
essa liga Fe-C. Estes elementos são chamados de Elementos de Liga. 
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 Quando mencionado elementos de liga, deve ficar subentendido que 
são outros elementos além do ferro e do carbono, uma vez que estes últimos 
são os constituintes básicos do aço. 
 Vejamos algum desses elementos e seu efeito nas propriedades do aço: 
- Alumínio (Al): é usado em pequenas proporções como desoxidante; 
- Chumbo (Pb): não se liga ao aço mas, quando adicionado, distribui-se na 
estrutura em forma de partículas microscópicas, o que resulta em maior 
facilidade de usinagem. Entretanto, devido ao baixo ponto de fusão (cerca de 
327°C), aços com chumbo não devem ser usados em temperaturas acima de 
250°C. 
- Cobalto (Co): aumenta a dureza do aço sob altas temperaturas. 
- Cobre (Cu): melhora a resistência à corrosão por agentes atmosféricos, se 
usado em teores de 0,2 a 0,5%. 
- Cromo (Cr): melhora a resistência à corrosão (aço com cerca de 12% Cr 
resiste à ação da água e de vários ácidos), aumenta a resistência à tração (em 
média, 80 MPa para cada 1% de cromo), melhora a facilidade de têmpera, 
aumenta a resistência à alta temperatura e ao desgaste. 
- Enxofre (S): é, na maioria dos casos, um elemento indesejável, oriundo do 
processo de produção. Se combinado com o ferro na forma de sulfeto, deixa o 
aço quebradiço. Entretanto, se combinado com o manganês no forma do 
respectivo sulfeto, favorece a usinagem com a formação de cavacos que se 
quebram facilmente. 
- Fósforo (P): é considerado um elemento prejudicial, resultante do processo 
de produção. Torna o aço frágil, efeito que se acentua com o aumento do teor 
de carbono. Assim, os teores máximos permitidos devem ser controlados com 
rigor em aços para aplicações estruturais ou críticas. 
- Manganês (Mn): em média, para cada 1% de manganês, a resistência à 
tração aumenta 100 MPa. Para aços temperáveis, aumenta a dureza após o 
processo de têmpera. 
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- Molibdênio (Mo): melhora a resistência a altas temperaturas, a resistência 
ao desgaste e a dureza após a têmpera. Para aços inoxidáveis, melhora a 
resistência à corrosão. 
- Níquel (Ni): em média, para cada 1% de níquel, a resistência à tração 
aumenta 40 MPa, mas o limite de elasticidade é mais favorecido. Melhora 
significativamente a capacidade de têmpera, possibilitando redução da 
velocidade de resfriamento. O níquel altera a alotropia do ferro e teores 
acima de 25% fazem reter a austenita em temperaturas usuais, fazendo um 
aço austenítico, que é não magnético e bastante resistente à corrosão. Com 
36% de Ni, o aço tem o menor coeficiente de dilatação térmica e é usado em 
instrumentos de medição. Em conjunto com o cromo, o aço pode ser 
austenítico com a combinação 18% Cr e 8% Ni. 
- Silício (Si): é um agente desoxidante na produção do aço. Aumenta a 
resistência à corrosão e a resistência à tração, mas prejudica a soldagem. O 
silício aumenta significativamente a resistividade elétrica do aço e, por isso, 
aços com silício são amplamente usados em núcleos magnéticos (motores, 
transformadores, etc) devido às menores perdas com as correntes parasitas 
que se formam. 
- Tungstênio (W): aumenta a resistência à tração em altas temperaturas. 
Forma carbonetos bastante duros e é usado em aços para ferramentas (aços 
rápidos). 
- Vanádio (V): refina a estrutura do aço, impedindo o crescimento dos grãos. 
Forma carbonetos duros e estáveis e é usado em aços para ferramentas para 
aumentar a capacidade de corte e dureza em altas temperaturas. 
 
 
 
 
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7 - Nomenclatura dos Aços 
 
 Existem várias entidades que estabelecem normas para codificação de 
aços de acordo com o teor de carbono e dos elementos de liga. Na tabela 
abaixo, alguns códigos da SAE (Society of Automotive Engineers). Obs.: os dois 
últimos algarismos (xx) indicam o teor de carbono em 0,01%. 
Exemplo: um aço SAE 1020 tem 0,20 % de carbono. 
 
 
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