Guia de Estudos Tecnologia dos Materiais II

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Reitor 
Prof. Me. Stefano Barra Gazzola 
 
 
Gestão da Educação a Distância 
Prof. Me. Wanderson Gomes de Souza 
 
 
Design Instrucional e Diagramação 
Amanda Alves 
Isabella de Menezes 
 
Revisão Ortográfica / Gramatical 
Olga Tereza Prado Martins 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fabiano Farias de Oliveira 
 
Mestre em Engenharia de Materiais (CEFET-MG). Engenheiro Mecânico, 
Especialista em Matemática Aplicada e Engenharia de Qualidade. Atua como 
professor no Centro Universitário do Sul de Minas, desde o ano de 2006, nos 
Cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia de Produção e Tecnólogo em 
Automação Industrial, na modalidade presencial (GEAT) e a distância (GEAD). 
Atualmente é o responsável técnico pelos Laboratórios: Processos de Soldagem; 
Processos de Fabricação por Usinagem; Hidráulica e Pneumática; Ensaios 
de Materiais (destrutivos); Caracterização e Preparação Metalográfica; 
Tratamentos Térmicos e Analises Micrográficas, dos Cursos de Engenharia 
Mecânica e Engenharia de Produção do Centro Universitário do Sul de Minas 
Gerais – UNIS-MG. 
 
 
 
 
 
 
 
http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4744449Y3 
 
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OLIVEIRA, Fabiano Farias. Guia de Estudo – Tecnologia de Materiais II. 
Varginha: GEaD-UNIS/MG, 2016. 
???. 
1. Processamentos 2. Seleção de Materiais 3. Aplicações 
 
 
 I. Título. 
 
 
 
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EMENTA DA DISCIPLINA __________________________________________________________________ 9 
ORIENTAÇÕES GERAIS DA DISCIPLINA __________________________________________________ 9 
PALAVRAS-CHAVE _________________________________________________________________________ 9 
 
TECNOLOGIA, SOCIEDADE E EDUCAÇÃO: OS NOVOS PARADIGMAS 
EDUCACIONAIS.___________________________________________________________________________ 11 
OBJETIVOS DESTA UNIDADE__________________________________________________________________ 11 
INTRODUÇÃO ______________________________________________________________________________ 11 
1. CONCEPÇÕES PEDAGÓGICAS _____________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.1. O EMPIRISMO _____________________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.2. O APRIORISMO ____________________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.3. O INTERACIONISMO _______________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.4. IMPLICAÇÕES DA TECNOLOGIA NA EDUCAÇÃO E NO PROCESSO DE ENSINO-
APRENDIZAGEM ______________________________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.5. OS MEIOS DE COMUNICAÇÃO E O NOSSO CONHECIMENTOERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
1.1.6. A INFLUÊNCIA DA TECNOLOGIA NA SOCIEDADE MODERNAERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
ATIVIDADES __________________________________________________ ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
 
RESUMINDO____________________________________________ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ______________________ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. 
 
 
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 Prezados Alunos, 
 
 Neste guia (Tecnologia dos Materiais-II) estudaremos os diversos tipos de 
processamentos térmicos e termoquímicos usados na engenharia e as suas 
respectivas finalidades, onde destacaremos os principais cuidados, e definição 
dos parâmetros básicos fundamentais para melhorar as propriedades dos 
materiais. 
 
 Também veremos os principais tipos de materiais aplicados na 
engenharia, onde destacaremos: os aços e suas ligas, os materiais cerâmicos e 
poliméricos, abordando as suas principais aplicações, limitações, técnicas de 
processamentos e principalmente aliando o seu custo x benefício. 
 
 Neste módulo será abordado também os principias mecanismos e 
controle das corrosões, que podem ocorrer nos mais variados tipos de materiais 
usados na engenharia. Destacando os principias tipos de corrosão e as suas 
principais causas e consequências, e as principias técnicas que podem ser 
utilizadas para amenizar estes mecanismos. 
 
 Portanto, para que tenhamos um bom aproveitamento, sugiro que leia 
atentamente cada parte de nosso Guia de Estudo e se possível consulte também 
livros, artigos sobre o assunto e realize cada uma das atividades propostas 
durante o semestre. 
 
 
 Bons estudos! 
 
 Abraços, 
 Profº Me. Fabiano Farias de Oliveira 
 
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Ementa da disciplina 
 
Processamentos Térmicos. Processamentos Termoquímicos. Aços e Ligas 
Especiais. Tecnologia dos Materiais Poliméricos e Cerâmicos. Mecanismos e 
Controle da Corrosão. 
 
 
 
 Orientações gerais da disciplina 
 
Ver Plano de Estudos da disciplina, disponível no ambiente virtual. 
 
 
Palavras-chave 
 
Processamentos, Seleção de Materiais, Aplicações. 
 
 
 
 
 
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Processamentos Térmicos. 
 
 
Objetivos desta unidade 
 
 Conhecer e compreender os principais tipos e técnicas de proces-
samentos térmicos e a sua importância na construção dos materiais. 
 Identificar e compreender os mecanismos que ocorrem durante e após 
os processamentos térmicos. 
 Analisar e compreender as alterações microestruturais e compará-las 
mediante as relações de temperatura, tempo e transformação. 
 
Introdução 
 
 
 Antes de entendermos os principais objetivos e consequências dos 
processamentos térmicos é muito importante saber que os processamentos 
térmicos são responsáveis por assegurarem as propriedades dos materiais, que 
são indispensáveis para um trabalho normal das peças, das máquinas ou das 
ferramentas, além proporcionar segurança e durabilidade das mesmas. 
 
 Portanto, tanto as ligas de ferro carbono (aços, ferros fundidos) como 
algumas ligas de metais não ferrosos (alumínio, cobre, etc) devem ser 
obrigatoriamente submetidas a algum tipo de tratamento térmico. 
 
 
 
 
12 
1.1 - Definição 
 
 Segundo Chiaverini (1986), o tratamento térmico consiste no aquecimento 
das peças até a uma determinada temperatura, conservando esta temperatura 
por um determinado tempo, e em seguida resfriar em um meio refrigerante 
(óleo, água, ar, etc), alterando assim a estrutura dos metais e das ligas metálicas. 
 A sua principal finalidade é fazer com que as propriedades das peças 
tratadas sejam melhoradas em suas propriedades mecânicas (tenacidade e 
dureza, resistência ao desgaste e fácil usinagem), propriedades químicas e físicas 
especiais assim como também eliminar sua tensão. (Callister, 2008). 
 
1.2 - Regime do Tratamento térmico 
 
 Segundo Yoshida (1973), na fabricação das pecas, a operação de 
tratamento térmico é geralmente uma das operações finais e por isto, ao efetuá-
la, é muito importante consultar os manuais dos fabricantes de aço, e controlar 
a temperatura e velocidade de aquecimento, duração da temperatura, duração 
do resfriamento e tipo de refrigerante, conforme representado na figura 1. 
Figura 1: Representação esquemática do regime de tratamento térmicoFonte: Yoshida, 1973. 
 
13 
 
 - Aquecimento das peças tratadas: 
1º - O aquecimento deve ser gradual, e não deve ser 
demasiadamente rápido; 
2º - A peça deve ser aquecidas de maneira uniforme em 
toda a sua dimensão (por todos os lados); 
3º - Durante o aquecimento não deve ser permitido o 
contato direto das peças com a chama; 
4º - Deve-se assegurar que os instrumentos de medições 
de temperatura estejam corretos (confiáveis). 
 
1.3 - Tipos de fornos 
 a) Forno de Câmara a Gás: Neste tipo de forno, as peças são aquecidas por 
contato direto com a chama e com produtos da queima do combustível. 
  Principais Desvantagens: Dificuldades na regulagem de temperatura e 
aquecimento direto da chama com a peça (Impurezas danosas). 
 
Figura 2: Representação esquemática do regime de tratamento térmico.
 
 Fonte: Yoshida, 1973. 
 
14 
b) Forno de Mufla: No forno de mufla (caixa) as peças são aquecidas em um 
compartimento hermeticamente fechado e revestido por ladrilhos refratários, 
onde a transmissão do calor é realizado pelo aquecimento em torno das paredes 
do forno que aquece a peça. 
  Principal vantagem: As peças que estão sendo aquecidas não entram em 
contato direto com a chama. 
 
 Principais Desvantagens: Limitação ao tamanho e formas geométricas das 
peças a serem temperadas e o alto consumo de energia elétrica. 
 
Figura 3: Representação esquemática - Forno de Mufla 
 
 Fonte: Yoshida, 1973. 
 
c) Forno de banho Aquecido Eletricamente 
 
 O forno de banho é um cadinho construído de material refratário e 
revestido de aço inoxidável ao cromo ou aço cromo-níquel. O cadinho é 
carregado de sais, ou metal fundido, dependendo da temperatura de trabalho 
do forno. 
 
15 
 Principal vantagem: As peças são aquecidas de forma mais homogênea e 
rápida e possibilita o aquecimento localizado. 
 
 Principais Desvantagens: Geração de Gases tóxicos; Manutenção mais 
trabalhosa e mais cara; O equipamento requer operador mais qualificado e 
equipamentos e instalações mais complexas. 
Figura 4: Representação esquemática - Forno de banho aquecido 
eletricamente 
 
 Fonte: Yoshida, 1973. 
 1.4 - Velocidade de Aquecimento 
 
 A velocidade do aquecimento do metal durante a operação de tratamento 
térmico depende diretamente do tipo de material a ser tratado, como por 
exemplo: a composição química, condutibilidade calorífica, grau de 
homogeneidade, pureza do material e a forma e dimensões da peça. (Yoshida, 
1973). 
 
16 
 Segundo Chiaverini (1986), o aquecimento deve ser realizado de forma 
lenta e gradual, principalmente em aços com maior teor de carbono, aços com 
mais ligas e peças com formato complexo. 
 
Objetivo: Evitar o aparecimento de grandes tensões 
internas que podem originar a torção e, inclusive, a 
formação de trincas nas peças. 
 
 
 
 1.5 - Transformações de Fases 
 
 As transformações de fases em um metal podem ocorrer por meio de 
difusão (resfriamento mais lento) ou sem a difusão (resfriamento mais rápido), 
ou seja, a maioria das transformações de fases nos estados sólidos não ocorre 
instantaneamente, são dependentes do tempo. (Silva e Mei, 2010). 
 
- Diagrama Temperatura-Tempo-Transformação (Curvas TTT) 
 As funções das curvas TTT são de estabelecer a temperatura e tempo em 
que ocorre uma determinada transformação (somente para transformações a 
temperatura constante). O diagrama abaixo ilustra algumas curvas com vários 
percentuais de finalização para reação de transformação. 
 
Figura 5: Diagrama de transformação TTT (tempo x temperatura x 
transformação) 
 
17 
 
 Fonte: Adaptado Oliveira, 2008 
 
 
Na Figura 6 ilustra os estágios da transformação 
martensítica nas linhas horizontais, onde Ms representa o 
início, e M50 e M90 (50 e 90% da transformação, 
respectivamente). 
 
Figura 6: Curva TTT para aço eutetóide 
 
 Fonte: Adaptado Oliveira, 2007. 
 
18 
 
Na figura 7, apresenta algumas curvas de resfriamento a 
tem-peratura constante, para um Aço Eutetóide, e as 
respectivas Microestruturas formadas para cada um dos 
casos. 
 
Figura 7: Curvas de Resfriamentos e Transformações 
 
 Fonte: Adaptado Oliveira, 2007. 
 
Já na figura 8, apresenta os meios de resfriamento, para 
um aço eutetóide, e as suas possíveis microestruturas que 
podem ser formadas. 
 
Figura 8: Meios de resfriamento x transformação 
 
 
19 
 Fonte: Adaptado Oliveira, 2007. 
 
Onde: 
* Ponto A (Forno) = Perlita Grossa; 
* Ponto B (Ar) = Perlita mais fina (mais dura que a anterior); 
* Ponto C (Ar Soprado) = Perlita mais fina e dura ainda que a anterior; 
* Ponto D (Óleo) = Perlita + Martensita 
* Ponto E (Água) = Martensita 
 
 
 1.6 - Processamentos Térmicos em Materiais Ferrosos 
 
1.6.1 - Têmpera 
 Segundo Shakelford (2008), chama-se têmpera a operação térmica que visa 
aumentar a dureza e a resistência das peças construídas. 
 A operação de têmpera consiste em aquecer o aço até uma temperatura 
acima de linha crítica A3 (temperatura de austenitização), mantendo esta 
temperatura por um determinado tempo (homogeinização), e em seguida esfria-
se (resfriamento brusco) em diferentes meios como (sal, óleo, água, etc). A figura 
9 apresenta a curva de transformação da Martensita para um aço eutetóide. 
 
Figura 9: Curva de Transformação da Martensita (resfriamento brusco) 
 
20 
 
 Fonte: Adaptado, Oliveira, 2007. 
 
 - Microestrutura Obtida após o resfriamento 
 Ocorre a formação de uma microestrutura chamada de Martensita, que é 
uma solução sólida supersaturada de carbono (não se forma por difusão) e 
possui as seguintes características: 
a) Possui características em formas de agulhas; 
b) Apresenta elevada dureza e fragilidade, dureza com cerca de 63-67 HRC; 
c) Adquiri Estrutura Tetragonal Cúbica (fase metaestável); 
d) Devido ao resfriamento brusco, apresenta elevados níveis de tensões internas, 
portanto, é preciso aliviar ou eliminar estas tensões (novo tratamento). 
 
 
Como a martensita não envolve difusão, a sua formação 
ocorre instantaneamente (independente do tempo, por isso 
na curva TTT a mesma corresponde a uma reta). 
 
 
21 
 
Figura 10: Martensita (Plaquetas de martensita em um fundo 
de austenita retida) 
 
 Fonte: Callister, 2008 
 
 Os resultados da operação de têmpera estão diretamente ligados a 
temperatura de operação, velocidade e duração do aquecimento e velocidade 
de resfriamento (meio refrigerante). 
 
 
Um fator importante referente à temperatura de aqueci-
mento das peças, esta ligado diretamente ao tipo de aço e 
principalmente do conteúdo de carbono: 
- Mais Carbono = Menor a velocidade de resfriamento; 
- Menos Carbono = Maior a velocidade de resfriamento. 
 
- Principais cuidados no resfriamento: 
 
 
22 
1º - A quantidade do líquido refrigerante deve ser suficiente para que a 
temperatura mude pouco durante o resfriamento das peças que são 
temperadas; 
2º - Antes de submergir a peça aquecida no meio refrigerante (óleo ou água), é 
necessário misturar este último para igualar a temperatura em todas as camadas; 
3º - Para eliminar a camada de vapor que se forma ao redor da peça quando 
começamos a submergir no líquido refrigerante, impedindo o acesso da 
correntede ar puro, a peça que se tempera deve ser movimentada em diferentes 
direções; 
4º - Todas as peças quando sofrem operação de têmpera, no resfriamento, 
podem: deformar, trincar e empenar, por isto, deve se ter o cuidado ao 
submergir as peças na posição correta (geometria e densidade). 
 
 
Você percebeu que a têmpera é um dos tratamentos 
térmicos mais importantes usados na indústria, e para que 
o processo tenha êxito é necessário ficar atento a todos os 
parâmetros: Tipo de material e composição química, 
temperatura e velocidade de aquecimento, taxa de 
resfriamento (meio refrigerante). 
 
1.6.2 - Revenimento 
 O Revenimento é um processo de tratamento térmico que se emprega 
depois da têmpera, que tem como objetivo aliviar ou remover as tensões 
internas causadas pela têmpera, com o intuito de diminuir a fragilidade e tornar 
o aço mais dúctil e tenaz. (Callister, 2008). 
- Processo de Revenimento: 
 
23 
 O revenimento consiste em aquecer o aço logo após a Têmpera, até uma 
temperatura determinada (abaixo da linha crítica A1), mantendo esta 
temperatura por um determinado tempo, em seguida, resfriando ao ar, óleo, 
água ou outro meio refrigerante. Conforme representado na figura 11. 
 
Figura 11: Alívio de Tensão (Revenimento) 
 
 Fonte: Adaptado, Oliveira, 2007. 
 
- Tipos e Aplicações de Revenimento: 
 
a)Revenido Baixo: São indicados nos tratamentos de peças que não suportam 
cargas de percussão (pancadas-impactos). 
 
Ferramentas cortantes: brocas, fresas, machos de roscar, 
cossinetes, etc. 
 
- Temperatura entre 150º a 230ºC; 
- Diminuí as tensões residuais; 
 
24 
- Dureza entre 55 a 60 HRC; 
- Estrutura: Martensita Revenida (escura, preta, os carbonetos começam a 
precipitar). 
 
b) Revenido Médio: São indicados em peças que serão submetidas a cargas de 
percussão (pancadas). 
 
 
Ferramentas: Talhadeiras, martelos e molas, etc. 
 
- Temperatura entre 230º a 400ºC; 
- Eleva a ductilidade das peças; 
- Dureza ente 35 a 40 HRC; 
- Estrutura: Troostita (os carbonetos continuam a precipitar em forma globular, 
invisível ao microscópio). 
 
c)Revenido Alto: São indicados para peças de máquinas que trabalham sob 
grandes tensões e choques. 
 
Elementos de máquina: engrenagens, eixo de árvore, 
bielas etc. 
 
- Temperatura entre 400 º - 500°C; 
- Eleva mais ainda a ductilidade das peças; 
- Dureza: 20-45 HRC; 
- Estrutura: Sorbita; (os carbonetos crescem em glóbulos, visíveis ao 
microscópio); 
- Temperatura entre 500º a 650ºC; 
- Peças com alta ductilidade; 
 
25 
- Dureza entre menor que 20 HRC; 
- Estrutura: Esferoidita (carbonetos formam partículas globulares). 
 
 
Portanto, o revenimento é um tratamento complementar 
da têmpera (obrigatório) e deve ser sempre realizado 
imediatamente ao final do processo de têmpera. 
 
 
1.6.3 - Processos de Recozimento 
 O recozimento é uma operação de tratamento térmico que consiste em 
aquecer o aço a uma temperatura elevada, mantendo-o a esta temperatura a um 
determinado tempo, e em seguida resfriando-o lentamente dentro do próprio 
forno ou em areia. O resultado do recozimento forma-se uma estrutura estável 
do aço, livre de tensões residuais. (Chiaverini, 1986). 
 
- Objetivos do Recozimento: 
 
1- Remoção de tensões internas devido aos tratamentos mecânicos; 
2- Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade; 
3- Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e ductilidade; 
4- Ajustar o tamanho de grão; 
5- Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas; 
6- Produzir uma microestrutura definida. 
 
Observe que o tratamento térmico de recozimento possue 
objetivos opostos ao tratamento térmico por têmpera, 
então, neste caso é importante rever as diferenças e 
objetivos específicos destes dois tipos de tratamentos. 
 
 
26 
 Segundo Callister (2008), o recozimento pode ser efetuado em 
temperaturas diferentes e pode ser classificados em duas classes: Recozimento 
incompleto e completo. 
 
1.6.3.1- Recozimento Incompleto: 
 Geralmente a temperatura do recozimento deve ser inferior à linha crítica 
A1 (723°C). Os tipos de recozimentos incompletos mais comuns são: 
 
a) Recozimento para Alívio de Tensão (subcrítico) 
 
 Pode ser aplicado em qualquer tipo de liga metálica, e a sua temperatura 
de operação não deve ser superior a linha crítica A1, (600 a 700°C) para que não 
ocorra nenhuma transformação de fase. O resfriamento deve ser lento, para 
evitar os riscos de distorções. (Callister, 2008). 
 
Figura 12: Recozimento para Alívio de Tensões dos Aços 
 
 Fonte: Adaptado, Callister, 2008. 
 
 
27 
 
Objetivo: É remover as de tensões internas originadas de 
processos (mecânicos, soldagem, corte, etc). Se a 
microestrutura original possuir perlita, os tempos de 
recozimento subcríticos serão entre 15 e 25 horas. 
 
 
b) Recozimento para Recristalização 
 Dê acordo com Chiaverini (1986), pode ser aplicado em qualquer tipo de 
liga metálica, e a recristalização tem como objetivo a formação de um novo 
conjunto de grãos livres de deformação causados por uma deformação plástica 
a frio, ou seja, as propriedades mecânicas que foram alteradas pela deformação 
plástica a frio são restauradas, o metal se torna mais macio, menos resistente, 
porém mais dúctil. 
 O processo de recristalização depende tanto da temperatura (não deve 
superior a linha crítica A1, para que não ocorra nenhuma transformação de fase) 
quanto do tempo. 
 
 
A temperatura média usada no processo de recristalização 
(recuperação) é de 450 a 800°C, dependendo do tipo de 
material e deformação plástica realizada a frio, e o 
resfriamento deve ser lento ao ar ou ao forno. 
 
 
Figura 13: Recozimento para recristalização 
 
28 
 
(a) (b) 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
* Na figura 13(a), ilustra a microestrutura de um material policristalino antes da 
deformação plástica (encruamento) e na figura 13(b) a microestrutura de 
material policristalino encruado, observa-se um alongamento dos grãos na 
direção da deformação. 
 
c) Recozimento para Homogeneização 
Geralmente são usados em peças metálicas fundidas, tendo como objetivo 
melhorar a homogeneidade da microestrutura das peças fundidas, e a 
temperatura usada deve ser abaixo da temperatura da linha crítica A1 
(temperatura eutetóide) não podendo haver nenhuma transformação de fase, 
com resfriamento lento ao ar ou ao forno. 
 
1.6.3.2 - Recozimento Completo 
Geralmente são usados usados em aços, a uma temperatura de superior de 20ºC 
a 50ºC a linha crítica A3 (Aços Hipoeutetóides), e entre as linhas ACM e A1 (Aços 
 
29 
Hipereutetóides) como é chamado o ponto crítico (temperatura fundamental na 
estrutura interna do aço). Os tipos de recozimentos completos mais comuns 
são: 
 
a) Recozimento Pleno ou Total 
 
O recozimento pleno é usado geralmente em aços com teores baixos e médios 
de carbono que serão submetidos a usinagem ou que irão experimentar uma 
extensa deformação plástica durante uma operação de conformação, tendo 
como objetivo homegeneizar a estrutura, mudando o tamanho de grão. 
 
A liga é austenitizada pelo aquecimento de 15 a 40ºC acima das linhas A3 (Aços 
Hipoeutetóide) e entre as linhas Acm e A1 (Aços Hipereutetóide) até que seja 
atingida uma condição de equilíbrio (homogeneização). Em seguida a liga é 
resfriada lentamente dentro do próprio forno (resfriamentolento e constante). 
 
Figura 14: Representação esquemática – Recozimento Pleno ou Total. 
 
 Fonte: Adaptado, Callister, 2008. 
 
30 
 
O produto microestrutural desse recozimento é uma 
perlita grosseira, relativamente mole e dúctil. 
 
b) Recozimento Isotérmico ou Cíclico 
 
O recozimento Isotérmico ou Cíclico, também é usado em aços tendo como 
objetivo homogeneizar a estrutura, mudando o tamanho de grão. 
 A diferença do recozimento Cíclico está no resfriamento que é bem mais 
demorado, tornando-o mais caro, a grande vantagem e que permite obter uma 
estrutura final mais homogênea, e o resfriamento é geralmente em banho de 
sais. 
A grande desvantagem do deste processo é para peças de grande volume, 
devido a dificuldade de baixar a temperatura do núcleo da mesma. 
 
1.6.4 - Normalização 
A operação de normalização é uma das variedades do recozimento e diferencia-
se deste em que o esfriamento das peças que são normalizadas efetua-se ao ar 
livre. 
 
 
Geralmente são empregados na operação de normalização 
dos produtos estampados, laminados e forjados, tanto de 
aço ao carbono como de aço liga e também peças 
cementadas. 
 
 
Os objetivos principais da normalização são: 
- Melhorar a microestrutura do aço (solda, estamparia e etc.); 
- Elevar as propriedades mecânicas (operação tratamento térmico). 
 
31 
 
 A normalização é conseguida mediante o aquecimento a uma temperatura de 
aproximadamente 55 a 85ºC acima da linha A3 (Aços Hipoeutetóide) e acima da 
linha Acm (Aços Hipereutóide) que depende do tipo de composição da liga. 
 
Figura 15: Representação esquemática - Normalização. 
 
 Fonte: Adaptado, Callister, 2008 
 
O resultado final após a normalização é um aço com elevado limite de 
tenacidade (resistência ao choque). Em alguns casos (tipos de aço) a 
normalização é uma operação definitiva do tratamento térmico. 
 
Neste momento é muito importante fazer uma breve 
pausa e rever todo o conteúdo já estudado, para fixar todo 
os conceitos básicos e aplicações dos diversos tipos de 
processamentos térmicos até aqui já vistos. 
 
 
 
 
32 
 1.7 - Endurecibilidade 
 
 Segundo Shackelford (2008), a influência da composição da liga sobre a 
habilidade de uma liga de aço em se transformar em martensita para um 
tratamento de têmpera em específico está relacionada a um parâmetro que é 
conhecido por endurecibilidade. 
 
1.7.1 - Ensaio Jominy da extremidade Temperada 
 
 Segundo Callister (2008), o ensaio Jominy é o procedimento padrão mais 
utilizado para determinar a endurecibilidade da extremidade temperada. Com a 
exceção da composição da liga, todos os demais fatores podem influenciar na 
profundidade em que uma peça endurece, isto é: 
 
- Tamanho e a forma da amostra; 
- Tratamento por têmpera. 
 
 O ensaio consiste em um corpo de prova cilíndrico com 25,4 mm de 
diâmetro e 100 mm de comprimento, que é austenitizado a uma temperatura e 
um período de tempo de pré-determinado. Em seguida, a peça é removida do 
forno e rapidamente é montada sobre um suporte, conforme representado 
abaixo na figura 16. 
 
Figura 16: Diagrama esquemático da montagem do Ensaio Jominy 
 
33 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
Para maiores detalhes pesquise: Norma ABNT-Aço-Deter-
minação da temperabilidade “Jominy” - 01.012 – Norma 
NBR 6339 – OUT/1982. 
 
Na extremidade inferior o corpo de prova é resfriado rapidamente mediante a 
ação de um jato de água (tubo de ½”) com vazão e temperatura específicas, 
conforme representado na abaixo na figura 17. 
 
 
Figura 17: Diagrama esquemático para o ensaio Jominy 
 
34 
 
 Fonte: Chiaverini, 2004. 
 
 Dessa forma, a taxa de resfriamento assume um valor máximo na 
extremidade que está sendo temperada, diminuindo em função da posição 
desde esse ponto e ao longo do comprimento do corpo de prova. 
 Após o resfriamento (temperatura ambiente) corta-se se a peça com 
chanfros achatados de 0,4mm de profundidade ao longo do seu comprimento, 
onde são realizadas as medições de dureza, da seguinte forma: 
 As primeiras medições 12,8 mm as leituras de dureza são tiradas em 
intervalos de 1,6 mm (8 medições), enquanto as demais 38,4 as leituras são 
tiradas a cada 3,2 mm (12 medições). Conforme podem ser vistas na figura 18. 
 
Figura 18: Diagrama esquemático para o ensaio Jominy 
 
35 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
Figura 19: Gráfico típico da endurecibilidade de dureza Rockwell C 
em função da distância. 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
Figura 20 - Apresenta os perfis de dureza para as ligas temperadas 
 
36 
 pelo ensaio Jominy. 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
Figura 21: Curvas de Endurecibilidade 
 
 Fonte: Adaptado, Oliveira, 2007. 
 
- Influência do meio de resfriamento, do tamanho e da geometria da peça: 
 
37 
 
a) A taxa de resfriamento depende da taxa de extração de energia térmica, a 
qual, por sua vez, é uma função das características do meio de resfriamento. 
b) Severidade da têmpera é um termo usado com frequência para indicar a taxa 
de resfriamento, que quanto mais rápido for, mais severa será a têmpera. 
c) Meios de resfriamentos: água, óleo, e ar. 
 
Figura 22: Perfis radiais de dureza para amostras cilíndricas de aço 1040 e 
aço 4140 (Temperadas em água moderadamente agitada). 
 
(a) Amostras 1040 e 4140 - (b) 4140 diâmetro de 50mm e 75mm 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 1.8 - Austêmpera 
 Segundo Chiaverini (1986) a autêmpera é um processo de tratamento 
isotérmico, utilizado para a obtenção da Bainita, onde o objetivo principal é a 
obtenção de peças com alta tenacidade e resistência a fadiga, e são aplicados 
somente aços alta temperabilidade. 
 
 
38 
- Processo de Austêmpera 
1º - A peça é aquecida acima da zona crítica, por um determinado tempo 
(Homogeneização ou encharcamento) - Posição 1. (conforme figura 23). 
2º - A peça é resfriada bruscamente em banho de sal fundido entre 260ºC e 
440ºC – Posição 2. 
3º - A peça permanece nessa temperatura por um tempo (até cortar as duas 
curvas, onde desta forma a austenita se transforma em bainita) - Posição 3. 
4º - Em seguida a peça é resfriada ao ar livre - Posição 4. 
Figura 23: Diagrama TTT (Tempo, Temperatura, Transformação) 
 
 Fonte: Adaptado, Oliveira, 2007. 
 
- Austenita: acima de 750ºC; 
- Curva a esquerda (i): início de transformação da Austenita em Perlita ou Bainita; 
- Curva a Direita (f): fim de transformação; 
- Mi: início de transformação da Austenita em Martensita; 
- Mf: Fim de transformação. 
 
39 
 Após os Tratamentos Térmicos: 
- Dureza da Bainita é de aproximadamente 50 HRC (Austêmpera) 
- Dureza da Martensita é de 65 a 67 HRC (Têmpera). 
 Principais Vantagens: 
- Tensões internas Resultantes no processo são muito menores; 
- As peças não sofrem empenamentos. 
 
 
A austêmpera não apresenta bons resultados em peças de 
grandes dimensões (devido ao resfriamento), portanto, 
não é recomendado austêmperar peças maiores de 5 mm 
de espessura para aço carbono e maiores que 25,0 mm de 
espessura para aços ligas. 
 
 
 1.9 - Martêmpera 
Segundo Chiaverini (1986), a martêmpera é um processo de tratamento 
isotérmico, utilizado também para a obtenção da Martensita como na têmpera, 
(obtendo peçascom elevada dureza e resistência), mas tendo como objetivo 
principal de reduzir risco de empenamento de peças. 
 
 
- Processo de Martêmpera 
a) A peça é aquecida acima da zona crítica (A1) para obtenção da Austenita - 
Posição 1 (conforme figura 24). 
b) Em seguida a peça é resfriada em óleo quente ou sal fundido, passando por 2 
etapas: 
 
40 
1ª Etapa - A peça é mergulhada um pouco acima da linha Mi – Posição 2 
(conforme figura 24). 
*Mantêm-se a peça nessa temperatura por um determinada tempo, não 
deixando que ela corte a primeira curva – Posição 3. 
2ª Etapa - Finalmente resfriar a peça ao ar até a temperatura ambiente. - Posição 
4 (conforme figura 24). 
 
Figura 24 - Diagrama TTT ( Tempo, Temperatura, Transformação ) 
 
 Fonte: Adaptado, Oliveira, 2007. 
 
- Características do Processo 
 
 A estrutura Martensítica obtida após a Martêmpera, apresenta-se mais 
uniforme e homogênea (diminuí riscos de trincas); 
 Como na Têmpera, é necessário Revenir a peça logo em seguida; 
 A diferença básica entre Têmpera x Martêmpera difere-se no resfriamento. 
 
 
41 
 
Como na austêmpera a martêmpera também não 
apresenta bons resultados em peças de grandes 
dimensões devido ao resfriamento ser mais lento. 
 
 
 
1.10 - Endurecimento por Precipitação (Envelhecimento) 
 
 Dê acordo com Callister (2008), o processo de endurecimento por 
precipitação tem como objetivo melhorar a resistência e a dureza de algumas 
ligas metálicas (principalmente as ligas não ferrosas) pela formação de partículas 
(precipitados) extremamente pequenas e uniformemente dispersas de uma 
segunda fase no interior da matriz da fase original. (surgindo uma nova fase). 
Este processo pode ser aplicado em ligas de: 
- Alumínio-Cobre; Cobre-Berílio; Cobre-Estanho; Magnésio-Alumínio e algumas 
ligas ferrosas. 
Para que ocorra o endurecimento por precipitação, duas características 
obrigatórias devem ser exibidas pelos diagramas de fases dos sistemas da liga: 
1º - Deve haver uma solubilidade máxima apreciável de um componente no 
outro; 
2º - Deve haver um limite de solubilidade que diminua rapidamente com a 
concentração do componente principal em função de uma redução na 
temperatura. A figura 25 mostra um diagrama de fases hipotético. 
 
42 
Figura 25: Diagrama de fases hipotético para uma liga endurecível 
por precipitação com composição Co. 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
Onde: 
- Ponto M: Corresponde a solubilidade máxima; 
- Os campos das fases α e α + β: Diminui desde essa concentração máxima até 
um teor muito baixo de B em A 
 Segundo Callsiter, (2008), o endurecimento por precipitação é obtido 
mediante dois tratamentos térmicos diferentes, divididos em 2 atapas: 
1ª Etapa: Tratamento Térmico de Solubilização - O objetivo do tratamento 
térmico de solubilização é fazer com que todos os átomos de soluto sejam 
dissolvidos para formar uma solução sólida monofásica. Conforme representado 
na figura 25. 
 
1º) Considere uma liga com composição Co, onde o tratamento consiste em se 
tratar a liga até uma temperatura dentro da fase α, a uma temperatura To, em 
seguida aguardar até que toda a fases β que possa ter estado presente seja 
dissolvida. Nesse ponto, a liga consiste apenas em uma fase α, cuja composição 
é Co. 
 
43 
2º) Em seguida é realizado um resfriamento rápido (Têmpera), até a temperatura 
T1 , a qual para muitas ligas é a temperatura ambiente, com o objetivo de 
prevenir qualquer formação de fração da fase β. 
Resultado: Haverá uma situação de ausência de equilíbrio, onde somente a 
solução sólida na fase α, supersaturada com átomos de B, que estará mole e 
fraca. (permanecendo por longos períodos de tempo, na temperatura T1). 
2ª Etapa: Tratamento Térmico de Precipitação - O objetivo principal do 
tratamento térmico de precipitação é o endurecimento do material. 
A solução sólida α supersaturada (originada da 1ª etapa) é normalmente é 
aquecida até uma temperatura intermediária T2 (figura 16), que esta dentro da 
região bifásica α + β, cuja temperatura as taxas de difusão se tornam 
apreciáveis. 
 A fase β precipitada começa a se formar na forma de partículas finamente 
dispersas com composição Cβ. (processo também conhecido por 
envelhecimento). 
Após um determinado tempo (envelhecimento) à temperatura T2, a liga é 
resfriada até a temperatura ambiente (taxa de resfriamento aleatório). 
 
Figura 26: Representação esquemática da temperatura em função do tempo 
para o tratamento térmico de precipitação. 
 
44 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
“Portanto a resistência e a dureza da liga dependem tanto 
da temperatura de precipitação T2 como do tempo de 
envelhecimento a essa temperatura.” 
 
Para reduzirmos esta dureza após o envelhecimento, basta prolongar o período 
de tempo do envelhecimento, no qual chamamos de Superenvelhecimento. 
(Conforme figura 27). 
 
Figura 27: Diagrama esquemático mostrando a resistência e a dureza como 
função do logaritmo do tempo de envelhecimento. 
 
 
45 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
Prezados alunos, para enriquecer e aprofundar seus 
conhecimentos sobre os tratamentos térmicos, sugiro que 
pesquisem outras fontes de pesquisas (artigos, apostilas, 
sites específicos, além das referências bibliográficas 
básicas e complementares que estão no final deste guia). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
Processamentos Termoquímicos. 
 
 
Objetivos desta unidade 
 
 Conhecer e compreender as principais técnicas de processamentos 
termoquímicos e a sua importância na construção dos materiais. 
 Identificar as principais características dos processos e as suas aplicações 
cotiadianas. 
 Analisar e descrever os princípios dos tratamentos termoquímicos e 
compreender as suas alterações microestruturais. 
 
Introdução 
 
Ao contrário dos processamentos térmicos que visam melhorar as propriedades 
dos materiais como um todo. Os processamentos termoquímicos visam 
melhorar as propriedades dos materiais apenas a nível superficial, ou seja, 
tratando apenas a superfície, por meio pinturas, tratamentos anti-corrosivos 
(cromação, zincagem) ou aumentando as propriedades mecânicas em relação a 
dureza superficial. 
Portanto, os tratamentos termoquímicos que serão discutidos neste módulo, 
serão os tratamentos que visam melhorar apenas dureza superficial não 
alterando as propriedades internas no material (núcleo), melhorando assim as 
condições de trabalho de peças que são submetidos ao atrito (desgaste) e que 
consequentemente reduzem a sua vida útil. 
 
 
 
47 
 
 2.1 – Definição 
 
 Segundo Chiaverini (1986), são tratamentos superficiais mais comumente 
aplicados nos aços, pela modificação parcial de sua composição química e 
aplicação simultânea de um tratamento térmico, tendo como objetivo principal 
aumentar a dureza e a resistência do material ao desgaste de sua superfície, ao 
mesmo tempo manter o núcleo dúctil e tenaz. 
 
 
As aplicações mais comuns são em engrenagens, eixos 
deslizantes, ferramentas de corte e etc. 
 
 
 
 2.4 - Tipos de Tratamentos Superficiais 
 
2.4.1 - Processo de Cementação - Sólida 
 
 Consiste na introdução de carbono na superfície em aços de baixo carbono, 
(com até 0,25%p de carbono). Podendo atingir até 1% de carbono a uma 
determinada profundidade. A temperatura de trabalho para cementação deve 
ser acima dazona crítica entre 900 e 950ºC, para a austenita absorver e dissolver 
carbono. 
 
- Descrição do Processo: 
 
1º - A peça é colocada em uma caixa de aço contendo substâncias ricas em 
carbono (carvão de lenha, carbonato de cálcio, óleo comum, carbonato de bário 
e etc). 
 
 
48 
2º - A caixa é elevada ao forno a uma temperatura entre 900 a 950ºC, durante o 
tempo necessário para a obtenção da camada desejada (entre 0,3mm a 2mm). 
 
3º - Submete-se a peça a Têmpera para que ela adquira dureza. 
 
Figura 1 – Representação esquemática - Cementação Sólida (caixa) 
 
 Fonte: SENAI-SP,1999. 
 
 
NOTA: Antes da cementação o aço deve ser normalizado e 
usinado. 
 
 
- Reações químicas fundamentais: 
 
a) O carbono reage e combina com o oxigênio do ar: 
 
 C + O2  Co2 
 
b) O Co2 reage com o carbono do Carvão incandescente: 
 
 Co2 + C  2Co 
 
49 
c) O Co reage, por sua vez com o ferro do aço: 
 
 3Fe + 2Co  Fe3C + Co2 
 
d) O Co2 originado reage novamente com C do carvão incandescente e assim 
em seguida com os ativadores (carbonato de sódio, carbonato de potássio, 
carbonato de Bário e etc). 
Figura 2: Relação Espessura da Camada (mm) x Tempo de permanência (h) 
 
 Fonte: SENAI-SP,1999. 
 
- Principais Vantagens: 
 
a) Processo mais simples; 
b) Custo Reduzido; 
c) Não existe atmosfera Protetora; 
d) Não requer um operador muito experiente; 
e) Reduz Risco de Empenamentos (Misturas Carborizantes Sólidas e etc.) 
 
 
50 
- Principais Desvantagens: 
 
a) Processo não é Limpo; 
b) Não é recomendado para obtenção de camadas muito finas; 
c) Não permite um controle rigoroso do teor de carbono; 
d) Não é indicado para Têmpera direta (somente no ar – Simples); 
e) Processo Tóxico. 
 
 
Devido as suas inúmeras vantagens x desvantagens da 
cementação em caixa, será que esta técnica pode ser 
recomendada em aplicações mais rigorosas? 
 
 
2.4.2 - Processo de Cementação gasosa: 
 
 Neste processo, a substância carbonácea é uma atmosfera gasosa, como 
CO, gases derivados de hidrocarbonetos (gás natural, Propano, etano, butano e 
etc.). Neste tipo de processo o Propano e o gás mais comumente utilizado. 
 
- Principais Vantagens: 
a) Processo mais limpo; 
b) Mais e eficiente maior controle do teor de carbono e espessura da camada; 
c) Peças com maior uniformidade (qualidade); 
d) Economia de energia. 
 
- Principais Desvantagens: 
 a) Reações são mais complexas; 
 b) Instalações mais onerosas; 
 c) Aparelhagem mais complexa de controle e segurança. 
 
51 
2.4.3 - Processo de Cementação Líquida 
 
 Ao contrário dos processos de cementação em caixa ou em gás, neste 
processo o meio carburante é um sal fundido dentro de um forno de banho 
líquido aquecido, Conforme representado pela figura 3. 
 
Figura 3: Representação esquemática da Cementação Líquida 
 
 Fonte: SENAI-SP,1999. 
- Descrição do processo: 
1° - A temperatura dos sais fundidos deve ser entre 930°C a 950°C; 
2° - A peça deve ser pré-aquecida em torno de 400°C (eliminar água e choque 
Térmico); 
3° - Em seguida mergulhadas no banho de sal fundido; 
4° - As peças são resfriadas em salmoura com 10 a 15% de cloreto de sódio 
(ClNa) , ou em óleo de têmpera. 
 
 
52 
Tabela 1: Composição de banhos de sal usados na cementação líquida 
Constituinte 
Composição do Banho % 
Baixa Temperatura 
(840º a 900º) 
(Camada: espessura 
pequena) 
Alta Temperatura 
(900º a 955ºC) 
(Camada: espessura 
grande) 
Cianeto de Sódio 10 a 23 6 a 16 
Cloreto de Bário 0 a 40 30 a 35 
Cloreto de Potássio 0 a 25 0 a 20 
Cloreto de Sódio 20 a 40 0 a 20 
Carbonato de Sódio 30 máx. 30 máx. 
Cianato de Sódio 1 máx. 0,5 máx. 
Outros sais alcalinos 0 a 10 0 a 10 
Aceleradores: compostos 
de metais alcalinos fer-
rosos 
0 a 5 0 a 2 
Fonte: Adaptado, Chiaverini, 1986. 
 
- Principais Vantagens: 
 
a) A cementação líquida é rápida e limpa; 
b) Permite maiores profundidades de cementação; 
c) Protege com mais eficiência as peças contra a corrosão e descarbonetação; 
d) Elimina a praticamente o empenamento das peças; 
e) Possibilita melhor controle do teor de carbono; 
f) Permite Cementação localizada. 
 
53 
- Principais Desvantagens: 
 
a) Exigem sistemas de exaustão de Gases (cianeto); 
b) O banho de sal deve ser protegido com uma cobertura (adição de grafita de 
baixo teor em sílica no banho fundido). 
 
 
Façamos agora uma pequena pausa, para revisarmos os 
conceitos básicos sobre os processos de cementação, suas 
aplicações e limitações. 
 
 
- Tratamentos Térmicos da Cementação: 
 
 Segundo Chiaverini, o tratamento térmico responsável pelo 
endurecimento superficial do material após a cementação deverá ser a 
têmpera, que pode ser realizada de três formas, dependo da aplicação. 
 
a)Têmpera Direta: Consiste em temperar imediatamente após a cementação. 
É usada para aços de granulação fina (peças cementadas em banho de sal); 
b)Têmpera Simples: Após a cementação o aço é resfriado ao ar, e em seguida 
é aquecido novamente e temperado. É usado para se obter um núcleo mais 
resistente e tenaz; 
c) Têmpera Dupla: Consiste em 2 têmperas (indicada para se obter aços com 
boa tenacidade e dureza Superficial) 
1ª - Aquece o material acima de A3 para atingir o núcleo; 
2ª - Logo acima de A1 para atingir a camada cementada. 
 
 
54 
 
Vale ressaltar que o material cementado antes da têmpera 
apresenta 2 seções distintas: 
a) Material cementado (camada cementada); 
b) Material não cementado (núcleo). 
 
 
2.4.4 - Processo de Nitretação 
 Segundo Chiaverini (1986), neste tratamento termoquímico, o 
endurecimento superficial é promovido pelo Nitrogênio. Os Aços mais indicados 
para o tratamento são os “NITRALLOY STELL” (cromo, molibdênio, alumínio e um 
pouco de níquel). 
 
 A Nitretação geralmente é realizada após a têmpera e revenimento (Reduz 
empenamento). São geralmente aplicados em peças que trabalham em atrito 
constante. 
 
 
Nitretação em Girabrequim, camisas dos cilindros, Rotores 
e etc. 
 
 
- Principais objetivos: 
 
- Obter peças com superfícies de maior dureza, resistente ao desgaste; 
- Melhorar a Resistência à Fadiga; 
- Melhorar a Resistência à Corrosão; 
- Melhorar a Resistência ao calor até a temperatura equivalente à da Nitretação. 
 
 
55 
- Descrição do Processo 
 
Qualquer que seja o método de Nitretação, a temperatura de operação do 
processo é sempre abaixo a temperatura inferior à linha A1, onde a nitretação se 
difunde e produz 2 camadas características: 
1ª Camada: 
- Camada superficial inicial muito fina (Micrografia - cor branca). 
- Sua espessura é muito pequena (25 microns = 0,025 mm). 
- Não possui alta dureza, mas apresenta boa resistência ao engripamento e a 
corrosão. 
2ª Camada: 
- Camada superficial formada abaixo da 1ª camada (Micrografia de cor escura), 
constituída de nitreto de ferro, nitretos dos elementos de liga presentes e de 
compostos de Fe-C-N. (Possuí alta dureza). 
A figura 4, mostra o efeito da nitretação em relação a espessura da camada 
nitretada e dureza, que varia em função do tipo de aço e dos elementos de ligas 
presentes. 
 
Figura 4: Efeito da Nitretação em aços diferentes
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
56 
- Tipos de Processos deNitretação: 
 Os processos de Nitretação promovido pelo nitrogênio para o 
endurecimento superficial dos aços podem realizados de duas maneiras: 
 
a) Nitretação a Gás 
 
 O meio nitretante nesse processo é Amônia anidra que em sob a uma 
temperatura de 500ºC a 570ºC, se decompõe originando o Nitrogênio. 
2NH3  2N + 3H2 
 
 
A principal desvantagem da nitretação a gás é que o processo 
é muito lento (o tempo varia entre 48 a 72 h). 
 
 
Figura 6: Mostra Efeito do tempo de nitretação a gás sobre a espessura 
da camada nitretada. 
 
 Fonte: Chiaverini, 1986. 
 
57 
- Descrição do Processo: 
 
1º) Estágio a Temperatura ideal para o processo é de 500ºC a 530ºC e o tempo 
de duração é de 40 a 90 horas; 
2º) Estágio a temperatura pode ser a mesma ou pode ser elevada para a faixa de 
550ºC a 565ºC (usada para reduzir a 1ª camada). 
 
b) Nitretação Líquida ou Nitretação Tenaz: 
 
- Neste processo, as peças são mergulhadas em um meio Nitretante com uma 
mistura de sais Fundido. 
- A temperatura do processo utilizado (banho de sais fundido) é de 500ºC a 
580ºC, e o tempo é de 2 a 3 horas. 
- Possibilita Nitretação de qualquer aço (inclusive o aço carbono de baixo teor e 
aço Rápido). 
- Também obtém camadas de boa resistência à Fadiga e com menores 
tendências ao engripamento. 
 
- Exemplos de alguns banhos comerciais para nitretação líquida: 
a) Sais de Sódio (na proporção de 60% a 75% em peso da mistura): 95,6% 
NaCN - 2,5% Na2CO3 e 0,5% NaCNO. 
 
b) Sais de Potássio (na proporção de 30% a 40% em peso de Mistura): 96,0%KCN 
- 0,6% K2CO3 - 0,75% KCNO e 0,5% KCL. 
 
 
58 
Figura 7: Profundidade de Nitretação líquida x Horas (570ºC) 
 
 Fonte: Chiaverini, 1986. 
 
Figura 8: Efeito da Nitretação líquida na resistência ao desgaste com aço de 
0,15%C nitretado x com o aço não nitretado. 
 
 Fonte: Chiaverini, 1986 
 
59 
 
Figura 9: Efeito da Nitretação líquida x Nitretação a gás em relação a 
resistência a flexão alternada 
 
 Fonte: Chiaverini, 1986. 
 
 
Prezados alunos, para saber mais detalhes sobre 
tratamentos termoquímicos, procure outras fontes de 
pesquisas, principalmente nas referências básicas e 
complementares que se encontram no final do guia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
60 
Aços e ligas especiais 
 
 
Objetivos desta unidade 
 
 Conhecer e identificar os diversos tipos de ligas ferrosas em função de 
sua composição de carbono. 
 Compreender as funções de cada liga e os seus benefícios sobre as 
características mecânicas dos materiais 
 Analisar e selecionar o tipo de liga adequada em função de sua aplicação 
tecnológica (custo x benefício). 
 
 
Introdução 
 
 Segundo Shackelford (2008), cerca de 90% de peso de materiais 
metálicos usados nos dias de hoje em projetos de engenharia, são de origem 
ferrosa (aços e ferros fundidos), estas ligas apresentam excelentes propriedades 
mecânicas, e por isto são muito utilizadas em aplicações onde a exigência é 
suportar as cargas estruturais ou de transmissão de energia. Estas ligas ferrosas 
são divididas em duas categorias baseadas na quantidade de carbono 
apresentada pela liga, ou seja, cerca 0,05 a 2,1%p de carbono, nas quais são 
chamadas de aço e entre 2,1 a 4,5%p carbono, chamadas de ferros fundidos. 
 
 
 
 
61 
 3.1 - Classificação dos Aços 
 
 Segundo Silva e Mei (2010), os aços podem ser definidos como ligas 
compostas de Fe-C, onde o carbono pode variar entre 0,008 a 2,1% p, e em 
alguns casos também podem conter outros tipos de ligas adicionadas em sua 
composição. Basicamente os aços podem ser classificados em: 
 
3.1.1 - Aços-Carbono 
 
 São aços que possuem apenas ligas de ferro e carbono, não podendo 
conter mais de 1,65% de Mn, 0,30% de Si, 0,040% P e 0,050% S e impurezas 
(residuais) decorrentes dos processos de fabricação. Chiaverini, (1986). 
Estes tipos de aços são de custos mais acessíveis (baratos) e geralmente são 
aplicados em uso geral, principalmente em situações onde os riscos são 
menores, ou seja, onde os mesmos não serão exigidos mecânica. A tabela 1 
apresenta alguns tipos de aços carbonos e suas composições químicas, 
conforme normas SAE e AISI. 
 Tabela 1: Composição química de alguns aços carbono em % peso 
SAE-AISI C Mn SAE-ISI C Mn 
1005 0,06 máx. 0,35 máx. 1050 0,48 – 0,55 0,60 – 0,90 
1010 0,08 – 0,13 0,30 – 0,60 1055 0,50 – 0,60 0,60 – 0,90 
1015 0,13 – 0,18 0,30 – 0,60 1060 0,55 - 065 0,60 – 0,90 
1020 0,18 – 0,23 0,30 – 0,60 1065 0,60 - 070 0,60 – 0,90 
1025 0,22 – 0,28 0,30 – 0,60 1070 0,65 – 0,75 0,60 – 0,90 
1030 0,28 – 0,34 0,60 – 0,90 1075 0,70 – 0,80 0,40 – 0,70 
1035 0,32 – 0,38 0,60 – 0,90 1080 0,75 – 0,88 0,60 – 0,90 
 
62 
1040 0,37 – 0,44 0,60 – 0,90 1085 0,80 – 0,93 0,70 – 100 
1045 0,43 – 0,50 0,60 – 0,90 1090 0,85 – 0,98 0,60 – 0,90 
Fonte: O autor 
 
 
Mais detalhes sobre de especificação dos aços, consulte as 
normas: 
SAE = Society of Automotive Engineers - EUA 
AISI = American Iron and Steel Institute - EUA 
 
 
Os aços carbono também podem ser classificados em função da sua 
porcentagem de carbono e dureza, conforme tabela 2. 
 
Tabela 2: Classificação dos aços em função do teor de 
carbono e dureza 
Tipo de Aço: %p de Carbono: Quantidade carbono: 
Aço Extra-doce >0,15% Baixo 
Aço-doce 0,15 a 0,30% Baixo 
Aço Meio duro 0,30 a 050% Médio 
Aço duro 0,50 a 1,40% Médio-Alto 
Aço Extra duro < 1,40% Muito alto 
Fonte: O Autor 
 
 
Geralmente, aços acima de 1,5% C, não são fabricados 
usualmente ou comercialmente, com algumas exceções. 
 
 
63 
3.1.2 - Aços-Ligas ou aços especiais 
 
Segundo Silva e Mei (2010), os aços-ligas ou também conhecidos por aços 
especiais, são aqueles que possuem além das ligas de ferro e carbono, outras 
ligas capazes de alterar as propriedades de um aço-carbono comum. Estas 
adições podem variar de milésimos a décimos % (baixas adições) ou até mesmo 
20% ou mais (altas adições), e geralmente são subdivididos em duas categorias. 
Estas adições podem influenciar diretamente nos Aços: 
a) Altera as fases ou constituintes presentes em equilíbrio; 
b) Altera a maneira e velocidade com que estas fases se formam; 
c) Pode alterar as próprias características das fases presentes (complexo). 
 
 Tabela 3 - Classificação dos Aços-Carbono e Aços-Liga 
Tipo SAE 
Aços Carbono 1 XXX 
Simples (Mn = 1,00% máx. 10XX 
Ressulfurado 11XX 
Ressulfurado e Refosforado 12XX 
Com Adição de Nb 14XX 
Simples (Mn > 1,00%) 15XX 
Aços-Manganês 13XX 
Aços-Níquel 2XXX 
Aços-Níquel-Cromo 3XXX 
Aços com Molibdênio 4XXX 
Aços-Cromo 5XXX 
 
64 
Aços-Cromo-Vanádio 6XXX 
Aços-Tungstênio-Cromo 7XXX 
Aços-Níquel-Cromo-Molibdênio 8XXX 
Aços-Níquel-Cromo-Molibdênio 93XX - 94XX - 97XX - 98 XX 
Aços-Silício-Manganês 92XX 
Aços com boro XXBXX 
Aços com Chumbo XXLXX 
Fonte: O Autor 
 
Em relação a quantidade de ligas presente nos aços 
especiais, eles podem ser classificados: 
- Aços de baixa liga = até 10% de elementos de liga. 
- Aços de alta liga = mais de 10% de elementos de liga. 
 
3.1.2.1 - Elementos estabilizadores da Austenita e Ferrita 
a) Os elementos estabilizadores da austenita, como o manganês e o níquel, 
diminuem a temperatura eutetóide. 
b) já os elementos estabilizadores da ferrita como o molibdênio, o cromo ou 
silício, elevam a temperatura eutetóide. 
 
3.1.2.2 - Descrição do Efeito de cada elemento de Liga 
 
a)Elementos Formadoresde Carbonetos: Quando em presença de teores não 
muito baixos de carbonos, formam elementos compostos com o Carbono. 
Ex: Ti, Nb, V, Ta, W, Mo, Cr e Mn 
 
65 
b)Elementos não Formadores de Carbonetos: Os seguintes elementos exibem 
uma tendência bem menor de formação de carbonetos: 
Ex: Si, Al, Cu, Ni, Co, P e Zr 
 
c)Elementos Formadores de Nitreto: Alumínio, Silício e boro 
 
d)Elementos Formadores de Carbonitretos: Cromo, Vanádio, Nióbio e Titânio. 
  Propriedade da Ferrita: Os elementos de liga adicionados ao aço podem 
aumentar a dureza da ferrita por solução sólida ou pela precipitação de 
carbonetos, nitretos, carbonitretos etc. 
 Propriedades da Perlita: Os elementos de liga dissolvidos na austenita 
podem atrasar a nucleação como o crescimento da Perlita. O atraso tanto na 
formação da Ferrita como da perlita, aumenta a temperabilidade dos aços. 
 
3.1.2.3 - Efeitos de alguns elementos de Liga: 
 
- Carbono: Acima 0,8%p eleva a transição dúctil-frágil (diminui a tenacidade); 
- Manganês: Até 1.5%, abaixa transição dúctil-frágil (aumenta a tenacidade); 
- Enxofre: Até 0,040%, não tem efeito na tenacidade de aços trabalhados, mas 
acima deste valor fragiliza o aço, também fornece um aumento ligeiro da 
resistência à corrosão dos aços em ambientes ácidos. 
- Fósforo: Atè 0,05% não tem efeito sobre a tenacidade dos aços, mas acima 
deste limite diminui a tenacidade do aço (agindo com elemento altamente 
endurecedor da ferrita) fragilizando o material; 
- Silício: De 0,15% a 0,30%, (aumenta a tenacidade), acima de 0,30%, ocorre o 
inverso (diminui a tenacidade); 
 
66 
 - Cromo: Tem pouco efeito sobre a tenacidade, aumenta a temperabilidade do 
aço a resistência mecânica e a resistência à corrosão; 
 - Níquel: Aumenta a tenacidade. Aumenta a resistência à tração sem apreciável 
decréscimo do alongamento e da estricção. Favorece um meio de resfriamento 
de têmpera mais brando; 
- Molibdênio: Até 0.40% (diminui a tenacidade), intensifica as propriedades 
melhoradas pelos outros elementos (manganês, cromo e níquel) aumenta a 
ductilidade e a tenacidade; dá maior temperabilidade, especialmente quando o 
cromo está presente; dá maior usinabilidade com maior dureza; 
- Vanádio e Titânio: Tem efeito análogo ao molibdênio. (Titânio <0,03% é 
desoxidante) (Vanádio ajuda a refinar os grãos devido a formação de carboneto 
e nitreto de vanádio, assim como o nióbio que ainda mais eficiente); 
 - Boro: Diminui a tenacidade, aumenta a temperabilidade; 
- Cobre: Quando não causa endurecimento por precipitação, é útil para o 
aumento da tenacidade; 
- Alumínio: Como desoxidante ou não, é benéfico para a tenacidade dos aços 
de médio carbono; 
- Hidrogênio: É o elemento mais prejudicial à tenacidade. Para combater a 
fragilização por hidrogênio, usam-se combinações de Cr-V, Cr-Al-Mo, Ti-Cr-Mo 
ou elementos formadores de carboneto, como tungstênio, molibdênio, vanádio, 
titânio, nióbio, tântalo, zircônio ou tório; 
 
 
Portanto, como se pode observar acima, os elementos de 
ligas são adicionados propositalmente para que os 
materiais possam adquirir propriedades específicas. 
 
3.3 - Principais Vantagens e Desvantagens de uma Aço-Liga x Aço-Carbono. 
 
 
67 
a) Principais Vantagens: 
1ª - Maior Temperabilidade; 
2ª - Menor distorção e trincas após tratamento térmico de Têmpera; 
3ª - Maior alívio de tensão para se atingir uma determinada dureza do material; 
4ª - Menor crescimento do grão (na maioria dos casos); 
5ª - Maior elasticidade (escoamento mais alto); 
6ª - Maior Resistência à Fadiga; 
7ª - Maior Resistência Mecânica em alta temperatura; 
8ª – Maior Resistência a Corrosão; 
9ª - Maior usinabilidade com maior dureza (na maioria dos casos); 
10ª - Maior ductilidade com maior resistência Mecânica. 
 
b) Principais Desvantagens: 
1ª - Custos são mais altos; 
2ª - Tratamentos Térmicos mais complexos; 
3ª - Tendência à formação de austenita retida; 
4ª - Fragilidade ao revenimento em certos aços-ligas. 
 
3.4 - Aplicação do Aço Liga 
De uma maneira geral, o desenvolvimento e a fabricação dos aços ligas 
dependem: 
1º - Onde o aço vai ser utilizado; 
2º - Quais esforços Mecânicos que ele vai ser submetido; 
3º - Qual ambiente ela vai ser utilizado. 
Portanto, segundo Villares (1998), em relação a aplicação dos aços ligas, eles são 
desenvolvidos e comercializados de acordo com a sua a Utilização: 
 
68 
a) Aços para Beneficiamento: Os aços para beneficiamento também são 
usados para construção mecânica e se caracterizam por teor de carbono 
geralmente situado acima de 0,25% , podendo ser ligados ou não. 
EX:VM-40 (0,38-0,40%C - Máx. 0,035%P - 0,15-0,35%Si - 0,70-0,90%Cr - 1,65-
2,0%Ni - 0,20-0,30%Mo. 
 
São empregados na fabricação de peças que requerem 
uma boa combinação de resistência e tenacidade, com 
valores relativamente uniformes em toda seção ou até a 
certa profundidade (Têmpera e Revenimento). 
 
b) Aços para Cementação: Os aços para cementação incluem-se entre os aços 
para construção mecânica, por um baixo teor de carbono, geralmente até 0,25% 
e podem conter ou não elementos de liga. 
EX: VM-20 (0,17-0,22%C - 0,20-0,35%Si - 0,40-0,60%Cr - 1,65-2,0% Ni - 
0,20-0,30%Mo) 
 
 
São usados em situações onde é necessário uma elevada 
dureza externa e uma boa ductilidade na parte 
interna. 
 
c) Aços para Trabalho a Quente: Os aços para trabalho a quente são aços que 
se destinam à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento à quente 
do aço. 
EX: VCM (0,32%C - 2,90%Cr - 0,50%Mo) 
 
 
São usados na fabricação de Matrizes, punções refrigera-
das a água, punções para forjamento de parafusos, por-
cas, rebites, ferramentas para fundição, etc. 
 
69 
 Características principais: Alta resistência ao revenimento, elevada resistên-
cia Mecânica a quente, boa Tenacidade, grande resistência a abrasão em 
temperaturas elevadas, boa Condutividade Térmica, elevada resistência a fadiga 
e boa resistência a formação de trincas térmicas. 
* Estas características são obtidas pela adição das ligas: Cromo, Molibdênio, 
Vanádio, Tungstênio, Níquel, e por tratamentos térmicos adequados. 
 
d)Aços para Trabalho a Frio: São aços destinados à fabricação de ferramentas 
utilizadas no processamento a frio de aço. Para utilização como: Corte, 
dobramento, estamparia, cunhagem, extrusão, trefilação de aços e etc. 
Ex: VC-131 - (2,1%C - 11,5%Cr - 0,7%W - 0,2%V) 
 VND - (0,95%C - 0,50%Cr - 0,50%W - 0,12%V - 1,25%MN) 
 
 São usados na fabricação de peças e ferramentas para: 
Corte, dobramento, estamparia, cunhagem, extrusão, 
trefilação de aços, etc. 
 
 Características principais: Alta resistência a abrasão (atrito), elevada 
retenção de corte (qualidade de corte), alta Tenacidade, alta resistência ao 
choque (impacto) e grande estabilidade dimensional (deformação na têmpera). 
 
e) Aços inoxidáveis: Os aços inoxidáveis são caracterizados pela resistência à 
corrosão superior aos outros aços, basicamente devido a altas concentrações de 
ligas como principalmente o cromo e níquel (aços de alta liga). Embora sua 
denominação não seja totalmente correta, porque na realidade estes tipos de 
aços são passíveis de oxidação em determinadas circunstâncias. (Callister, 2008). 
 
 
 
 
70 
- Classificação dos Aços Inoxidáveis: 
 
a) Aços Inoxidáveis Martensíticos: São aços temperáveis (cromo de 4 a 18% de 
cromo com níquel entre 0,50 a 2,5%) e são Ferromagnéticos. 
 
 Cutelaria; instrumentos cirúrgicos como bisturi e pinças; 
facas de corte; discos de freio especiais, moldes paraplásticos e vidro, etc. 
 
- Alguns tipos de Aços Inoxidáveis Martensiticos: 
*VC-140 (0,10%C - 12%Cr) 
Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 410 - AISI 410. 
*VC-150 (0,35%C - 13%Cr) 
Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 420 - AISI 420 
*V-416 (0,15%C Máx - 1,10%Mn - 13%Cr - 0,15%S) 
 Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 416 - AISI 420 
 
b) Aços Inoxidáveis Ferríticos: São aços de resistência mecânica mais baixa 
(principalmente em altas temperaturas) e não são temperáveis (podem conter de 
11,5 até 27% de cromo). Não pode ser endurecido termicamente, são 
resistentes à corrosão, e também mais barato por não conter níquel. 
 
 
Eletrodomésticos (fogões, micro-ondas, geladeiras, etc) 
balcões frigoríficos, moedas, indústria automobilítica, 
talheres, sinalização visual (placas de sinalização). 
 
- Alguns tipos de Aços Inoxidáveis Ferríticos: 
* Tipo 405 (0,08%C Máx – 11,5-14,5%Cr – 1,0%Mn e Si Máx) 
 Similar: AISI-ABNT 560. 
 
71 
 * Tipo-405 430 (0,12%C Máx - 16-18%Cr - 1,0%Mn e Si Máx) 
 Similar: AISI-ABNT 5601. 
c) Aços Inoxidáveis Austeníticos: Possuem alto teor de níquel dificultando a 
formação da martensita (lenta), ou seja, não se forma a martensita. (cromo de 16 
a 26% e níquel de 3,5 a 38%). 
 
 
São aplicados em equipamentos para indústria química e 
petroquímica; equipamentos para indústria alimentícia e 
farmacêutica; Construção civil; baixelas, utensílios 
domésticos e peças para fornos industriais. 
 
- Alguns Aços Inoxidáveis Austeníticos: 
 
*V-302 (0,15%C Máx – 17,5%Cr – 8,3%Ni) 
Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 302 AISI 302(não magnético-pouca ferrita). 
*V-303 (0,15%C Máx – 17,5%Cr – 8,5%Ni - 0,15%S Min) 
Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 303 AISI 303 (não magnético-pouca ferrita; fácil 
usinabilidade). 
*V-304L (0,03%C Máx – 19%Cr – 10%Ni) 
Similares: ABNT NBR 5601 Tipo 304L AISI 304L (não magnético-pouca ferrita) 
 
- Principais propriedades dos aços inoxidáveis: 
a) Alta resistência à corrosão, 
b) Resistência mecânica adequada, 
c) Facilidade de limpeza/Baixa rugosidade superficial, 
d) Aparência higiênica, 
e) Facilidade de conformação, 
f) Facilidade de união, 
 
72 
g)Resistência a altas temperaturas, resistência a temperaturas criogênicas 
(abaixo de 0°C), 
h) Resistência às variações bruscas de temperatura, 
i) Acabamentos superficiais e formas variadas, 
j) Forte apelo visual (modernidade, leveza e prestígio), 
k) Relação custo/benefício favorável, 
l) Baixo custo de manutenção, 
m) Material reciclável. 
 
 3.5 - Ligas de Ferro Fundido 
 
 Segundo Callister (2008), o ferro fundido é uma liga Fe-C, que possui 
teores de carbono que variam de 2,1 a 6,7%p de carbono, embora na prática a 
maioria dos ferros fundidos se encontram entre 3 a 4,5%p de Carbono. 
 Basicamente os ferros fundidos são formados pela formação da grafita que 
ocorrem devido a composição de silício (geralmente maior que 1%) e taxa de 
resfriamento. Portanto, tanto a microestrutura como os comportamentos 
mecânicos dos ferros fundidos estão diretamente ligados a composição química 
e tratamento térmico. (Callister, 2008). 
 
3.5.1 - Tipos de Ferros Fundidos 
 
3.5.1.1 - Ferro Fundido Cinzento 
 
 Segundo Silva e Mei (2010), o ferro fundido cinzento é aquele onde o seu 
teor de carbono varia entre 2,5 a 4,0%p, contendo cerca de 1 a 3,0%p de silício. 
Neste tipo de material a microestrutura é formada por grafita, que possui um 
formato parecido ao formato dos flocos de milho. 
 
 
 
 
73 
Figura 1: Fotomicrografia ótica de um ferro fundido cinzento 
 
 Fonte: O Autor 
 
 
 A figura 1 ilustra a formação da grafita (em forma de 
flocos-cor cinza) que estão geralmente circundados por 
uma matriz de ferrita (cor clara). 
 
- Propriedades mecânicas: 
a) São fracos e frágeis, comparados aos outros tipos de ferros fundidos quando 
expostos a tração; 
b) São mais resistentes e mais dúcteis, quando expostos a compressão; 
c) São mais dúcteis; 
d) São eficientes no amortecimento de cargas vibracionais (base máquinas); 
e) Elevada resistência ao desgaste; 
f) Possuem elevada fluidez na temperatura de fundição; 
g) São mais baratos. 
 
3.5.1.2 - Ferro Fundido Nodular 
 
 Segundo Callister (2008), o ferro fundido nodular possui praticamente as 
mesmas composições químicas do ferro fundido cinzento (Carbono e Silício), 
 
74 
com a adição de pequenas quantidades de magnésio ou cério, antes da 
fundição, e taxas de resfriamentos específicos, formando assim uma grafita em 
forma de nódulos (forma de esferas). Conforme ilustrado na figura 2. 
 
Figura 2: Fotomicrografia ótica de um Ferro Fundido Nodular 
 
 Fonte: O Autor 
 
 
Na figura 2, ilustra a formação da grafita (em forma de 
nódulos, cor escuro) que estão geralmente circundados 
por uma matriz de ferrita (cor clara). 
 
- Propriedades mecânicas: 
a) São mais resistentes; 
b) Mais dúcteis que os cinzentos; 
c) Possuem características mecânicas parecidas aos do aço 
d) Possuem alongamentos percentuais entre 10 a 20% 
 
3.5.1.3 - Ferro Fundido Branco 
 
75 
 São formados devido ao baixo teor de Silício (abaixo de 1%) e taxas de 
resfriamentos bruscos, onde neste caso a maioria do carbono é formado na 
forma de cementita e não da grafita. (Chiaverini, 1986). 
 
Figura 3: Fotomicrografia ótica de um Ferro fundido branco 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
Formação do ferro fundido branco: regiões claras são 
caracterizadas pela cementita e as regiões escuras formas 
pela ferrita-cementita. (figura 3) 
 
 
- Propriedades mecânicas: 
a) São extremamente duros e frágeis; 
b) Difícil usinagem; 
c) Baixa ductilidade; 
d) Seu uso é limitado apenas a superfícies muito dura e a resistência à abrasão. 
 
 
 
76 
3.5.1.4 - Ferro Fundido Maleável 
 
 Basicamente, um ferro fundido maleável é obtido por meio do 
aquecimento do ferro fundido branco em temperaturas entre 800 a 900ºC, por 
um período de tempo prolongado e um uma atmosfera neutra, (para evitar a 
sua corrosão) fazendo que com que a cementita (ferro fundido branco) se 
decomponha formando a grafita, que neste caso tem o formato de aglomerados 
ou rosetas que são circundados pela ferrita ou perlita, dependendo da taxa de 
resfriamento. (Silva e Mei, 2010). 
 
Figura 4: Fotomicrografia ótica de um Ferro fundido branco 
 
 Fonte: Callister, 2008. 
 
 
A figura 4 ilustra este tipo de material. (onde as regiões 
escuras em forma de rosetas caracterizadas pela grafita e 
regiões claras (matriz) caracterizadas como ferrita). 
 
 
- Propriedades mecânicas: 
a) Resistência relativamente alta; 
b) Boa ductibilidade e maleabilidade; 
 
77 
Introdução aos Materiais Cerâmicos. 
 
 
Objetivos desta unidade 
 
 Conhecer e compreender a importância dos materiais cerâmicos nos seus 
diversos campos de aplicação. 
 Identificar e classificar os diversos tipos de materiais cerâmicos e as suas 
propriedades fundamentais. 
 Analisar e compreender as principais técnicas de processamentos para 
fabricação dos materiais cerâmicos, como por exemplo: vidros, louças, 
refratários, cerâmicas avançadas, etc. 
 
Introdução 
 
Segundo Shackelford (2008), os materiais cerâmicos juntamente com os vidros 
(que também fazem parte da classe dos materiais cerâmicos), são considerados 
um dos materiais mais antigos e importantes na engenharia, além de ser umdos 
materiais mais duráveis ambientalmente. 
Atualmente, com a compreensão da natureza fundamental desses materiais e 
controle desses fenômenos, possibilitaram assim a criação de materiais mais 
avançados, com propriedades únicas, surgindo-se assim novos materiais que 
proporcionaram um grande avanço principalmente nas indústrias de 
componentes eletrônicos, de computadores, de comunicação, na indústria 
aeroespacial e de vários outros ramos. 
 
 
 
78 
 4.1 - Definição 
 
 A palavra “cerâmica” é de origem grega (Keramikos), que significa 
“matéria prima-queimada”. Portanto, as propriedades desejáveis desses 
materiais estão diretamente relacionadas aos processos de tratamentos 
térmicos, que geralmente são realizados em temperaturas elevadas, de acordo 
com necessidade. (Callister, 2008). 
 
 Basicamente, os materiais cerâmicos podem ser definidos por compostos 
formados entre elementos metálicos e não metálicos (óxidos, nitretos e 
carbetos), sendo que a grande maioria desses materiais se enquadra em 
cerâmicos compostos por minerais argilosos, cimento e vidro. (Shackelford, 
2008) 
 
Sendo: 
- Elementos metálicos: Alumínio, silício, magnésio, berílio e boro; 
- Elementos não metálicos: Oxigênio, carbono e nitrogênio. 
 
 4.3 - Características dos Materiais Cerâmicos 
 
 De um modo geral, as principais características dos materiais cerâmicos 
são: 
 
- São de natureza cristalina, mas possui poucos elétrons livres (condutividade 
elétrica muito pequena ou nula); 
- Seu ponto de fusão é elevado (refratários: estabilidade de temperatura 
elevada); 
- Possuem grande resistência ao ataque químico; 
- São muito duros (frágeis). 
 
79 
Tabela 1: Temperatura de Fusão de alguns materiais cerâmicos 
Composto Cerâmico Temperatura de Fusão (ºC) 
Carboneto de Háfnio (HfC) 4.150 
Carboneto de Titânio (TiC) 3.120 
Carboneto de Tungstênio (WC) 2.850 
Óxido de Magnésio (MgO) 2.798 
Carboneto de Silício (SiC) 2.500 
Carboneto de Boro (B4C) 2.450 
Alumina (Al2O3) 2.050 
Dióxido de Silício (SiO2) 1.715 
Nitreto de Silício (Si3N4) 1.900 
Fonte: O Autor 
 
 4.4 - Estruturas cristalinas 
 
 Segundo Callister (2008), basicamente para os cerâmicos formados por 
estruturas cristalinas, são formados por ligações iônicas carregadas 
eletricamente, ou seja, os íons metálicos (cátion, carregados positivamente) 
doam seus elétrons de valência para os íons não metálicos (ânions, carregados 
negativamente). Já em relação ao tipo de estrutura do cristal, este diretamente 
ligado ao tipo de íons e os seus tamanhos relativos. 
 
 Diversos tipos de compósitos cerâmicos são formados por estruturas 
cristalinas, uma vez que, a grande maioria destes materiais são compostos pelo 
Si e O (Silicatos a base de SiO2), que juntos representam cerca de 75% dos 
elementos contidos na crosta terrestre, o que justifica o seu baixo custo. 
 
80 
 
O magnésio (MgO) que é um dos tipos de refratários 
bastante utilizado na indústria do aço, e a cerâmica 
nuclear (UO2) usada como combustível nuclear. 
 
 
 4.5 - Propriedades Mecânicas das Cerâmicas 
 
 Segundo Callister (2008), o processamento e a aplicação dos materiais 
cerâmicos são limitados por suas propriedades mecânicas. A sua principal 
desvantagem em relação aos metais é a disposição à fratura catastrófica (fratura 
frágil), pouco ou nenhuma absorção de energia na forma de deformação 
plástica. 
 
 4.6 - Fabricação dos Materiais Cerâmicos 
 
 As técnicas usadas na fabricação dos materiais cerâmicos são muito 
parecidas às técnicas da metalurgia do pó, as principais etapas de fabricação são 
as seguintes: (Chiaverini, 1986). 
 
1ª Etapa - Preparação dos Ingredientes par conformação: Esses ingredientes 
estão geralmente na forma de partículas ou pó. E a mistura pode ser feita a seco 
ou sólido, úmida ou semi-líquida ou líquida. 
2ª Etapa - Conformação: Podem ser feita no estado líquido, semi-líquido ou 
úmido ou sólido, nas condições frias ou quentes. 
3ª Etapa - Secagem e Cozimento: O objetivo da secagem e cozimento é a 
remoção da água, que assim eleva a resistência final do material. 
 
 
 
81 
 4.7 - Classificação dos Materiais Cerâmicos 
 
 De acordo com Callister (2008), o número de materiais cerâmicos 
utilizados na indústria é muito grande, mas a maioria dos materiais cerâmicos se 
enquadra em um esquema de aplicação-classificação que inclui os seguintes 
grupos: 
 
4.7.1 - Produtos estruturados à base de argila e Louça Branca 
 
 A argila é uma das matérias-primas cerâmicas mais amplamente 
utilizada, por apresentar características interessantes, como: 
- É encontrado naturalmente e em grande abundância; 
- Facilidade de fabricação (conformação); 
- Baixo Custo. 
A maioria dos produtos à base de argila se enquadra dentro de duas 
classificações: 
a) Produtos estruturais à base de argila: Incluem os tijolos de construção, os 
azulejos e as tubulações de esgoto. 
 
b) Louças Brancas: são obtidas (tornam-se brancos) a partir de um recozimento 
a uma temperatura elevada. Neste grupo incluem-se as porcelanas, louças 
sanitárias, louças de barro, louças para mesa, louças vitrificadas e acessórios. 
 
Os produtos estruturados a base de argila foram os 
materiais mais utilizados no passado, e embora sejam bem 
rudimentares, continuam sendo uma das matérias primas 
mais utilizadas e importante nos dias de hoje? 
 
 
 
82 
4.8.2 - Refratários 
 São obtidos a partir de argilas e os tipos mais comuns são alumina-sílica 
(óxidos de alumínio e dióxido de silício). As composições variam desde quase 
sílica pura até quase alumina pura. Podem conter algumas impurezas como 
óxidos de ferro e magnésio e pequenas quantidades de óxidos metálicos 
alcalinos. (Shackelford, 2008) 
 
 
São empregados como revestimentos de fornos para 
refinos de materiais, fabricação de vidro, tratamento 
térmico metalúrgico e geração de energia, etc. 
 
 
 São utilizados em grande escala na indústria, e suas principais propriedades, 
são: 
- Capacidade de resistir a temperaturas elevadas sem fundir ou decompor; 
- Capacidade de permanecer não reativo e inerte quando são expostos a 
ambientes severos; 
- Proporcionar isolamento térmico. 
4.8.3 - Abrasivos 
 São substâncias naturais (diamante) ou sintéticas (carborundum ou carbeto 
de silício) com as mais variadas propriedades físicas e químicas. Os cerâmicos 
abrasivos são empregados para desgastar por abrasão, esmerilhar ou cortar 
outros materiais que sejam necessariamente mais mole. O objetivo principal 
para este tipo de material é a dureza ou resistência ao desgaste e tenacidade. 
 Os materiais abrasivos são aplicados, de diversas formas: 
- Colados a rodas de esmerilhamento (resina cerâmica vítrea); 
- Na forma de abrasivos revestidos (lixas de papel ou tecido) 
 
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- E como grãos soltos (polimento) 
 
4.8.4 - Cimentos 
 Segundo Shackelford (2008), a característica especial dos cimentos é que 
quando eles são misturados com água formam uma pasta que, 
subsequentemente, pega e endurece. 
 Vários materiais cerâmicos familiares são classificados como cimentos 
inorgânicos, como por exemplo: Cimento, gesso e cal, e são produzidos em 
quantidades extremamente grandes. 
Deste grupo de materiais, o cimento portland é aquele que é consumido em 
maiores quantidades, e é produzido da seguinte forma: 
1ª - Moagem e mistura íntima