Apostila 1 (1)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FUNDAÇÃO DE SANTO ANDRÉ 
Faculdade de Engenharia “Engenheiro Celso Daniel” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Notas do curso de 
Materiais Metálicos e 
Tratamentos Térmicos 
 
 
 
Prof. Claudemir J. Papini 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Versão 1.1 
 
 
2011 
 2 
Materiais Metálicos 
 
As ligas metálicas podem ser classificadas como ferrosas e não ferrosas. As 
ligas ferrosas são aquelas onde o ferro é o constituinte principal. Na Fig. 1 está um 
esquema de classificação destas ligas. 
 
 
Figura 1 – Esquema de classificação para várias ligas ferrosas (1). 
 
As ligas ferrosas são as mais produzidas entre os metais devido a vários fatores: 
- abundância de compostos que contêm ferro; 
- podem ser produzidas com técnicas relativamente econômicas; 
- são muito versáteis. 
Sua principal desvantagem é a suscetibilidade à corrosão. 
As principais ligas ferrosas são os aços e os ferros fundidos, que são formados a 
partir da combinação do ferro com o carbono. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 3 
Sistema Ferro – Carbono 
 
Alotropia do Ferro: o ferro puro caracteriza-se pela capacidade de apresentar 
diferentes formas cristalinas no sistema cúbico (Fig. 2): 
 
Figura 2 – Mudanças de fase do ferro puro (2). 
 
Soluções Sólidas de Ferro: O ferro apresenta posições intersticiais octaédricas 
e tetraédricas em suas estruturas CFC e CCC conforme as representações das Figs. 3 
e 4, respectivamente. 
 
Figura 3 – Posições intersticiais na estrutura cúbica de face centrada. 
 + = octaédrico; • tetraédrico (3). 
 
As relações entre o raio dos vazios intersticiais (r) e o raio atômico da matriz (R), 
para as estruturas CFC e CCC, são apresentadas na Tab. 1 e na Tab. 2 está uma 
comparação entre o raio do carbono e os vãos das estruturas do Ferro (1). 
 4 
 
 
Figura 4 – Posições intersticiais na estrutura cúbica de corpo centrado. 
 + = octaédrico; • tetraédrico (3). 
 
Tabela 1 – Relações entre o raio dos vazios intersticiais (r) e o raio atômico (R), para as estruturas CFC 
e CCC (3). 
 
 
 
Tabela 2 – Comparações entre o raio atômico do carbono e os vãos intersticiais das estruturas cristalinas 
do ferro (3). 
 
 
 
 
A análise destas tabelas permite as seguintes conclusões: 
- O carbono não forma solução sólida substitucional com o ferro; 
- O maior vazio intersticial de ferro é o octaédrico da estrutura CFC, porém este 
vazio é menor que o raio atômico do carbono. 
 
 
 
 
 5 
Diagrama Ferro-Grafita: Na Fig. 5 está o diagrama de equilíbrio termodinâmico 
formado pela combinação do ferro e do carbono. 
 
 
Figura 5 – Diagrama de equilíbrio ferro-grafita (4). 
 
 
As fases que podem ser destacadas neste diagrama são as seguintes: 
Ferrita () que ocorre até a temperatura de 912ºC. Possui estrutura cúbica de 
corpo centrado (CCC) e dissolve pouco carbono, chegando ao máximo de 0,02% a 
727ºC. 
Austenita () que ocorre nas temperaturas entre 727°C a 1495°C. Sua estrutura 
é cúbica de face centrada (CFC) e possui uma maior capacidade de solubilização de 
carbono (2,14% a 1148ºC). 
Na Fig. 6 está uma representação destas estruturas. Note que nessa 
representação, o átomo de carbono se encaixa perfeitamente no vazio octaédrico da 
austenita, fato que não é verdadeiro, conforme discutido anteriormente. 
 6 
 
 
 (a) (b) (c) 
Figura 6 – (a) Célula unitária CFC da austenita com um átomo de carbono no maior vazio intersticial 
situado na aresta da célula cúbica; (b) célula unitária CCC da ferrita indicando um menor 
vazio intersticial entre os átomos da aresta do cubo; (c) célula unitária TCC (tetragonal de 
corpo centrado) do ferro resultante da distorção da célula unitária CCC causada pelos 
átomos de carbono (será discutido mais a seguir) (5). 
 
Há ainda a fase da Ferrita () de estrutura CCC, que ocorre em temperaturas 
acima de 1394ºC e é estável até a fusão da liga. Esta fase dissolve o máximo de 0,09% 
de carbono na temperatura de 1495°C. 
 
Diagrama Ferro-Cementita: O resfriamento e a solidificação do aço em 
produção industrial são rápidos, não permitindo que o equilíbrio termodinâmico seja 
completo. Ocorre, então, a formação de um carbeto de ferro metaestável de fórmula 
química Fe3C, chamado Cementita, com estrutura ortorrômbica. 
 
Exercício: Qual a porcentagem (em massa e em número de átomos) de carbono 
na cementita? Dados: massa atômicas: Fe= 55,8; C=12,0. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na Fig. 7 está uma parte do diagrama de fases ferro-carbono que é, na verdade, 
um diagrama Fe-Fe3C pois vai até 6,7% de carbono. Podemos destacar dois pontos 
importantes neste diagrama: 
- Ponto eutético: um líquido transformando-se em dois sólidos. 
- Ponto eutetóide: uma fase sólida transformando-se em duas outras fases 
sólidas. 
 
Definição de aço: seguindo Chiaverini “aço é a liga ferro-carbono contendo 
geralmente entre 0,008% até aproximadamente 2,14% de carbono, além de certos 
elementos residuais, resultantes dos processos de fabricação” (12). 
 
0,008%  máxima solubilidade do carbono no ferro à temperatura ambiente. 
2,14%  quantidade máxima de carbono que se dissolve no ferro e que ocorre a 
1148°C. 
 7 
 
Figura 7 – Diagrama de fases para o sistema ferro-carbeto de ferro (1). 
 
Aço eutetóide (0,76% de carbono): é formado (na temperatura ambiente, 
quando resfriado lentamente) exclusivamente por perlita (Fig 8). 
Perlita: composição bifásica formada por camadas alternadas (lamelas) de 
ferrita (ferro ) e cementita (Fe3C). 
 
Figura 8 – (a) Representações esquemáticas das microestruturas para uma liga ferro-carbono de 
composição eutetóide (0,76% C) acima e abaixo da temperatura eutetóide; (b) 
fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a microestrutura da perlita (1). 
(a) 
(b) 
 8 
 
Aços hipoeutetóides (carbono abaixo de 0,76%): são formados (na 
temperatura ambiente, quando resfriado lentamente) por ferrita proeutetóide e perlita 
(Fig. 9). 
 
 
 (a) (b) 
Figura 9 – (a) Transformação de um aço-carbono hipoeutetóide (0,4% C) em arrefecimento lento (10); (b) 
fotomicrografia de um aço com 0,38% de carbono que possui uma microestrutura composta 
por perlita e ferrita proeutetóide. Ampliação 635x (5). 
 
Aços hipereutetóides (carbono entre 0,76 e 2,14% de C): são formados (na 
temperatura ambiente, quando resfriado lentamente) por cementita proeutetóide e 
perlita (Fig. 10). 
 
 (a) (b) 
Figura 10 – (a) Transformação de um aço-carbono hipereutetóide (1,2% C) em arrefecimento lento; (b) 
fotomicrografia deste aço mostrando sua microestrutura composta por perlita e cementita 
proeutetóide. Ampliação 1000x (5). 
 
 9 
 
Propriedades mecânicas dos aços-carbono 
 
As propriedades mecânicas dos aços-carbono resfriados normalmente, isto é, 
com a transformação total da austenita, dependem basicamente da sua composição 
química e da sua microestrutura. Estes fatores não são independentes, já que a 
composição química interfere na ocorrência dos vários constituintes estruturais que 
compõem os aços. Na Tab. 3 são apresentadas algumas das propriedades destes 
constituintes que estão intimamente relacionadas às propriedades mecânicas dos aços 
(Tab. 4 e Fig. 11). 
 
Tabela 3 – Propriedades dos microconstituintes dos aços. As propriedades da perlita variam de acordo 
com a espessura de sua estrutura (6). 
 
 
Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos aços em função do teor de carbono (6). 
 
Figura 11 – Representação gráfica da influência do teor de carbono nas propriedades mecânicas dos 
aços (6). 
 
 10 
 
A microestrutura dos aços, porém, não depende apenas da sua composição 
química, mas também do estado ou condição de fabricação (fundido– Fig. 12; 
trabalhado a quente ou a frio – Figs. 13 e 14), do tamanho de grão austenítico (Tab. 5) 
e da velocidade de resfriamento (tratamentos térmicos que serão abordados mais a 
seguir). 
 
 
Figura 12 – Aspecto comum de um aço moldado, no estado bruto de fusão. Parte da estrutura é acicular 
e parte é rendilhada (6). 
 
 
 
Figura 13 – Aspecto micrográfico de um aço duro encruado por martelamento a frio. Ataque: reativo de 
nital. Aumento: 200 vezes (6). 
 
 11 
 
 
Figura 14 – Influência do encruamento sobre as curvas de tensão-deformação em um aço de baixo 
carbono (6). 
 
Tabela 5 – Efeito do tamanho de grão austenítico sobre algumas características dos aços (6). 
 
 
Classificação dos aços 
 
Os aços podem se classificados em grupos, com base em suas propriedades 
comuns: 
a- composição, como aços-carbono e liga; 
b- processo de acabamento, como aços laminados a quente ou a frio; 
c- forma do produto acabado, como barras, chapas , tubos, perfis, etc. 
 
A classificação mais comum e que é adotada no Brasil pela ABNT (Associação 
Brasileira de Normas Técnicas) considera a composição química dos aços e é baseada 
nas normas AISI (American Iron and Steel Institute) e SAE (Society of Automotive 
Engineers). Na Tab. 6 estão algumas designações de aços-carbono e baixa liga 
adotados pela AISI, SAE e UNS (Unifield Numbering System). As letras X referem-se à 
porcentagem de carbono. 
 
 
 12 
Tabela 6 – Sistemas SAE, AISI e UNS de classificação dos aços (6). 
 
 
Os aços também podem ser classificados de acordo com o seu teor de carbono: 
 
Aços com baixo teor de carbono (<0,25%) 
- São formados por ferrita e perlita. 
- Não respondem a tratamentos térmicos para formar martensita. 
- São moles e fracos mas possuem uma boa ductilidade e tenacidade. 
- São os mais produzidos. 
- Usináveis, soldáveis e baratos. 
Principais aplicações: carcaças de automóveis, formas estruturais, chapas 
usadas em tubulações, etc. 
 
Aços com médio teor de carbono (0,25% a 0,6%) 
- Podem ser endurecidos por tratamentos térmicos (têmpera). 
- Usados normalmente na condição de martensita revenida. 
- São mais resistentes, porém têm menos ductilidade e tenacidade que os 
baixo carbono. 
Aplicações: rodas e trilhos de trens, componentes estruturais e peças de 
máquinas que exigem alta resistência. 
 
Aços com alto teor de carbono (>0,6%) 
- Duros e resistentes. 
- Menos dúcteis entre os aços. 
- Usados na condição endurecida e revenida. 
- Resistentes ao desgaste e à abrasão. 
- Podem ser ligados com cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio para 
aumentar a dureza e a resistência. 
Aplicações: ferramentas de corte, matrizes para moldes de conformação, facas e 
lâminas de corte, molas e arames de alta resistência. 
 
 13 
Aços-liga 
 
Segundo Chiaverini (6) “aço-liga é o aço carbono que contém outros elementos 
de liga ou apresenta os elementos residuais em teores acima dos considerados 
normais”. Podem ser classificados como: 
- baixo teor de liga (abaixo de 8%); 
- alto teor de liga (acima de 8%). 
Os elementos de liga são adicionados para: 
a) aumentar a dureza e a resistência mecânica; 
b) uniformizar a resistência ao longo de peças grandes; 
c) diminuir o peso das peças (pelo aumento da resistência); 
d) conferir resistência à corrosão; 
e) aumentar a resistência ao calor e ao desgaste; 
f) aumentar a capacidade de corte; 
g) melhorar as propriedades elétricas e magnéticas. 
Os requisitos de (a) a (c) são alcançados com adições de elementos de liga na 
faixa de até 5%. Ocorrem pelo aumento da resistência da ferrita e pela formação de 
outros carbonetos além do Fe3C. 
As características de (d) a (g) requerem teores maiores de elementos de liga, 
provocando maiores alterações na ferrita e a formação de carbonetos mais complexos. 
Os elementos de liga alteram as transformações das ligas de ferro. Na Fig. 15 
estão diagramas mostrando alguns tipos possíveis de alterações e na Tab. 7 estão os 
efeitos específicos de alguns elementos de liga. 
 
 
 
 
Figura 15 – Possíveis alterações de diagramas de equilíbrio para ligas de ferro. Tipa A: estabilizadores 
da austenita; tipo B: estabilizadores da ferrita (6). 
 14 
Tabela 7 – Efeitos específicos dos elementos de liga nos aços (6). 
 
 
 15 
 
Tabela 7 – Efeitos específicos dos elementos de liga nos aços – continuação (6). 
 
 16 
 
Tabela 7 – Efeitos específicos dos elementos de liga nos aços – continuação (6). 
 
 
 
 17 
Produção de Aço 
 
A obtenção do aço decorre de uma série de operações de transformação 
metalúrgica e de conformação mecânica, que pode ser dividida, basicamente, em 5 
grandes etapas (Fig. 16) (7): 
- Preparação das matérias-primas; 
- Produção do ferro gusa; 
- Produção do aço 
- Refinamento e lingotamento; 
- Conformação mecânica. 
 
 
Figura 16 – Etapas básicas para a produção do aço (8). 
 
Preparação da matéria-prima 
 
As principais matérias-primas dos aços são o minério de ferro (hematita – Fe2O3 
e magnetita Fe3O4) e o carvão mineral. 
No carvão mineral é realizado um processo conhecido como coqueificação 
objetivando a eliminação de impurezas por meio de uma destilação em ausência de ar, 
com a liberação de substâncias voláteis. O produto resultante é chamando de coque 
metalúrgico. 
 O minério de ferro sofre um processo de sinterização ou pelotização, onde são 
adicionados fundentes aos finos do minério e a mistura é fundida. Após o resfriamento 
e britagem, obtém-se os aglomerados chamados de sínter. 
 
Obtenção do ferro gusa – Alto-Forno 
 
O ferro-gusa é um produto primário do ciclo de produção do aço, oriundo da 
redução inicial do minério de ferro em um alto-forno. Sua composição química genérica 
pode ser situada nas seguintes faixas: 
Carbono: 3,5 - 4,5% 
Silício: 0,3 - 2,0% 
Enxofre: 0,01 – 0,1% 
Fósforo: 0,05 – 2% 
Manganês: 0,5 – 2% 
Na Fig. 17 estão esquematizados o processo de produção do ferro gusa em um 
alto-forno, o balanço de massa típico para a produção de um mol de ferro e as 
principais equações químicas envolvidas no processo. Na Fig. 18 é apresentado um 
esquema onde é possível a visualização das proporções das matérias-primas e 
produtos envolvidos neste processo. 
 18 
 
 
 
Figura 17 – O processo d e produção de gusa em alto-forno. À esquerda, balanço de massa típico para a 
produção de 1 mol de ferro contido no ferro-gusa. À direita, arranjo físico do processo. (9). 
 
 
Figura 18 – Proporção em massa das matérias-primas e produtos envolvidos na produção do ferro gusa 
em um alto-forno (10). 
 
 
 19 
 Produção do aço – Aciaria 
 
Na aciaria são usados, na produção do aço, o ferro gusa e sucatas de aço ou 
ferro fundido. 
Podem ser utilizados diversos tipos de fornos: 
Conversor Bessemer: apenas refina o ferro gusa em fusão (por volta de 
1.700°C) por meio da passagem de ar comprimido ou oxigênio. 
Forno Siemens-Martin: é um forno horizontal à gás ou a óleo, com aberturas 
laterais de carga. O escoamento do aço líquido é feito no sentido oposto às aberturas 
de carga (Fig. 19). 
 
Figura 19 – Representação esquemática de um forno Siemens-Martin (10). 
 
Forno elétrfico ou a arco: neste tipo de forno, o calor é fornecido pelo arco 
voltaico formado entre três eletrodos de grafite. A temperatura varia entre 1590ºC a 
1700°C, sendo também comum a injeção de oxigênio. Na Fig. 20 há uma 
representação esquemática deste tipo de forno. 
 
 20 
 
Figura 20 – Representação esquemática de um forno elétrico, tipo Heroult (10). 
 
Refinamento e Lingotamento 
 
O aço líquido é vertido em fornos tipo panela, que também são fornos elétricos a 
arco, porém de menores diminsões. Nestes fornos o aço é mantido em temperaturas 
da ordemde 1600°C, enquanto sua composição química é monitorada por meio de 
amostras que são avaliadas em laboratório, normalmente pela técnica de 
espectrometria ótica. Em função dos resultados obtidos nestas análises, a composição 
química é ajustada pela adição de ligas, até o acerto estequiométrico do aço 
processado. 
Após este processo de refino, o aço é submetido ao processo de lingotamento 
contínuo (Fig. 21) 
 
 21 
 
Figura 21 – Lingotamento contínuo: 1 panela, 2 aço líquido, 3 aço vertendo, 4 distribuidor, 5 
rolete guia, 6 resfriamento secundário, executado com jatos d’água, 7 coquilha (molde de aço, resfriado 
com grande vazão de água), 8 rolos endireitadores, 9 painel de controle. 
 
Conformação Mecânica 
 
Forjamento: o metal é deformado por meio de compressões contínuas. Pode 
ser em matriz aberta ou fechada (Fig. 22a). 
Laminação: redução da espessura como resultado das tensões de compressão 
exercidas durante a passagem entre rolos (Fig. 22b) 
Extrusão: uma barra é forçada através de um orifício em matriz, resultando em 
um peça com a forma desejada e uma área de secção reta menor (Fig. 22c). 
Estiramento (ou trefilação): a barra metálica é puxada através de uma matriz 
(Fig. 22d). 
Fundição: o metal totalmente fundido é derramado em um molde que possui a 
forma desejada. Após a solidificação, o metal assume a forma do molde. 
 
Figura 22 – Deformação de um metal durante (a) forjamento, (b) laminação, (c) extrusão e (d) 
estiramento (1). 
 22 
Impurezas nos Aços 
 
As impurezas normalmente encontradas nos aços são o fósforo, o enxofre, o 
manganês, o silício e o alumínio. Estes elementos reagem entre si ou com o oxigênio 
ou nitrogênio formando as inclusões não metálicas, que ser endógenas ou exógenas 
Inclusões endógenas são provenientes de reações que ocorrem durante a 
elaboração ou solidificação do aço e são geradas pela precipitação do enxofre e 
oxigênio, formando sulfetos, óxidos, silicatos e aluminatos. 
Inclusões exógenas são derivadas de fontes externas, como escórias, 
refratários, etc. São silicatos, aluminatos e óxidos com dimensões maiores, forma 
irregular e constituição complexa. 
 
Transformação da Austenita e Curvas TTT 
 
A ferrita, a cementita e a perlita são microconstituintes resultantes da lenta 
transformação da austenita, dependendo da porcentagem de carbono. Se o 
resfriamento for mais rápido, não permitindo um equilíbrio termodinâmico, podem surgir 
outros constituintes metaestáveis que não são previstos no diagrama ferro-cementita. 
A ferrita é formada por difusão. Sua forma depende do resfriamento, sendo 
equiaxial em resfriamento lento, nucleada preferencialmente nos contornos de grão e 
sobre inclusões (Fig. 23). Com o aumento da velocidade de resfriamento, a ferrita pode 
assumir a forma de ripas (lath) ou placa alongada (plate), também chamada de ferrita 
de Widmanstäten, chegando à forma de agulhas (acicular) (Fig. 24). 
Na Fig. 25 estão as diferentes morfologias da ferrita, originalmente propostas por 
Dubé, que podem também ser aplicas à cementita. Na Fig. 26, observa-se a cementita 
como alotriomorfo de contorno de grão (2). 
A perlita, conforme já visto anteriormente, não é uma fase, mas uma mistura 
bifásica de ferrita e cementita em lamelas. Sua nucleação ocorre preferencialmente nos 
contornos de grão da austenita homogênea, mas pode ocorrer a nucleação de perlita 
no interior do grão austenítico em casos em que a austenita apresenta gradientes de 
concentração de carbono ou partículas dispersas. 
Na Fig. 27 observa-se o crescimento de nódulos de perlita. Na Fig. 28 estão 
diferentes morfologias da perlita quando ela começa a perder sua geometria lamelar 
característica e é chamada perlita degenerada. Esta estrutura pode ocorre nos aços 
carbono na região de transição da perlita para a bainita e em aços resfriados 
continuamente. 
 
 
 
 23 
 
(a) 100X (b) 1.000X 
 
 
 
 (c) 500X 
 
Figura 23 – Diferentes nucleações da ferrita (a) aço 0,40 %C com ferrita no contorno de grão (2), 
(b) mesmo aço com a ferrita nucleada sobre inclusão (2), (c) aço com 0,2 %C com ferrita equiaxial 
(também chamada poligonal, massiva ou em bloco). Nital. 
 
 
 
 
 
 
 
 24 
 (a) 1000X (b) 250X 
 
Fig. 24 – Diferentes formas da ferrita (a) aço 0,40 C com ferrita de Widmanstäten nucleada no 
contorno e no interior do grão austenítico, (b) aço com 0,25 %C com a ferrita acicular proveniente de um 
resfriamento de 200°C/min. Nital (2). 
 
 
 
Figura 25 – Diferentes morflogias da ferrita (2). 
 
 25 
 
Fig. 26 – Aço 0,8 % C – 1,0 % Mn – 0,03 % Nb austenitizado a 1350°C e parcialmente 
transformado a 600°C por dois min. Cementita (filete branco) nucleada no antigo contorno de grão 
austenítico (agora martensítico) e colônias de perlita. 600X. Nital (2). 
 
Figura 27 – Microscopia eletrônica de varredura um núcleo de perlita em um aço perlítico 0,8 % 
C – 1,0 % Mn – 0,03 % a 650°C. 5.000X. (2). 
 
 
 1.300X 6.800X 
Figura 28 – Aço 0,41 % C – 1,0 % Mn – 0,03 % Nb laminado a 1250°C e resfriado ao ar. 
Estrutura tipo “colméia”, em que observa-se a cementita fibrosa, com o maior aumento (2). 
 26 
Curvas em C ou TTT 
 
Os primeiros estudos feitos para a avaliação das transformações da austenita 
em função da velocidade de resfriamento foram realizados por Davenport e Bain na 
década de 30. Estes estudos foram efetuados por meio de avaliações de 
transformações isotérmicas de pequenas peças de aço abaixo da temperatura 
eutetóide. 
O diagrama de equilíbrio Fe-Cementita prevê as transformações da austenita 
com o equilíbrio termodinâmico. O aumento da velocidade de resfriamento, porém, 
altera estas condições de equilíbrio modificando as condições de formação dos 
constituintes normais resultantes da transformação da austenita. Ocorre um fenômeno 
de inércia, resultando em um atraso da transformação da austenita, conforme se pode 
observar nas Fig. 29 e 30. 
 
 
Figura 29 – Curva de reação isotérmica representativa da transformação da austenita em 
perlita(6). 
 
 
Figura 30 – Representação esquemática do progresso da transformação da austenita a uma 
temperatura constante abaixo da crítica (6). 
 
Na Fig. 31 observa-se uma curva ITT reverente a transformação isotérmica. 
Neste diagrama podem ser observados as seguintes linhas: 
I – início da transformação da austenita; 
F – fim da transformação da austenita; 
 27 
Mi e Mf – início e fim da formação da martensita 
 
Figura 31 – Representação esquemática do diagrama de transformação isotérmica de um aço 
eutetóide (6). 
 
Na maioria dos tratamentos térmicos, o resfriamento é contínuo e não 
isotérmico. Por este motivo, são traçadas curvas TTT (tempo, temperatura e 
transformação) que se localizam pouco abaixo das curvas de resfriamento isotérmico 
(Fig. 32). Nestes diagramas a parte inferior das curvas não têm mais significado pois, 
uma vez ultrapassadas as curvas superiores, a transformação da austenita cessou. 
 
Figura 32 – Representação esquemática do diagrama de transformação para resfriamento 
contínuo (6). 
 28 
O entendimento das curvas fica mais claros examinando-se várias velocidades 
de resfriamento, conforme é demonstrado na Fig. 33: 
Velocidade A: resfriamento lento= perlita grosseira de baixa dureza. 
Velocidade B: resfriamento um pouco mais rápido= perlita mais fina e mais dura. 
Velocidade C: velocidade de resfriamento maior= perlita ainda mais fina e dura. 
Velocidade D: resfriamento mais rápido= a curva de resfriamento não toca na 
curva de fim de transformação da austenita resultando numa estrutura mista de perlita 
e martensita.Velocidade F: resfriamento muito rápido= a curva de resfriamento não toca a 
curva de início de transformação da austenita. Ou seja, não há a transformação da 
austenita em perlita, apenas ocorre a formação da martensita, resultando em produtos 
com dureza máxima. 
Velocidade E: a curva de resfriamento tangencia a curva de início de 
transformação, correspondendo à velocidade de têmpera ou velocidade crítica de 
restriamento. Ou seja, a menor velocidade de resfriamento que produz uma estrutura 
totalmente martensítica. 
 
Figura 33 – Representação esquemática da sobreposição de curvas de diferentes velocidades 
de resfriamento no diagrama de transformação para resfriamento contínuo (6). 
 
Deve-se notar que o interior dos materiais esfria mais lentamente que a 
superfície, resultando em mciroestruturas diferentes em função das secções 
transversais das peças (Fig. 34). 
 
Figura 34 – Representação esquemática do efeito da secção da peça sobres a velocidade de 
resfriamento em meios diferentes (6). 
 29 
Nas Figs 35 a 37 estão alguns exemplos de curvas TTT de diferentes aços. 
 
Figura 35 – Curva em C para um aço hipereutetóide (6). 
 
(a) (b) 
Figura 36 – Curva TTT para aços (a) AISI 1335 com 0,35% C e 1,85% Mn; (b) AISI 2340 com 
0,37% C, 0,68% Mn e 3,41 % de Ni (6). 
 
(a) (b) 
Figura 37 – Curva TTT para aços (a) AISI 5140 com 0,43% C e 0,68% Mn e 0,93% Cr; (b) AISI 
4340 com 0,42% C, 0,78% Mn, 1,79 % Ni, 0,80% Cr e 0,33% Mo (6). 
 30 
Bainita 
 
A bainita ocorre quando um aço carbono é resfriado rapidamente para uma 
temperatura abaixo do cotovelo das curvas ITT e é mantido nesta temperatura por um 
tempo suficiente para que a austenita se transforme. Esta transformação ocorre 
envolvendo a difusão atômica, como ocorre na formação da ferrita, e forças de 
cisalhamento, como ocorre nas transformações martensíticas. A bainita pode ser 
classificada como superior ou inferior. 
A bainita superior é formada logo abaixo da faixa de temperatura de formação 
da perlita (300°C a 540°C) e é composta por agulhas finas, paralelas e de mesma 
orientação cristalográfica de ferrita, que crescem em feixes. Estas agulhas são 
separadas por contornos de baixo ângulo ou por partículas de cementita. A dureza da 
bainita superior é relativamente baixa (40 a 45 HRC) 
A bainita inferior forma-se em temperaturas mais próximas da linha Mi (200°C a 
300°C). Sua microestrutura e características cristalográficas são semelhantes às da 
bainita superior. A principal diferença é que a cementita é mais fina e precipita no 
interior das agulhas de ferrita, além de também ocorrer entre as agulhas. Este tipo de 
bainita é mais tenaz e possui maior dureza (50 a 60 HRC) que a bainita superior. 
Na Fig. 38 está uma representação esquemática da formação da bainita superior 
e inferior e na Fig. 39 estão micrografias de estruturas bainíticas 
 
 
Figura 38 – Representação esquemática da formação da bainita superior e interior (2). 
 
Martensita 
 
A martensita é uma fase metaestável resultante de uma transformação sem 
difusão da austenita que aparece com o resfriamento brusco do aço. Isso ocorre de 
maneira que a austenita (CFC) sofre uma transformação polimórfica para martensita 
(tetragonal de corpo centrado – TCC). Ou seja, a martensita é uma solução sólida 
supersaturada de carbono no ferro alfa. Esta supersaturação provoca uma distorção no 
reticulado CCC que provoca extrema dureza. O aspecto termodinâmico da formação da 
martensita é observado na Fig. 40. 
 
 31 
 
Figura 39 – Estruturas bainiíticas. Agulhas de bainita no contorno do antigo grão de austenita (2). 
 
 
Figura 40 – Aspectos termodinâmicos de formação da martensita (2). 
 
 32 
O aumento do teor de carbono provoca a diminuição da temperatura de início 
(Mi) e fim da transformação da austenita (Mf). Sendo assim, um aço, por exemplo, com 
0,8 % C resfriado bruscamente apresentará por volta de 80% de martensita e 20% de 
austenita retida (não transformada). Em aços ligados, este volume pode ser ainda 
maior. 
A martensita possui diferente forma em função do teor de carbono. Em aços com 
menor teor de carbono a martensita tem a forma de ripas e assume a forma de agulhas 
nos aços com maiores teores de carbono. Na Fig. 41 estão algumas estruturas 
martensíticas. 
Deve-se ressaltar ainda que as transformações martensíticas são reações no 
estado sólido que ocorrem por cisalhamento sem mudança na composição química 
(difusão) e aparecem em vários sistemas, sendo o ferro-carbono o mais conhecido (2). 
 
Figura 41 – Estruturas martensíticas (continua) (2). 
 33 
 
 
Figura 41 – Estruturas martensíticas (continuação) (2). 
 
Fatores que afetam a posição das curvas TTT 
 
- Composição química: o aumento de carbono e dos demais elementos de liga 
(exceto o cobalto) desloca as curvas de início e fim de transformação para a direita e 
abaixa as linhas Mi e Mf, ou seja, retardam as transformações da austenita, facilitando 
a formação da martensita, mas também provocando o aumento da austenita retida ou 
residual. 
 
- Tamanho de grão austenítico: as transformações ocorrem a partir dos 
contornos de grão, portanto, quanto maior o tamanho de grão, mais retardada é a 
transformação da austenita em perlita, conforme pode-se observar na Fig. 42. 
 
Figura 42 – Efeito do tamanho de grão sobre a reação de transformação da austenita. Nota-se 
que no grão menor ocorre a transformação total da austenita em perlita, o que não ocorre no maior grão 
(11). 
 
- Homogeneidade da austenita: carbetos residuais não dissolvidos e áreas 
localizadas de austenita rica em carbono são núcleos para a formação da perlita, 
apressando esta transformação. 
 
 
 
 
 
 34 
Endurecibilidade ou Temperabilidade 
 
Temperabilidade ou endurecibilidade é a “capacidade do aço endurecer” ou a 
“profundidade de endurecimento”, ou seja, significa obter martensita de maneira 
uniforme pela maior profundidade da secção da peça. 
 
Métodos para a determinação da temperabilidade 
Método de Grossmann: barras cilíndricas de aço com diâmetros crescentes 
são austenitizadas e resfriadas rapidamente, sob condições controladas, para 
transformar a austenita em martensita. A dureza é determinada nas secções 
transversais das barras, do centro à superfície, de modo a obter-se uma curva de 
distribuição de dureza ao longo de toda a secção transversal de cada barra, conforme é 
observado nas Figs. 43 a 45. O diâmetro crítico corresponde à região de transição da 
estrutura martensita para ferrítica/perlítica e é tomada pela inflexão da curva. 
 
Figura 43 – Curvas de dureza para aços SAE 1410:a) resfriado em óleo;b) resfriado em água (6). 
 
Figura 44 – Curvas de dureza para aço SAE 1090, em uma série de barras redondas, resfriadas 
em água (6). 
 35 
 
Figura 45 – Curva representativa da dureza dos centros das barras de aço SAE 1090, montada a 
partir dos dados extraídos da Fig. 44 (6). 
 
Ensaio Jominy: um corpo de prova, de 1 polegada de diâmetro e 4 polegadas 
de comprimento, é austenitizado e, em seguida, resfriado com um jato de água em 
condições padronizadas (Fig. 46). Após este resfriamento ocorre uma retificação 
longitudinal e a dureza é determinada em intervalos variáveis, geralmente de 1/16”. Os 
valores obtidos são lançados em gráficos, conforme pode-se notar na Fig. 47. 
 
Figura 46 – Dispositivo Jominy para determinação da endurecibilidade dos aços (6). 
 
 
 36 
 
Figura 47 – Curva de temperabilidade Jominy (6). 
 
O diâmetro crítico (Dc) pode ser expresso em termos de diâmetro ideal (D1), 
conforme é mostrado na Fig. 48, onde os valores de H referem-sea “severidade de 
resfriamento” que é uma expressão utilizada para definir quantitativamente as 
condições de resfriamento (Tab. 8). 
 
Figura 48 – Curvas representativas das relações entre valores de diâmetro crítico, diâmetro ideal 
e severidade de resfriamento (6). 
 
Tabela 8 – Valores típicos de H. 
 
 
Curvas CCT ou TRC: as curvas de Transformação por Resfriamento Contínuo 
(TRC) ou “Continuous Cooling Transformation” (CCT) foram desenvolvidas para o 
estudo direto das transformações dos aços em resfriamento contínuo e diferentes 
 37 
meios, relacionado-os com os diâmetros das barras. Na Fig 49 está uma curva TRC 
para um aço com 0,38% de carbono. Na Fig. 50 há duas curvas TRC sobrepostas que 
permitem a comparação da capacidade de endurecimento dos dois materiais. 
 
Figura 49 – Diagrama para resfriamento contínuo para um aço com 0,38% C. ilustrando o 
comportamento de transformação em várias velocidades de resfriamento (6). 
 
 
Figura 50 – Sobreposição de curvas de resfriamento para aço carbono e aço liga Mn-Mo de 
baixo teor em liga (6). 
 38 
Tratamentos Térmicos 
 
Os tratamentos térmicos são o conjunto de operações de aquecimento e 
resfriamento a que são submetidas as ligas metálicas, sob condições controladas de 
temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar 
as suas propriedades. São muito utilizados em aços com alto teor de carbono ou de 
elementos de liga. 
Principais objetivos: 
- alterar a dureza; 
- aumentar a resistência mecânica; 
- melhorar a resistência ao desgaste, à corrosão e ao calor; 
- modificar as propriedades elétricas e magnéticas; 
- remover, ou diminuir, tensões internas; 
- melhorar a ductilidade, a trabalhabilidade e as propriedades de corte. 
 
Fatores que influenciam os tratamentos térmicos 
 
Aquecimento: a temperatura em que será aquecida a liga metálica é muito 
variável e depende da liga e das alterações que se desejam em suas propriedades. 
Nos aços, geralmente é realizada acima da temperatura crítica, quando se deseja a 
alteração da sua estrutura, mas também pode ser abaixo deste valor, para alívio de 
tensões e reformulação de microestruturas alteradas por deformações mecânicas. 
A velocidade de aquecimento é um fator secundário, porém deve ser adequado 
para evitar empenamentos ou fissuras, em velocidades muito rápidas, ou excessivo 
crescimento de grão, em velocidades muito baixas. 
 
Tempo de pemanência na temperatura de aquecimento: para os aços, é 
semelhante à máxima temperatura, ou seja, quanto maior o tempo, maior a 
austenitização e maior o tamanho de grão. Tempos excessivos também podem causar 
uma oxidação ou descarbonetação do material, em função da atmosfera utilizada. 
 
Atmosfera do forno: podem ocorrem diversas reações químicas, ou até 
mesmo, a difusão de elementos, na superfície das ligas metálicas submetidas a 
temperaturas elevadas na presença de elementos químicos ativos. Nas ligas ferrosas, 
o fenômenos mais comuns são a oxidação e a descarbonetação. 
 
Reações de oxidação: 
2 Fe + O2 → 2 FeO 
 
Fe + CO2 → FeO + CO 
 
Fe + H2O → FeO + H2 
Reações de descarbonetação: 
2C + O2 → 2CO 
 
C + CO2 → 2CO 
 
C + 2H2O → CH4 
 39 
Considerações gerais: antes de qualquer tratamento térmico deve-se avaliar: 
- os objetivos do tratamento térmico; 
- quais as modificações estruturais necessárias para se alcançar tais objetivos. 
Em função disso, devem ser avaliados: 
- equipamentos disponíveis; 
- condições de aquecimento e resfriamento; 
- existência de tensões internas; 
- necessidade de processamentos após o tratamento. 
Pode ser necessário, ou mais conveniente: 
- mudar a forma das peças; 
- alterar a liga; 
- escolher outro tratamento. 
 
Recozimento 
 
Quando um metal é deformado plasticamente a frio, ocorre uma deformação 
cristalina que provoca o aumento da resistência mecânica e da dureza e a queda da 
ductilidade. Este fenômeno é conhecido como encruamento. Parte da energia utilizada 
nesta deformação é armazenada no material na forma de imperfeições cristalinas. Se 
ocorrerem condições cinéticas apropriadas, esta energia será a força motriz para a 
volta do sistema às condições normais. 
O recozimento é o aquecimento do metal, sob condições controladas de tempo e 
temperatura, que gera condições que possibilitem um rearranjo e eliminação de 
configurações produzidas pelos defeitos cristalinos e compreende três estágios 
principais: 
1) Recuperação (ou alívio de tensões): 
- ocorre em temperaturas mais baixas; 
- ocorre um rearranjo das discordâncias; 
- não há modificações significativas na estrutura do material, porém ocorre 
um alívio das tensões de encruamento. 
 
2) Recristalização: 
- ocorrem em temperaturas mais elevadas, que dependem da temperatura de 
fusão do material (Tab.9); 
- há modificações na microestrutura, com o surgimento de novos e pequenos 
cristais com composição e estrutura semelhantes aos grãos originais não 
deformados; 
- é um fenômeno de nucleação que se estabiliza após um tempo. 
A recristalização é iniciada em temperaturas menores e é completada numa 
faixa mais estreita quanto maior for o encruamento, menor o tamanho de grão original, 
mais puro for o metal e maior for o tempo de recozimento. Já o tamanho do grão 
recristalizado será menor quanto menor for a temperatura utilizada, menor for o tempo, 
mais rápido for o aquecimento e mais finas e distribuídas forem as partículas insolúveis 
do metal. 
 
3) Crescimento de grão: em temperaturas mais elevadas e/ou tempos 
excessivos, os grãos recristalizados tendem a crescer (ocorre a eliminação 
dos contornos de grãos, que são regiões de alta incidência de defeitos). 
 
Na Fig. 51 está uma representação esquemática onde pode-se observar as 
mudanças nas propriedades mecânicas e nas microestruturas que ocorrem durante os 
 40 
estágios do recozimento. 
 
 
Tabela 9 – Relação entre as temperaturas de recristalização e de fusão de alguns metais (11). 
 
 
 
Figura 51 – Representação esquemática do ciclo encruamento - recristalização (11). 
 
 
 
 
 
 
 41 
Recozimento Pleno: ocorre quando o aquecimento das ligas ferrosas é 
realizado acima da zona crítica, pelo tempo necessário para a dissolução do carbono e 
dos elementos de liga e resfriamento é lento para que ocorram as transformações 
normais previstos no diagrama Fe-C. Na Fig. 52 está o diagrama esquemático de 
transformação para o recozimento pleno e na Fig. 53 está um detalhe do diagrama de 
equilíbrio Fe-C mostrando as faixas de temperatura de aquecimento normalmente 
utilizadas neste processo. 
 
 
Figura 52 – Diagrama esquemático de transformação para o recozimento pleno (6). 
 
 
Figura 53 – Diagrama de equilíbrio Fe-C, mostrando as faixas de temperatura de aquecimento 
para o recozimento pleno (6). 
 
 42 
Recozimento Isotérmico ou Cíclico: o aquecimento ocorre nas mesmas 
condições do recozimento pleno, porém o resfriamento é interrompido dentro da faixa 
de transformação da austenita em perlita, conforme pode-se observar na Fig. 54. A 
microestrutura resultante é semelhante à alcançada no recozimento pleno, porém PE 
mais uniforme. 
 
Figura 54 – Diagrama esquemático de transformação para o recozimento isotérmico ou 
cíclico(6). 
 
 
Esferoidização: proporciona uma forma globular ou esferoidal dos carbonetos, 
melhorando a usinabilidade e a trabalhabilidade a frio. Pode ser realizada de várias 
maneiras: 
- aquecimento prolongado em temperatura logo abaixo da crítica. 
- aquecimento a uma temperatura logo acima da linha inferior de transformação 
(A1) e resfriamento lento. 
- aquecimento e resfriamento alternados em temperaturas acima e abaixo da 
crítica. 
 
Normalização: tem o objetivo derefinar e homogeneizar a estrutura, resultando 
em melhores propriedades que as obtidas no recozimento (Tab. 10). A normalização 
refina a granulação de peças fundidas, laminadas ou forjadas e também é usada como 
tratamento preliminar a têmpera e revenimento. 
A temperatura de aquecimento é realizada de modo a provocar a austenização 
total dos aços (acima das linha Ac3 e Acm), conforme nota-se na Fig. 55, e o 
resfriamento é ao ar (Fig. 56). Eventualmente pode-se obter bainita (Fig. 57) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 43 
Tabela 10 – Propriedades mecânicas dos aços no estado normalizado e recozido (6). 
 
 
 
Figura 55 – Faixa típica de aquecimento de normalização para aços comuns (6). 
 
 
Figura 56 – Diagrama esquemático de transformação na normalização (6). 
 44 
 
Figura 57 – Diagrama esquemático de transformação para normalização, comprovando a 
possibilidade de obtenção da bainita (6). 
 
Têmpera e Revenimento 
 
A operação de têmpera visa a obtenção de martensita. É realizada pelo 
aquecimento até a temperatura de austenitização e resfriamento rápido, conforme 
pode-se observar na Fig. 58. Os meios de resfriamento dependem da endurecibilidade 
do aço, da forma e das dimensões das peças. Os mais comuns são a água (pura ou 
com adição de sal ou polímeros), óleo e ar (Fig. 59), embora também sejam utilizados 
outros meios como nitrogênio, hélio, argônio, etc. 
 
 
Figura 58 – Diagrama esquemático representativo das operações de têmpera e revenimento 
(11). 
 
 45 
 
Figura 59 – Curvas de resfriamento no centro de amostras de aço inoxidável 18-8, mostrando o 
efeito da temperatura na capacidade de resfriamento de água comum e salmoura (11). 
 
A temperatura de aquecimento depende da composição química dos aços. Em 
geral, os aços comuns hipoeutetóides são aquecidos acima do limite superior da zona 
crítica (A3) para evitar a presença de ferrita. Os aços hipereutetóides são aquecidos 
acima da linha A1, resultando em martensita e carbonetos duros. 
Com o aumento da dureza e da resistência mecânica, ocorre também uma 
diminuição da tenacidade e o aparecimento de tensões internas. Nas Figs. 60 e 61 
pode-se notar a variação da dureza em função da porcentagem de carbono dos aços e 
na Fig. 62 está a micrografia de um aço temperado. 
 
Figura 60 – Efeito do teor de carbono sobre a dureza da martensita (6). 
 
 
 
 46 
 
Figura 61 – Relação entre dureza, teor de carbono e porcentagem de martensita (6). 
 
 
Figura 62 – Micrografia de um aço temperado, apresentando a estrutura tipicamente acicular da 
martensita. Ataque: nital. Ampliação 1.000X (6). 
 
Em função das secções transversais das peças, ocorrem diferentes velocidades 
de resfriamento em diferentes áreas da mesma peça, ocasionando mudanças 
volumétricas não uniformes. Ou seja, as camadas superficiais contraem mais 
rapidamente e sofrem tração, enquanto que a parte central sofre compressão. Quando 
estas tensões ultrapassam o limite de escoamento do material, ocorre uma deformação 
plástica (empenamento). Se as tensões ultrapassarem o limite de resistência a tração, 
ocorrerão fissuras e a perda da peça. 
 
Revenimento: as tensões provocadas no processo de têmpera provocam uma 
fragilidade excessiva. O processo de revenimento alivia ou remove estas tensões 
internas, corrige durezas e fragilidades excessivas e aumenta a ductilidade e a 
resistência ao impacto (Fig. 63). Este procedimento deve ser realizado logo após a 
têmpera e consiste no aquecimento em temperaturas abaixo da crítica, como pode ser 
observado na Fig.58, por tempos adequados para a equalização de temperatura e a 
obtenção das propriedades desejadas. 
 
 
 47 
 
Figura 63 – Efeito da temperatura de revenido sobre a dureza e a resistência ao impacto 
(Charpy) de um aço AISI 1045 temperado (6). 
 
O aquecimento da estrutura martensítica fornece energia para a difusão dos 
átomos de carbono supersaturados, provocando a sua precipitação na forma de 
carbonetos. Esta precipitação gera a diminuição da dureza, além do alívio das tensões. 
O tempo também tem grande influência no revenimento, conforme pode-se notar na 
Fig. 64. 
 
Figura 64 – Influência do intervalo de tempo no revenido de um aço com 0,82% C, realizado a 
quatro temperaturas diferentes (6). 
 
 48 
Para os aços carbono, observa-se alguns estágios de revenimento: 
 
- até 250ºC: ocorre a segregação, sem precipitação, de carbono nos aços < 
0,2%C. Nos aços com mais carbono, há a precipitação do carboneto (hexagonal de 
corpo centrado) na forma de ripas ou barras. Esta transformação diminui o teor de 
carbono na martensita, que perde parcialmente a tetragonalidade. Os aços com alto 
teor de carbono podem aumentar a dureza por endurecimento por precipitação. 
- de 200 a 300°C: há a decomposição da austenita retida, com a formação de 
ferrita e cementita semelhantes à bainita. 
- de 200 a 350°C: ocorre a precipitação da cementita na forma de barras e a 
ferrita é formada pela perda da tetragonalidade da martensita. Os carbonetos  tendem 
a desaparecer. Entre 250 e 350°C forma-se o caboneto metaestável Fe5C2 e nos aços 
com alto teor de carbono forma-se a “troostita” (carbonetos com forma globular) (Fig. 
65). 
- de 350 a 700°C: o coalescimento da cementita começa entre 300 e 400°C. 
Entre 350 e 600°C há a diminuição da dureza pela redução da densidade de 
discordâncias. Entre 600 e 700°C ocorre a recristalização, resultando em grão 
equiaxiais de ferrita com partículas esferoidais de cementita conferindo baixa dureza e 
tenacidade aos aços (Fig. 66). 
- entre 500 e 600°C: nos aços ligados com Ti, Cr, Mo, V, Nb e W ocorre a 
precipitação dos carbonetos de liga provocando um endurecimento secundário. 
 
 
Figura 65 – Aspecto micrográfico de um aço temperado mostrando a estrutura mista troostita-
martensita. Nital, 200X (6). 
 49 
 
Figura 66 – Aspecto micrográfico de aço coalescido: esferoidita. Nital, 1.000X (6). 
 
Revenimento Múltiplo: Os aços ferramenta e outros de alta temperabilidade 
normalmente são revenidos duas vezes. Um primeiro revenimento é efetuado entre 60 
e 90ºC para o alívio de tensões, revenimento da martensita e precipitação de 
carbonetos na austenita retida. No resfriamento deste primeiro aquecimento ocorre a 
formação de novas regiões de martensita, geradas pela transformação da austenita 
retida. O segundo aquecimento é realizado para revenir esta nova martensita. 
Fragilidade pelo revenido: Os aços carbono e baixa liga podem sofrer uma 
perda da tenacidade, notada por ensaios de impacto (Fig. 63), quando são revenidos 
entre 260 a 315ºC. Os aços com muito Mn, Ni, Cr e outras impurezas são mais 
suscetíveis a este fenômeno. Em geral, a adição de molibdênio e silício evita esta 
fragilização. 
Os aços com níquel e cromo também podem fragilizar na faixa entre 450 e 
600°C. 
O efeito da fragilidade pelo revenido pode ser traduzida pelo aumento da 
temperatura de transição dúctil-frágil. Na Fig. 67 é mostrado como o resfriamento 
brusco após o revenimento melhora esta temperatura de transição. 
 
Figura 67 – Valores de resistência ao impacto de uma aço SAE 5140 em duas condições de 
resfriamento após o revenimento (11). 
 50 
Transformação da austenita retida: Após a têmpera, os aços podem 
apresentar uma certa quantidade de austenita não transformada, chamada austenita 
retida ou residual que, na maioria dos casos, é prejudicial devido a sua instabilidade. A 
transformação desta austenita residual pode ser realizada por alguns processos como: 
- revenimento entre 200 e 300ºC, conforme já foi mencionado no revenimento 
múltiplo; 
- sazonamento: consiste no armazenamento das peças em estoque ou submetê-
las às temperaturas de trabalho. Este processo é pouco eficiente e econômico.- envelhecimento acelerado: processo semelhante ao revenimento. 
- resfriamento subzero: visa ultrapassar a linha Mf dos diagramas TTT, 
provocando a maior transformação da austenita. Podem ser realizados em diversos 
meios, como resfriamento mecânica (-45 a -100ºC), gelo seco (-68ºC), nitrogênio 
líquido (-198ºC) ou até mesmo hélio líquido (-268ºC). Quanto mais baixo for a 
temperatura do tratamento, maior será a transformação da austenita, porém maior 
também será a probabilidade de fissuras nas peças. 
 
Austêmpera: é um tratamento isotérmico que tem por objetivo a obtenção da 
bainita. As operações de transformações são as seguintes (Fig. 68): 
- austenitização do aço; 
- resfriamento em banho de sal (nitrato de sódio ou potássio), óleos minerais, 
resinas poliméricas ou chumbo fundido, mantidos em temperaturas constantes (entre 
250 e 400ºC); 
- permanência neste banho até a transformação da austenita em bainita; 
- resfriamento até a temperatura ambiente. 
 
 
Figura 68 – Representação esquemática do diagrama de transformação para a austêmpera (11). 
 
A principal vantagem da austêmpera é a obtenção de produtos com melhor 
ductilidade, tenacidade e resistência mecânica sem uma perda significativa da dureza 
(Tab. 11), além do menor tensionamento de resfriamento, resultando em menor 
empenamento e probabilidade de fissuras. Sua principal desvantagem refere-se a 
limitação de utilização de aços que devem apresentar uma boa temperabilidade e um 
tempo da transformação da austenita e bainita não muito longo. 
 
 
 
 51 
 
Tabela 11 – Propriedades mecânicas de um aço 1095 submetido a três tipos de tratamentos 
térmicos (6). 
 
 
Austêmpera modificada: é empregada em fios e barras, quando recebe o 
nome de patenteamento, e consiste no resfriamento em banhos de maior temperatura 
(500 a 540ºC) que a austêmpera convencional (Fig. 69). Visa a obtenção da perlita fina, 
conferindo boa resistência à tração. 
 
 
Figura 69 – Diagrama TTT para aço 1080 mostrando a diferença entre a austêmpera 
convencional e a modificada (11) 
 
Martêmpera: consiste no resfriamento brusco até a temperatura ligeiramente 
acima da faixa de início de formação da martensita, manutenção desta temperatura até 
a sua uniformização e resfriamento moderado até a temperatura ambiente. Este 
tratamento proporciona menores tensões internas e empenamente, como pode ser 
observado por meio dos valores de resistência ao impacto verificados na Tab. 11. 
Martêmpera modificada: ocorre em temperatura de banho menor que a 
martêmpera convencional. A velocidade de resfriamento é maior, por isso é melhor 
para aços de baixa endurecibilidade, porém o risco de empenamento é maior. Na Fig. 
70 estão diagramas comparativos entre os tratamentos isotérmicos de martêmpera 
convencional e modificada. 
 
 
 
 
 52 
 
Figura 70 – Diagramas isotérmicos mostrando os tratamentos de martêmpera convencional e 
modificada (11) 
 
Têmpera Superficial: consiste no aquecimento superficial rápido, de modo que 
sua temperatura atinja a zona austenítica, seguindo-se de resfriamento rápido. O 
objetivo principal é a obtenção de alta dureza superficial, resultando numa maior 
resistência ao desgaste, com um núcleo dúctil. 
O aquecimento deve ocorrer de forma muito rápida para produzir uma fronteira 
nítida entre a secção endurecida e o resto da peça, evitando a formação de camadas 
muito profundas que aumentam a probabilidade de empenamento e fissuras (Fig. 71). 
Há vários motivos que justificam a têmpera apenas na superfície, dentre eles 
podem ser citados: 
- peças muito grandes que dificultam, ou encarecem, a têmpera nomal; 
- menor possibilidade de empenamento e fissuras de resfriamento; 
- possibilidade de endurecimento apenas nas áreas desejadas como, por 
exemplo, dentes de engrenagens; 
- melhor precisão dimensional de peças planas; 
- possibilidade de produzir diferentes profundidades de endurecimento em 
diferentes secções da peça; 
- menor investimento; 
- possibilidade de utilização de aços mais econômicos. 
 
Figura 71 – Efeito do tempo de aquecimento na profundidade de endurecimento por têmpera 
superficial (11). 
 53 
Além da alta dureza superficial e resistência ao desgaste, as peças endurecidas 
superficialmente apresentam também uma boa resistência à fadiga. 
Outras vantagens do processo de têmpera superficial são a eliminação de fornos 
de aquecimento, a maior rapidez do processo, a possibilidade de tratamento em locais 
diversos e a menor probabilidade de oxidação e descarbonetação. 
Os processo mais comuns são: 
 
1) Têmpera por chama: o aquecimento é gerado por uma chama resultante da 
combustão de gases, como acetileno, propano, gás natural, etc. (Tab. 12) e o 
resfriamento é realizado por jato de água. 
 
Tabela 12 – Quantidades necessárias de oxigênio e gases combustíveis para aquecer 1 cm3 de 
aço a 815ºC a uma profundidade de 32 mm (11). 
 
 
Existem diversos tipos de queimadores que podem ser adaptados a diferentes 
peças. Os métodos mais usuais são os seguintes: 
- Método estacionário: a peça é aquecida localmente, com subsequente 
resfriamento por jato de água. 
- Método progressivo: é usado em peças grandes. Consiste de um ou mais 
cabeçotes de chama e um dispositivo de resfriamento montados num carro que pode 
se movimentar a uma velocidade regulável. 
- Método giratório: é usado em peças circulares ou semicirculares. A peça é 
girada num plano horizontal ou vertical, tendo sua superfície exposta a ação da chama. 
Após o aquecimento a peça é retirada e resfriada. 
- Método progressivo-giratório: a peça é girada ao mesmo tempo que a chama é 
movimentada de uma extremidade a outra, seguida pelo resfriamento imediato;. 
No endurecimento superficial de peças grandes, quando se deseja uma maior 
profundidade de têmpera, pode-se realizar um pré-aquecimento, conforme o efeito 
pode ser avaliado na Fig. 72. 
Na Fig. 73 estão esquemas representando os três últimos métodos citados. 
 
Figura 72 – Efeito do pré-aquecimento no gradiente de dureza obtido na têmpera por chama de 
uma engrenagem de coroa (11). 
 54 
 
Figura 73 – Representações esquemáticas dos três principais processos de têmpera superficial 
por chama. No lado direito estão os detalhes dos processos (11) e na esquerda estão esboços com o 
sentido das movimentações das peças e da chama (06). 
 
2) Têmpera por indução: O calor de aquecimento é gerado na própria peça por 
indução eletromagnética. Uma corrente alternada flui através de um indutor ou bobina 
de trabalho. Estabelece-se um campo magnético concentrado que induz um potencial 
elétrico na peça envolvida pela bobina e, como a peça representa um circuito fechado, 
a voltagem induzida provoca o fluxo da corrente. A resistência da peça ao fluxo da 
corrente induzida gera o aquecimento por perdas. 
O controle da profundidade de aquecimento é conseguido com as seguintes 
variáveis: 
- forma da bobina, que depende da região a ser temperada (Fig. 74); 
- distância entre a bobina e a peça; 
- taxa de alimentação de força; 
- freqüência; 
- tempo de aquecimento. 
 
Para endurecimento de pouca espessura, geralmente adota-se uma corrente de 
alta freqüência. Freqüências baixas ou intermediárias são aplicadas onde se deseja 
endurecimento mais profundo. 
 
3) Têmpera por laser: o aquecimento da peça é promovido pela absorção de 
parte da energia fornecida por um feixe de laser que é dirigido sobre a sua superfície. 
 
4) Têmpera por feixe eletrônico: um feixe de elétrons é incidido sobre a 
superfície da peça. Os elétrons perdem energia rapidamente, sendo que a maior parte 
desta energia é convertida em calor. 
 
 55 
 
Figura 74 – Formas típicas de bobinas de indução para alta frequência (06).56 
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