Apostila-MCI-FatecSP-MecPrec-2014

Prévia do material em texto

DISCIPLINA DE MATERIAIS DE 
CONSTRUÇÃO I (MC I) 
 
PROF. TECG.º DR. PAULO JORGE BRAZÃO MARCOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO PAULO – SP – BRASIL 
 
2014 
 
DEPARTAMENTO DE MECÂNICA DE PRECISÃO 
 
 
 
 
 
APOSTILA DA DISCIPLINA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I (MC I) 
VERSÃO 2 
10/02/2014 
 
TRABALHO ELABORADO E EDITADO NA FATEC-SP 
 
A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO 
CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, ESTÁ AUTORIZADA PARA FINS DE ESTUDO E 
PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE. A VIOLAÇÃO DOS DIREITOS AUTORAIS 
É PUNÍVEL COMO CRIME COM PENA DE PRISÃO, MULTA E INDENIZAÇÃO 
DIVERSAS (Código Penal Leis N.º 5.988 e 6.895). 
 
 
Prof. Tecg.º Dr. Paulo Jorge Brazão Marcos 
 
 
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO 
Pça. Cel. Fernando Prestes, 30 - Bom Retiro – São Paulo – SP 
CEP 01124-060 
Tel.: (0XX11) 3322-2230 – site: www.fatecsp.br 
 
 
 
 
 
DEPARTAMENTO DE MECÂNICA DE PRECISÃO 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 Quero aqui expressar o meu agradecimento a Deus e a todos aqueles que deram suas 
contribuições a este documento. 
 Tendo em vista este ser um material de apoio, a contribuição de vários alunos da 
disciplina de graduação Materiais de Construção I (teoria e laboratório) foi importante por 
meio de suas valiosas críticas e sugestões. Particularmente, faço presente os meus sinceros 
agradecimentos ao aluno Caio Felipe Dias Ragaini, que permaneceu à frente da monitoria da 
disciplina sempre se empenhando de maneira profissional. Seu trabalho de pesquisa foi 
fundamental para a atualização deste material de apoio. Acredito ser esta a forma adequada 
para a construção do processo ensino-aprendizagem: a participação mútua de alunos e 
professores. 
 Aproveito esta oportunidade para agradecer e me desculpar com outras pessoas cujas 
contribuições eu possa ter esquecido de agradecer. Por último, mas certamente não menos 
importante, meus profundos e sinceros agradecimentos pelo encorajamento e o apoio contínuos 
da minha família. 
 
 
 
 
Prof. Dr. Paulo Jorge Brazão Marcos 
 
São Paulo, SP, Brasil 
Fevereiro de 2014 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PREFÁCIO 
 
 
O conhecimento e o 
desenvolvimento da tecnologia de materiais 
acompanham a evolução da própria 
humanidade desde os primórdios da 
história sendo, por vezes, utilizado como 
um marco divisor dos diferentes períodos 
da nossa civilização. 
A função exercida pelos materiais 
em nossa sociedade tem sido, sem dúvida 
alguma, de grande importância para o 
avanço das novas tecnologias e da própria 
economia globalizada atual. A tecnologia 
de materiais encontra aplicação em várias áreas produtivas, entre as quais as mais importantes 
são: construção civil, mecânica, medicina, eletroeletrônica, telecomunicações, aeroespacial e 
automobilística. O domínio e a gestão responsável desta tecnologia tem sido muitas vezes, causa 
de aumento na balança comercial de países desenvolvidos e em desenvolvimento trazendo, por 
conseqüência, melhorias na qualidade de vida dessas sociedades. 
Esta ênfase se apóia no conceito de que as propriedades e o comportamento de um 
material estão interligados com a sua estrutura interna. Logo, uma mudança nas propriedades 
provoca o estabelecimento de alterações na estrutura interna do material. Da mesma forma, se 
processamentos prévios ou condições de serviço alterarem a estrutura deste, alteradas estarão 
também suas características. 
Os temas apresentados baseiam-se nos conceitos de física e química da graduação e são 
apresentados na forma de capítulos, sendo que cada um possui sua relação de tópicos, referências 
e exercícios. Adicionalmente, são acrescidos termos específicos e que se constituem em 
palavras-chave na forma de um glossário. 
 
Prof. Dr. Paulo Jorge Brazão Marcos – Fevereiro de 2014. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Não pretendemos que as coisas mudem, se 
sempre fazemos o mesmo. A crise é a melhor benção que 
pode ocorrer com as pessoas e países, porque a crise traz 
progressos. A criatividade nasce da angústia, como o dia 
nasce da noite escura. É na crise que nascem as 
invenções, os descobrimentos e as grandes estratégias. 
Quem supera a crise, supera a si mesmo sem ficar 
"superado". Quem atribui à crise seus fracassos e 
penúrias, violenta seu próprio talento e respeita mais aos 
problemas do que às soluções. A verdadeira crise, é a crise da incompetência. O inconveniente 
das pessoas e dos países é a esperança de encontrar as saídas e soluções fáceis. Sem crise não 
há desafios, sem desafios, a vida é uma rotina, uma lenta agonia. Sem crise não há mérito. É 
na crise que se aflora o melhor de cada um. Falar de crise é promovê-la, e calar-se sobre ela é 
exaltar o conformismo. Em vez disso, trabalhemos duro. Acabemos de uma vez com a única 
crise ameaçadora, que é a tragédia de não querer lutar para superá-la. 
 
 
Albert Einstein (1879 - 1955). 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
CAPÍTULO 1 – A MATÉRIA E A SUA CONSTITUIÇÃO ................................................................................... 2 
1.1 - O QUE SÃO MATERIAIS? .............................................................................................................................. 2 
1.2 - DO QUÊ OS MATERIAIS SÃO FEITOS? ............................................................................................................ 6 
1.3 - COMO SURGEM OS MATERIAIS? ..................................................................................................................14 
 
CAPÍTULO 2 – A ESTRUTURA DOS MATERIAIS SÓLIDOS ..........................................................................24 
2.1 - O QUE É UMA ESTRUTURA? ........................................................................................................................24 
2.2 – TIPOS DE ESTRUTURAS ..............................................................................................................................27 
2.3 – IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS .....................................................................................................................33 
 
CAPÍTULO 3 – MICROESTRUTURAS ..............................................................................................................40 
3.1 - O QUE É UMA MICROESTRUTURA? ..............................................................................................................40 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 – A MATÉRIA E A SUA CONSTITUIÇÃO 
 
 
1.1 - O QUE SÃO MATERIAIS? 
 
 
 Os materiais são as substâncias com as quais se fazem todas as “coisas” (tenham elas vida 
ou não), ou seja, o mundo físico que nos rodeia. Podemos dizer que existem materiais biológicos 
(fazem parte de seres vivos), elétricos (fazem parte dos dispositivos eletro-eletrônicos), de 
construção mecânica (são utilizados para a confecção de estruturas, peças e ferramentas), etc. 
Logo, pode-se dizer que os materiais compõem parte da matéria do universo e cujas propriedades 
são exploradas para utilização em várias aplicações, como estruturas, máquinas e dispositivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Alguns exemplos dos vários materiais que podem ser encontrados no nosso cotidiano. 
 
 
 
 
 
Os materiais integram a nossa vida, já que todos os produtos que conhecemos são feitos 
de materiais, como a madeira, o tijolo, o aço, o plástico, o vidro, a borracha, o alumínio, o papel, 
entre outros, comoé apresentado na Fig.1. No entanto, novos materiais são freqüentemente 
inventados, de modo a atender as várias exigências das aplicações industriais, tecnológicas e 
científicas, as quais são transformadas em melhoria da qualidade de vida da nossa sociedade nos 
seus vários aspectos. 
Todo e qualquer material usado pela humanidade passa por um ciclo, por vezes muito 
extenso, de transformação. 
Inicialmente, materiais em estado bruto são extraídos da terra através de técnicas de 
mineração, perfuração, escavação ou colheita. A partir daí, são convertidos em materiais de base 
ou intermediários, tais como lingotes metálicos, pedra fragmentada e compactada, produtos 
petroquímicos e madeira serrada. Estes, por sua vez, são transformados em materiais mais 
técnicos e com propriedades controladas (ditos tecnológicos ou de engenharia), tais como fios 
eletrocondutores, perfis estruturais, engrenagens plásticas, entre outros, de modo a atingir as 
necessidades requeridas. 
Após o seu desempenho a serviço da humanidade, estes materiais, já na forma de 
SUCATA, são devolvidos à terra ou preferivelmente, se possível e viável, incluídos novamente 
no ciclo de transformação para uso posterior (seja na mesma função ou em outra). 
Como é apontado na literatura, “o ciclo de transformação dos materiais é um sistema que 
entrelaça recursos naturais e necessidades humanas”. Logo, é inevitável se deparar com os 
temas da poluição e da reciclagem. 
Assim, surge uma derivação do conhecimento humano que se denomina por CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA / ENGENHARIA DE MATERIAIS que objetiva lidar com todos os aspectos mencionados 
anteriormente. 
A CIÊNCIA DOS MATERIAIS consiste na investigação da relação entre a estrutura interna dos 
materiais, suas respectivas propriedades e o processamento necessário para a sua obtenção, 
formando assim, o conhecimento dito FUNDAMENTAL. Estes elementos correlacionam-se 
como um polígono geométrico da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Representação esquemática dos elementos que compõem a ciência dos materiais. 
 
 
 Já a chamada TECNOLOGIA / ENGENHARIA DE MATERIAIS é um campo interdisciplinar que 
usa os conceitos da ciência dos materiais em aplicações que gerem produtos funcionais, 
formando assim, o conhecimento dito APLICADO. Ambos os aspectos (ciência e tecnologia) se 
combinam e serão abordados nesta apostila. 
 Com base na Fig. 2, têm-se as seguintes definições: 
 
 ESTRUTURA – arranjo dos constituintes internos do material (em escala atômica) 
 PROCESSAMENTO – conjunto de transformações realizadas nos materiais (como 
serão fabricados?) 
 PROPRIEDADES – resposta do material a estímulos impostos (propriedades físicas, 
químicas, mecânicas, etc.) 
 DESEMPENHO – comportamento do material em determinada situação (satisfatório ou 
não?). 
 
 Todos estes elementos devem ser considerados na fabricação dos materiais existentes, 
assim como da sua modificação, e no desenvolvimento de novos. Um dos vários exemplos desta 
situação ocorre com as ferramentas de corte, importantes utensílios que promoveram avanços 
extraordinários na tecnologia mecânica. 
 No projeto destes utensílios levou-se em conta, inicialmente, a necessidade de materiais 
duros o suficiente para desgastar outros, mais moles. Contudo, devido ao atrito entre os materiais 
(o cortante e o cortado) desenvolve-se calor. Assim, o material da ferramenta deve suportar o 
nível de calor criado na ação de corte, assim como ser capaz de dissipá-lo. 
ESTRUTURA 
PROPRIEDADES 
PROCESSAMENTO 
DESEMPENHO 
 
 
 
 
 
Figura 3. Ferramentas de corte feitas em aço de alto carbono. 
 
 
 Para atender estes requisitos iniciais, vários materiais foram considerados. 
Inevitavelmente, o fator custo (que está diretamente ligado à extração das matérias-primas e 
fabricação do material) se encarrega de eliminar a maioria das opções. Um dos materiais que 
pode ter a sua dureza facilmente controlada tanto pelo teor dos seus elementos de liga como 
através de técnicas adequadas de processamento é o aço, cuja estrutura pode assim ser 
manipulada. Além disso, suas matérias-primas são relativamente abundantes e as técnicas para a 
sua fabricação já são conhecidas há séculos, colaborando para a redução de custo. 
 A composição do material, sua estrutura e a geometria do material fabricado determinam 
a dissipação de calor, quando em operação. Além disso, atuando principalmente em altas 
temperaturas, existe a possibilidade de oxidação, fator adicional que deve ser considerado no 
projeto desta ferramenta. 
Portanto, a produção de materiais e o seu processamento, tal que se obtenham produtos 
acabados e funcionais, constitui-se numa importante atividade econômica e cabe a profissionais 
especializados, como tecnólogos e engenheiros concebê-los e definir as tecnologias necessárias 
para a sua fabricação. Uma vez que qualquer produto incorpora MATERIAIS, estes profissionais 
devem ser conhecedores da sua estrutura interna e das propriedades resultantes, de modo a 
estarem aptos a selecionar os mais adequados para cada aplicação e serem capazes de 
desenvolver os melhores métodos de produção. 
 
 
1.2 - DO QUÊ OS MATERIAIS SÃO FEITOS? 
 
 
Todo e qualquer material é feito de constituintes internos. Tome como exemplo um 
prédio. Do quê ele é feito? Após uma análise detalhada, alguém poderia responder: ele é 
composto por uma série de elementos, tais como fundações, paredes, tijolos, vigas e lajes, 
colunas, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Representação esquemática da constituição de um prédio. 
 
 
Isoladamente, os componentes não são funcionais, mas quando integrados constituem 
uma estrutura com propriedades e desempenho característicos. Estes elementos se integram 
mutuamente e têm como principal função sustentar o prédio como um todo, ou seja, suportam o 
 
FUNDAÇÕES 
LAJES E VIGAS 
TIJOLOS 
COLUNAS 
 
 
peso do prédio (e de tudo que estiver dentre dele), assim como esforços que atuem sobre ele, tais 
como ventos oriundos de várias direções, vibrações do solo, etc. De uma maneira mais simples 
podemos dizer que este prédio é composto por ELEMENTOS ESTRUTURAIS, sendo que toda 
e qualquer manipulação destes elementos provocará uma alteração no seu comportamento. 
 Comparativamente, os materiais também são compostos por constituintes internos: os 
ÁTOMOS. Eles são, também de maneira comparativa, os blocos fundamentais da matéria, seja 
ela gasosa, líquida ou sólida. De acordo com as fontes literárias pesquisadas, um átomo é a 
menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico, sendo que este possui um conjunto 
de características especiais e que o diferenciam dos demais. 
Historicamente, o conceito e a detecção física do átomo resultaram de um longo trabalho 
realizado a partir de observações de propriedades e suas medidas. Vários aspectos demoraram 
para serem constatados devido às limitações tecnológicas e a sua aceitação pela comunidade 
científica esbarrou em vários momentos de resistência. 
 Inicialmente, o conceito de átomo surgiu na Grécia antiga com o filósofo Demócrito 
(520–440 a.C.), o qual a partir de suas observações dos fenômenos naturais acreditava que toda e 
qualquer matéria era constituída por partículas indivisíveis e que seriam qualitativamente iguais, 
diferindo apenas na forma, tamanho e massa. Segundo ele, a grande variedade de materiais na 
natureza resultava dos movimentos dos diferentes tipos de átomos que, ao se chocarem, 
formavam conjuntos maiores, gerando diferentes corpos com características próprias. Durante 
cerca de 17 séculos (1700 anos!), as idéias fundamentais sobre a matéria não se alteraramaté os 
trabalhos do cientista inglês John Dalton (1766–1844). Ele retomou o conceito dos antigos 
gregos, imaginando o átomo como uma pequena esfera com massa definida e propriedades 
características. Assim, as transformações químicas observadas podiam ser explicadas através dos 
arranjos executados pelos átomos. 
Apenas após o trabalho de Albert Einstein (1879-1955) sobre o movimento Browniano é 
que passou a se aceitar a existência dos átomos. Desde então, foram feitas sucessivas tentativas 
de descrevê-los por meio de diferentes modelos, destacando-se os de J. J. Thompson (1856-
1940) e Ernest Rutherford (1871-1937). Neste sentido, até o final do século XIX, o átomo era 
considerado a menor porção da matéria. Contudo, nas últimas duas décadas desse século, as 
descobertas dos prótons e dos elétrons revelaram o equívoco de tal conceito. Posteriormente, a 
descoberta dos nêutrons e de outras partículas subatômicas reforçou a necessidade de rever o 
conceito de átomo. Para maiores detalhes, recomenda-se a leitura das referências CALLISTER e 
VAN VLACK. 
 
 
Até então, os modelos atômicos eram descritos sob as leis da física clássica, apresentando 
limitações e também falhas até que o físico dinamarquês Niels H. D. Bohr (1885-1962) elaborou 
um modelo que mesclava aspectos da física clássica com os do que seria chamada de teoria 
quântica. O grande avanço foi que este modelo conseguia explicar vários dos fenômenos em que 
os modelos anteriores falhavam. 
 O modelo atômico de Bohr, também chamado de planetário, apresenta as seguintes 
características: 
a) Todo e qualquer átomo é constituído por duas regiões: a do núcleo e a da 
eletrosfera. No núcleo ou região central concentram-se os prótons (partículas com carga 
elétrica positiva) e os nêutrons (partículas de carga elétrica neutra), sendo que esta 
combinação é denominada de núcleon. Na eletrosfera ou região periférica localizam-se os 
elétrons, os quais descrevem órbitas circulares em volta do núcleo; 
 
 
Figura 5. O átomo, segundo o modelo de Niels Bohr. 
 
 
b) Os elétrons de um átomo somente podem se mover em determinadas órbitas 
circulares, chamadas de níveis eletrônicos, ao redor do núcleo sem absorverem ou 
emitirem energia. Em átomos grandes podem existir até 7 níveis. Este comportamento é 
definido como quantização do momento angular e é previsto pela física quântica. Outra 
conseqüência é a quantização da energia dos elétrons, ou seja, os elétrons possuem uma 
quantidade específica de energia. A cada órbita relaciona-se uma energia e quanto maior 
o raio da órbita maior seria a energia associada. Logo, o elétron que ocupasse uma 
determinada órbita possuiria a energia dela; 
 
 
NÚCLEO 
ELETROSFERA 
 
 
c) Sob condições adequadas, os elétrons podem passar de uma órbita (ou nível) para 
outra, significando que a sua energia pode se alterar. Para que um elétron saia de uma 
órbita para outra mais energética, deve absorver energia, de modo a possuir a energia da 
órbita mais externa. De maneira contrária, se ele passar para uma órbita menos 
energética, o elétron deve liberar o excesso de energia, passando a ter a energia da órbita 
mais interna. 
 
Desde então, o modelo atômico de Bohr foi refinado com base nos conceitos da física 
quântica. Pode-se dizer que o modelo atômico atual está fundamentado nestes conceitos. Devido 
aos avanços da Física, sabe-se que elétrons, prótons e nêutrons são constituídos por outras 
subpartículas, os quarks. No entanto, nas discussões que serão abordadas, não se chegará a tal 
nível de detalhe. 
 
 
 
 
Figura 6. Representação esquemática da estrutura da matéria em seus constituintes mais básicos. 
 
 
Em nossas considerações sobre os materiais, os átomos serão tratados como sendo as 
unidades básicas estruturais. Assim, um átomo é constituído por três tipos de partículas 
fundamentais, os elétrons, os prótons e os nêutrons, cujas características são apresentadas a 
seguir: 
 
Tabela 1. Características das partículas fundamentais. 
PARTÍCULA MASSA 
(Kg) 
CARGA ELÉTRICA 
(Coulomb) 
Elétron 9,11x10
-31 
- 1,6x10
-19 
Próton 1,67x10
-27 
+ 1,6x10
-19 
Nêutron 1,68x10
-27 
nula 
 
 
 O núcleo atômico é constituído por prótons e nêutrons, sendo que a massa do átomo é 
aproximadamente igual à soma das massas dos prótons e dos nêutrons. O número de prótons, 
chamado de número atômico e representado pela letra Z, é o parâmetro que caracteriza o átomo. 
Este, para ser estável eletricamente, necessita equilibrar as suas cargas elétricas. Logo, para 
neutralizar um determinado número de prótons (cargas positivas), é necessária uma quantidade 
igual de elétrons, os quais possuem carga elétrica negativa. Portanto, o número atômico também 
é o indicativo do número de elétrons associado a cada átomo. Cada elemento é único em relação 
ao seu número atômico. 
 Através dos avanços científicos, hoje sabe-se que o tamanho de 1 átomo está em torno de 
1 Å (Angstron) ou 1x10
-10
 m e o do núcleo, aproximadamente 1 fm (femtometro) ou 1x10
-15
 m. 
Assim, devido ao volume reduzido do núcleo, a força repulsiva entre os prótons é muito intensa, 
tornando a região do núcleo instável. Esse é o motivo porque existem processos ditos nucleares 
(geração de energia, explosões, etc.). Para que o núcleo seja estável, é necessário que haja uma 
outra força que balanceie a força eletrostática dos prótons. Esta é a chamada força de interação 
forte e que existe entre os prótons e os nêutrons. Assim, os nêutrons atuam como separadores dos 
prótons, diminuindo a força repulsiva entre eles. 
 São os elétrons, particularmente os mais afastados do núcleo, que afetam a maioria das 
propriedades de interesse da tecnologia. Por exemplo, eles controlam o tamanho do átomo e 
determinam suas propriedades químicas, estabelecem a natureza das ligações interatômicas e, 
 
por conseqüência, as características mecânicas e de resistência, influenciam propriedades 
elétricas e ópticas, etc. 
 Do mesmo modo que foi exposto no exemplo do prédio, no início desta seção, os 
constituintes internos de um material – os átomos – isoladamente não são funcionais. Além 
disso, raramente os átomos podem ser encontrados em estado isolado. Para comporem os 
materiais, os átomos se integram por meio de LIGAÇÕES QUÍMICAS. Mas, o que vem a ser 
uma ligação química? 
 Como dito anteriormente, na natureza raramente se encontram átomos isolados. Ao se 
aproximarem, os átomos interagem entre si de diferentes formas: de maneira física ou química. 
As interações físicas constituem processos de separação das frações de carga positiva e negativa 
no interior de um átomo ou de uma molécula (conjunto de átomos) formando o chamado dipolo. 
Esta separação pode ocorrer espontaneamente quando se combinam determinados tipos de 
átomos ou pode ser induzida por agentes externos. A ligação resulta da atração elétrica entre as 
extremidades dos vários dipolos criados na estrutura do material e a sua intensidade não é 
grande, da ordem de 10 kJ/mol. Estas interações físicas constituem um grupo de ligações 
chamadas de London-Van der Waals ou secundárias ou fracas, tendo em vista sua baixa 
intensidade. 
Já as interações químicas envolvem processos de transferência e compartilhamento de 
elétrons. Toda e qualquer ligação química é executada por meio dos elétrons mais externos de 
cada átomo, chamados de valência, visto que eles encontram-se mais distantes do núcleo e são 
fracamente atraídos pelos prótons. Estes elétrons podem ser removidos por um campo elétrico 
relativamente pequeno ou devido a uma tendência natural para perder elétrons, criando uma 
deficiência de carga elétrica negativa. Logo,surge um átomo com desequilíbrio elétrico, uma vez 
que não possui mais o mesmo número de cargas elétricas positivas e negativas. Assim, forma-se 
um átomo com carga elétrica ou íon. Neste caso, o íon com carga positiva chama-se cátion. Do 
mesmo modo, quando um átomo possui tendência a atrair mais elétrons, ele pode aceitar um 
número limitado de elétrons adicionais resultando na criação de um átomo com excesso de 
cargas negativas. Neste caso, o íon com carga negativa chama-se ânion. Um determinado 
material que seja composto por estes diferentes tipos de átomos, cátions e ânions, desenvolve a 
chamada ligação iônica, a qual se caracteriza por uma atração eletrostática entre os átomos 
muito intensa. Cada íon é rodeado por um determinado número de íons com carga oposta e como 
eles se atraem mutuamente, as suas distâncias de separação são mínimas. 
 
 
 
 
Os materiais assim formados são ditos iônicos e devido às suas configurações eletrônicas 
e à natureza da ligação apresentam-se como muito duros e ao mesmo tempo quebradiços. Além 
disso, comportam-se como isolantes elétricos e térmicos. 
Numa outra situação, se um material for constituído por um tipo de átomo ou uma 
combinação de átomos com as mesmas características, não haverão processos de transferência de 
elétrons, como ocorre na ligação iônica. Aqui o mecanismo de equilíbrio energético entre os 
átomos que se ligam é feito através do compartilhamento dos elétrons e isso ocorre de duas 
maneiras. 
Na primeira, pode ser que os átomos possuam poucos elétrons de valência e a tendência a 
perdê-los. Neste caso, pode-se imaginar a criação de íons positivos cercados por elétrons 
desprendidos. Estes elétrons “livres” permanecem neste estado já que os elementos que 
compõem o material possuem a mesma tendência a perder os elétrons de valência, ou seja, não 
haverá outro átomo com tendência a atraí-los. Desta forma, para alcançar o equilíbrio energético 
e a estabilidade da ligação
1
, os elétrons livres passam a ser compartilhados por todos os átomos 
do material simultaneamente. Esta condição define a chamada ligação metálica e os materiais 
assim formados denominam-se de metais. Diferentemente dos materiais iônicos, os metais 
apresentam-se com vários níveis de dureza e de deformação. Por conterem elétrons livres, são 
bons condutores de calor e de eletricidade. 
De uma segunda maneira, quando a órbita de valência de um átomo não está completa, 
ele pode aceitar um número limitado de elétrons adicionais dentro desses níveis de energia 
incompletos. Isto significa, então, que tais átomos não possuem a tendência a perder elétrons e, 
sim, atraí-los. Nesta condição, assim como na ligação metálica, para alcançar o equilíbrio 
energético e a estabilidade da ligação, os elétrons de valência passam a ser compartilhados, mas 
sob as seguintes condições: eles são compartilhados entre átomos que possuem uma quantidade 
relativamente maior de elétrons e isto é feito pelos átomos mais próximos uns dos outros e em 
direções específicas (apenas entre os átomos que irão compartilhar os elétrons). Esta condição 
define a chamada ligação covalente e os materiais assim formados denominam-se de covalentes. 
A chamada covalência de uma ligação química pode ser encontrada em vários materiais, 
como em cerâmicas, plásticos e borrachas. Substâncias moleculares orgânicas e inorgânicas 
podem exibir este tipo de ligação dependendo do tipo de átomo presente em sua composição. 
 
1O contexto da estabilidade de uma ligação química obedece à regra do octeto. 
 
Uma das conseqüências da presença desta num material é a capacidade de polimerização, 
caracterizada por extensas fileiras ou cadeias de átomos. 
Estes três tipos de ligações químicas, iônica, covalente e metálica são muito intensas. 
Comparadas às ligações de London-van der Waals apresentam intensidades de 100 – 1000 
kJ/mol e por esta razão são chamadas de ligações primárias ou fortes. 
Como a maioria dos materiais de uso e interesse tecnológico é sólida, eles são 
convenientemente agrupados em três classes principais, de acordo com o tipo de configuração 
eletrônica e de ligação química: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Representação esquemática da classificação dos materiais. 
 
 As características da ligação que compõe cada material, assim como a descrição do seu 
comportamento já foram feitas anteriormente. Verifica-se, ainda, a existência de uma quarta 
classe de materiais, os compósitos. Estes materiais podem ser definidos como sendo resultantes 
da combinação de diferentes tipos de materiais, apresentando inclusive, combinações de 
propriedades. Devido a tais características, estes materiais têm sido aprimorados a ponto de 
serem cada vez mais aplicados. 
 Na literatura, aliás, é comum encontrarem-se referências a outros tipos de materiais, 
como os semicondutores e os biomateriais. Estes não estão sendo classificados com base no tipo 
de ligação química, conforme apresentado ao longo desta seção, mas sim em função da aplicação 
em que são utilizados. Neste caso, existem metais, polímeros e cerâmicos que exibem o 
comportamento semicondutor ou podem ser utilizados em aplicações biomédicas. Assim, todo e 
qualquer tipo de material irá exibir um comportamento com características de algum tipo de 
ligação química, seja ela mais intensa ou não. 
Para maiores detalhes, consultar os Caps. 2 das referências VAN VLACK, CALLISTER 
e Caps. 2 e 3 da referência PADILHA. 
MATERIAIS MATERIAIS 
COMPÓSITOS 
METÁLICOS CERÂMICOS POLIMÉRICOS 
 
 
 
1.3 - COMO SURGEM OS MATERIAIS? 
 
 
Os diversos materiais conhecidos têm duas origens: natural ou artificial. A origem natural 
está associada com os vários processos de transformação que ocorrem nos três reinos da 
natureza: o mineral, o vegetal e o animal. Como a grande maioria dos materiais naturais de uso e 
interesse tecnológico pertencem ao reino mineral, nossa atenção se voltará para eles. 
 
Tabela 2. Exemplos de materiais provenientes da natureza. 
REINO MATERIAIS 
Mineral 
 
Vegetal 
 
 
Animal 
 
 
 
Os diferentes minerais extraídos da natureza originam-se em processos geológicos, tais 
como erosão, terremotos, erupções vulcânicas, entre outros. Contudo, os minerais consistem de 
substâncias formadas pelo agrupamento de vários tipos de átomos e ou moléculas. 
 
Mas qual é o mecanismo que os forma? 
Do ponto de vista geológico, a presença de átomos e moléculas está relacionada com 
mecanismos internos e externos. Os mecanismos internos envolvem basicamente processos 
nucleares de decaimento radiativo, fenômeno no qual o núcleo instável de um átomo se 
desintegra transformando-se em outro núcleo (mais estável) através da emissão de energia na 
forma de radiação (a chamada radioatividade). Ou seja, um átomo acaba se transformando em 
outro e este processo é importante no que diz respeito à formação de elementos químicos 
essenciais para o surgimento e manutenção da vida em nosso planeta, além de tratamentos 
medicinais, etc. A instabilidade do núcleo do átomo em questão pode ocorrer pelo excesso de 
nêutrons, prótons ou ambos. Os processos de decaimento radioativo mais comuns são três: alfa 
(α), beta () e gama (). Quando ocorrem processos geológicos, esses elementos se combinam e 
são deslocados para a superfície do planeta. 
 De acordo com as atuais teorias geológicas a estrutura do planeta Terra é distribuída por 
camadas, sendo que a mais interna é chamada de núcleo planetário. Sua constituição envolve a 
presença de ferro (Fe) e níquel (Ni) em alta temperatura, devido aos processos nucleares 
mencionados. 
 
 
 
Figura 8.Estrutura do planeta Terra. 
 
 
 
Mesmo que os elementos Fe e Ni sofram decaimento radioativo, como explicar a 
formação de elementos cujos tamanhos, massas e outras características são superiores, como o 
chumbo (Pb) e o ouro (Au)? 
 A resposta vem do exterior do planeta, mais exatamente das estrelas. Estas são imensos 
aglomerados de gases, inicialmente compostos de hidrogênio (H) e hélio (He) criados no evento 
conhecido como Big Bang, processo que originou o universo. A massa destes gases é tão enorme 
que provoca o surgimento de forças gravitacionais sobre a sua região central suficientes para a 
ocorrência de reações nucleares de fusão. Devido ao intenso campo gravitacional, átomos de 
hidrogênio na estrela colidem e fundem seus núcleos formando núcleos de hélio. 
 
 
 
Figura 9. Processos de formação de elementos químicos nas reações nucleares estelares. 
 
 
Posteriormente o hélio, colidindo com o hidrogênio e outros núcleos de hélio, origina os 
elementos mais pesados, como carbono (C) e nitrogênio (N). Essas reações continuam, até que o 
núcleo de ferro é formado (massa atômica = 60 g/mol). A partir do Fe, não ocorre mais fusão na 
estrela, pois o processo passa a ser energeticamente desfavorável. Quando uma estrela converteu 
uma apreciável fração de seu hidrogênio e hélio em elementos mais pesados, ela passa para a 
etapa final de sua vida. Algumas estrelas passam a se contrair, numa bola constituída em grande 
parte de ferro. Entretanto, se a massa da estrela for suficientemente grande, uma tremenda, 
violenta e brilhante explosão pode ocorrer. A estrela subitamente se expande e produz, num 
pequeno intervalo de tempo, mais energia que o sol irá produzir em toda sua vida. Quando isso 
ocorre, dizemos que a estrela se tornou uma supernova. 
 
 
 
Figura 10. Explosão de uma estrela, evento conhecido como supernova. 
 
 
Quando a estrela está na fase supernova, muitas reações nucleares importantes 
acontecem. Nesta explosão, os núcleos são acelerados a velocidades muito maiores que as que 
eles normalmente tinham na estrela. Na nova condição, os núcleos em alta velocidade colidem e 
podem agora fundir novamente, produzindo os elementos com massa maior que a do ferro, além 
de capturarem subpartículas atômicas como os prótons e nêutrons. A energia extra vinda da 
 
explosão é necessária para superar a enorme força repulsiva entre os núcleos devido à carga 
elétrica nuclear. 
Elementos como urânio (U), chumbo (Pb), ouro (Au) e prata (Ag) encontrados na Terra 
foram antes restos da explosão de uma supernova. O ferro que encontramos em grande parte da 
superfície do planeta, bem como em seu núcleo deriva-se tanto de restos de supernovas quanto 
de estrelas mortas. 
 É por este motivo que os astrônomos dizem que somos “filhos das estrelas”! Apesar dos 
eventos catastróficos associados com a evolução das estrelas, elas agem como verdadeiras 
“agricultoras”, semeando elementos que possibilitam o surgimento da vida e de materiais. 
Assim, têm-se 94 elementos químicos formados na natureza, sendo o mais simples e menor dos 
átomos o hidrogênio (H) e o maior o urânio (U). Destes, cerca de 80 possuem isótopos estáveis, 
principalmente os elementos com número atômico de 1 a 82, com exceção dos elementos com Z 
= 43 e 61 (tecnécio – Tc e promécio – Pm, respectivamente). Os elementos com Z ≥ 83 (bismuto 
– Bi) são inerentemente instáveis devido ao grande tamanho de seus núcleos e sofrem 
decaimento radioativo. Os elementos com Z entre 83 e 94, embora não possuam núcleos 
estáveis, são encontrados na natureza em quantidades mínimas como resíduos de processos de 
síntese estelar ou como isótopos de vida curta provenientes do decaimento radioativo natural do 
urânio (U) e do tório (Th). 
 Os elementos químicos com número atômico superior ao do urânio (Z = 92) são todos 
artificiais ou sintéticos e são denominados genericamente de transurânicos. Normalmente são 
produtos de reações nucleares ou de choques em aceleradores de partículas. A grande maioria é 
radioativa e exibe tempos de vida muito curtos passando, também, por decaimento radioativo. 
São muito difíceis e caros de produzir, exibindo pouco uso tecnológico atualmente. No total, são 
aceitos pela IUPAC
2
 23 elementos artificiais. 
 Desta forma, chega-se a um total de 117 elementos químicos conhecidos, onde cada um 
(natural ou artificial) é representado por um símbolo. Todos os elementos conhecidos são 
organizados numa representação gráfica, conhecida por tabela periódica, segundo os critérios 
de ordem crescente de número atômico (Z) e semelhança de propriedades, formando 
respectivamente, as linhas horizontais (também chamadas de períodos) e verticais (também 
chamadas de grupos ou famílias) características. A seguir, a tabela periódica dos elementos 
atualizada. 
 
2
 IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry ou União Internacional de Química Pura e Aplicada. 
É o órgão internacional que regulamenta as atividades da química e as suas informações associadas por meio de seus 
comitês. 
 
 
Figura 12. Tabela periódica atualizada dos elementos químicos. 
 
 
 
 Cabe ressaltar que dos 117 elementos químicos conhecidos, não existe o elemento com 
número atômico igual a 117. Como tais elementos transurânicos são instáveis, ainda não se 
conseguiu sintetizá-lo de maneira a ser estável e detectável. 
 Neste arranjo de elementos há características importantes e que determinam o seu 
comportamento individual, tais como tamanho, energia de ionização (energia necessária para 
“arrancar” os elétrons das suas órbitas) e eletronegatividade. Esta última, em particular, exerce 
uma importância fundamental quando se trata da interação entre os átomos com a conseqüente 
formação dos materiais. Ou seja, ela determina como ocorre a interação. A eletronegatividade de 
um elemento químico ou de um átomo representa a sua tendência a atrair elétrons. Esta afinidade 
é levada em conta na formação das ligações metálica, covalente e iônica, como definidas 
anteriormente. No caso das ligações metálica e covalente, os elementos que se ligam 
quimicamente exibem semelhança de eletronegatividade. Já na ligação iônica, os elementos que 
se ligam exibem diferentes eletronegatividades. 
 Contudo, a principal função da tabela periódica é a capacidade de prever as propriedades 
químicas de um elemento e, por conseqüência, dos materiais que podem se originar das suas 
possíveis combinações baseada na sua posição na tabela. As propriedades em questão variam de 
maneira diferente quando nos deslocamos ao longo das colunas e das linhas. Por exemplo, os 
grupos são considerados como sendo o método de classificação mais importante dos elementos 
químicos devido à tendência de semelhança de propriedades. Os elementos de um mesmo grupo 
possuem a mesma configuração de elétrons na camada de valência, assim como semelhanças de 
tamanho atômico, energia de ionização e eletronegatividade. A tecnologia de materiais está 
fortemente baseada nestas características porque elas determinam como os elementos se ligam e 
como os materiais se formam. 
 Neste sentido, chamamos de elementos representativos aqueles que apresentam 
distribuição interna de orbitais eletrônicos completos. Quando em ligações químicas, esses 
elementos usam apenas os elétrons do nível mais externo (o de valência). Ao todo são nove 
grupos que possuem esta característica: 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, 8A e 2B. 
 Por outro lado, chamamos de elementos de transição interna os elementos que possuem 
orbitais incompletos (penúltimo e antepenúltimo). Quando em ligações químicas, esses 
elementos recorrem aos elétrons de níveis inferiorespara suprir suas deficiências. É o que 
acontece com os metais de transição e os elementos lantanídeos e actinídeos. Ao todo são sete 
grupos que possuem esta característica: 1B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B e 8B. 
 
 Ao longo dos anos, os vários grupos da tabela periódica receberam denominações 
específicas para identificar o grupo de elementos com características semelhantes. Dessa forma 
tem-se: 
 
Tabela 3. Classificação dos grupos de elementos químicos. 
FAMÍLIA NOMENCLATURA 
1A Metais Alcalinos 
2A Metais Alcalino-Terrosos 
3A Grupo do Boro 
4A Grupo do Carbono 
5A Grupo do Nitrogênio 
6A Grupo do Oxigênio (ou Calcogênios) 
7A Halogênios 
8A Gases Nobres (inertes) 
1B Grupo do Cobre 
2B Grupo do Zinco 
3B Grupo do Escândio 
4B Grupo do Titânio 
5B Grupo do Vanádio 
6B Grupo do Cromo 
7B Grupo do Manganês 
8B Grupo do Ferro-Cobalto-Níquel 
 
 
 Na disciplina de Materiais de Construção I (MC I) enfocamos os conceitos básicos da 
ciência e tecnologia dos materiais e a sua aplicação na tecnologia mecânica. Os materiais 
abordados serão os metálicos. A sua importância reside no fato de que dos 117 elementos 
químicos conhecidos, 95 (ou seja, cerca de 81,2 %) são metálicos. 
 
 
 
 
 
 
 
GLOSSÁRIO 
 
MATERIAL – Matéria física constituinte do universo e com a qual se fazem produtos, 
utensílios, estruturas, máquinas, etc. 
 
ELEMENTO QUÍMICO - Substância química pura composta por átomos com o mesmo número 
de prótons em seu núcleo. 
 
LIGAÇÃO QUÍMICA – Todo e qualquer processo que envolve a transferência ou o 
compartilhamento de elétrons entre átomos. 
 
ISÓTOPOS– Átomos de um mesmo elemento químico, mas que possuem massas atômicas 
diferentes devido à variação do número de nêutrons nos seus núcleos. 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
1) Quais são as principais classes de materiais de uso tecnológico? Indique 5 
freqüentemente usados. 
 
2) Enuncie algumas mudanças no consumo de materiais usados na fabricação de 
determinados produtos, observadas ao longo de um certo período de tempo. Quais as 
razões para essas mudanças? 
 
3) Por que os pesos atômicos dos elementos químicos não são números inteiros? 
 
4) Qual a diferença entre massa atômica e peso atômico? 
 
5) Em relação à configuração eletrônica, o que todos os elementos do grupo VIIA da tabela 
periódica têm em comum? 
 
6) A partir da tabela periódica fornecida neste material, forneça a as configurações 
eletrônicas dos seguintes íons: Fe
2+
, Fe
3+
, Cu
+
, Ba
+
, e Br
-
. 
 
 
REFERÊNCIAS 
 
CALLISTER Jr., William D.; Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução - 7.
a
 Ed. 
Rio de Janeiro: LTC Editora S.A; 2008. 
 
VAN VLACK, Lawrence H.; Princípios de Ciência dos Materiais - 1.
a
 Ed., São Paulo: Editora 
Edgard Blucher Ltda. 2000. 
 
ATKINS, Peter; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente – 
3.
a
 Ed., Porto Alegre: Editora Bookman, 2008. 
 
PADILHA, Angelo F.; Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades, São Paulo: 
Editora Hemus, .1997 
 
 
INTERNET 
 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Brasil 
 
www.dfn.if.usp.br/pagina-dfn/divulgacao/abc/basic.html 
 
 
 
CAPÍTULO 2 – A ESTRUTURA DOS MATERIAIS SÓLIDOS 
 
 
2.1 - O QUE É UMA ESTRUTURA? 
 
 
 O termo estrutura é originário da palavra em latim structura e que tem o sentido de 
construir ou construção. Entende-se que num sentido mais amplo, o termo está associado com a 
organização das partes ou dos elementos que formam um todo. 
 Mas qual a sua importância na ciência e tecnologia de materiais? Simplesmente toda! A 
natureza e o comportamento dos materiais em serviço estão basicamente associados aos tipos de 
átomos presentes em sua composição e à sua organização ou arranjo. Um material pode ser 
constituído por um ou mais tipos de elementos químicos. Contudo, a maneira como tais 
elementos se arranjam espacialmente no volume interno do material determinará as 
características do mesmo. Tome-se como exemplo, o caso do prédio, apresentado no Cap. 1. Ele 
é constituído por vários elementos estruturais que conferem o seu comportamento, tais como 
fundações, lajes, paredes, colunas, etc. O comportamento do prédio, como um todo, depende da 
organização ou arranjo destes elementos. 
 Uma outra comparação que se pode fazer é com o corpo humano. Nosso corpo depende 
de um delicado e complexo equilíbrio entre vários elementos estruturais. Primariamente 
possuímos um esqueleto, e que tem como função principal sustentar e dar forma ao corpo, mas 
também a de proteger determinados órgãos vitais, como o cérebro, que é protegido pelo crânio, e 
também os pulmões e o coração, que são protegidos pelas costelas e pelo esterno. É nos ossos 
que se prendem os músculos, por intermédio dos tendões. Os músculos são os tecidos 
responsáveis pelo movimento dos animais e funcionam através da contração e extensão das suas 
fibras. Os músculos são constituídos por tecido muscular e caraterizam-se pela sua 
contratibilidade ou capacidade de contração muscular. Esta ocorre com a saída de um impulso 
elétrico do sistema nervoso central que é conduzido ao músculo através de um nervo. 
 A estrutura, por sua vez, pode se apresentar em diferentes níveis de detalhes, conforme a 
necessidade de se investigar as relações entre os seus constituintes internos e o comportamento 
resultante do material. Os níveis em questão são o subatômico, atômico, microscópico e 
macroscópico. 
 
 
Contornos 
de grãos 
Monômeros Polímeros 
 
 
Tabela 4. Comparação de tamanho entre diferentes elementos estruturais. 
ELEMENTO 
NÍVEL 
Subatômico Atômico Microscópico Macroscópico 
Estruturas 
tecnológicas 
 
Microestrutura 
Fases 
Moléculas 
Átomos 
Núcleos atômicos 
Partículas 
elementares 
 
ESCALA (m) 
 
 
 No nível subatômico são consideradas as relações entre o átomo e o comportamento do 
seu núcleo e os elétrons nas suas camadas mais externas. Tais relações determinam, por 
exemplo, o tipo de comportamento elétrico, térmico e magnético de um material. 
 O nível atômico analisa a interação entre os átomos com a conseqüente ligação entre os 
mesmos e a formação de agrupamentos como as moléculas. Em função do tipo e intensidade das 
ligações químicas realizadas, um dado material sob uma determinada condição, pode se 
apresentar como sólido, líquido ou gasoso. 
 O nível microscópico analisa o arranjo espacial de átomos ou moléculas ao longo do 
volume interno do material. O arranjo atômico ou molecular pode se apresentar de formas 
diferentes: molecular, cristalino, semicristalino e amorfo. Este arranjo determina as 
características do material como um todo. 
 Finalmente, no nível macroscópico, relacionamos as características dos materiais e as 
suas propriedades com os elementos dos níveis anteriores. 
 Os átomos que constituem um material sólido encontram-se em um estado de constante 
movimento vibratório ao redor das suas posições de equilíbrio, sendo que a sua intensidade 
depende da temperatura em que se encontra o material. Nas considerações sobre os materiais 
10
-12
 10
-9
 10
-6
 10
-3
 10
0
 10
3
 10
-15
 
Circuitos integrados Muralha da China 
Grãos grandes 
Célula unitária 
 
sólidos, este movimento é praticamente desprezível, uma vez que o material compõe-se de um 
agregado estático de átomos interligados e localizados em pontos de equilíbrio desses 
movimentos. 
 Independente do tipo de ligação química realizada por estes átomos, os pontos de 
equilíbrio em questão resultam da ação de dois tipos de forças. A primeira éa força de atração 
que resulta do tipo de ligação existente (iônica, metálica ou covalente) e acaba sendo responsável 
por manter os átomos do material coesos (ligados). A segunda é a força de repulsão, que se 
origina na aproximação dos átomos. Inicialmente ela surge quando as nuvens eletrônicas de cada 
átomo se aproximam e, em última instância, quando há a proximidade dos núcleos atômicos, 
como exibido na Figura 13. 
 
 
 
 
Figura 13. Interação entre dois átomos genéricos durante a sua ligação química. 
 
 
 Isso faz supor, então, que para ocorrer uma ligação química deve haver uma distância de 
equilíbrio entre os átomos que se ligam. Assim, em termos de energia, a distância de equilíbrio 
entre os átomos será aquela em que a energia potencial tem valor mínimo ou quando as forças de 
repulsão e atração forem iguais. Há uma outra conseqüência: o valor de energia associado com a 
interação dos átomos representa o valor da energia da sua ligação. A energia potencial citada está 
relacionada com as forças de atração e repulsão. Este comportamento pode ser ilustrado pela 
curva de energia potencial em função da distância de separação entre os átomos na Figura 13. 
 Para maiores detalhes, consulte os capítulos 2 das referências CALLISTER, SMITH e 
VAN VLACK, além do Cap. 3 da referência PADILHA. 
 
 
 
 
Figura 14. Variação da energia potencial em função da distância de separação entre dois átomos. 
 
 
2.2 – TIPOS DE ESTRUTURAS 
 
 Os arranjos atômicos e moleculares em materiais sólidos classificam-se em molecular, 
cristalino, semicristalino e amorfo. Ressalta-se que cada arranjo pode ser obtido a partir de 
condições adequadas de temperatura, pressão, composição química, entre outros fatores. 
 Os arranjos moleculares caracterizam-se por um número limitado de átomos fortemente 
ligados entre si. Este número é variável conforme as interações que podem haver entre os átomos 
constituintes. Este é o caso de compostos como a água (H2O), dióxido de carbono (CO2) e os 
polímeros, os quais englobam vários tipos de resinas, plásticos e borrachas. 
 
 
Figura 15. Representação de um arranjo estrutural molecular. 
 
 A estrutura cristalina caracteriza-se pela existência de arranjos ordenados de átomos e 
que se repetem tridimensionalmente pelo interior do material. As posições ocupadas pelos 
átomos seguem uma ordenação que se repete em todas as direções e ao longo de grandes 
distâncias. A grande maioria dos materiais sólidos, particularmente os metálicos, é cristalina. 
 
 
Figura 16. Representação de um arranjo estrutural cristalino. 
 
 
 A estrutura amorfa, em princípio, apresenta características exatamente opostas à estrutura 
cristalina. Neste caso, caracteriza-se pela presença de arranjos atômicos ou moleculares 
desordenados e aleatórios, como a estrutura de um líquido. Tal efeito se torna mais concreto 
quando se resfria muito rapidamente um líquido até a sua solidificação. O sólido assim formado 
apresenta a estrutura de um líquido, como é o caso dos vidros. Por esta razão é que os materiais 
amorfos também são chamados de vítreos. Outros materiais também exibem este tipo de 
estrutura, como alguns polímeros. 
 
 
Figura 17. Representação de um arranjo estrutural amorfo. 
 
O termo amorfo, aliás, pode ser mal interpretado quando da sua tradução literal, que significa 
“sem estrutura”. Todo e qualquer material, independente do seu estado físico, exibe uma 
estrutura com a ordenação dos seus elementos constituintes ou não. Assim, o termo AMORFO 
identifica uma estrutura que não exibe a ordenação periódica dos cristais. 
 Já os arranjos semicristalinos ou quase-cristais podem ser considerados como uma 
condição intermediária entre a cristalina e a amorfa e que pode ser encontrada em vários 
materiais. Por exemplo, o estado estrutural natural dos polímeros é o amorfo. Contudo, sob 
condições adequadas de processamento, regiões de alinhamento molecular podem ser criadas. 
Estas regiões alinhadas podem ser consideradas como cristalinas devido à ordenação de suas 
cadeias moleculares. A alteração da estrutura é realizada com o intuito de modificar as 
propriedades dos materiais. 
 
 
 
Figura 18. Representação de um arranjo estrutural semicristalino. 
 
 
 
 A magnitude da influência do arranjo estrutural de um material sobre as propriedades do 
mesmo é tal que a condutividade elétrica e térmica, a resistência mecânica e até mesmo a 
reatividade química variam com a direção de alinhamento dos seus átomos, caso a substância 
seja cristalina. Este comportamento é denominado de anisotropia. Caso as propriedades de um 
material não apresentem esta dependência com a direção de alinhamento estrutural dizemos que 
o material é isotrópico. 
 
 
 
Região 
cristalina 
Região 
amorfa 
 
 
 Como citado anteriormente, a grande maioria dos materiais sólidos é cristalina. Os 
arranjos atômicos nestes podem ser descritos como pontos de interseção de uma rede (ou retículo 
ou reticulado) de linhas nas três dimensões. Num cristal ideal, o arranjo destes pontos em torno 
de um ponto particular deve ser igual ao arranjo em torno de qualquer outro ponto da rede 
cristalina. Assim, é possível descrever um conjunto repetitivo de pontos ou posições atômicas. O 
menor arranjo estrutural que se repete num cristal é denominado de célula unitária. 
 
 
 
Figura 18. Representação esquemática de (a) um reticulado cristalino e (b) uma célula unitária. 
 
 
 Na natureza existem vários tipos de células unitárias, as quais se caracterizam por 
parâmetros de rede ou axiais (já que a posição de um átomo numa estrutura sólida está associada 
à interseção de linhas tridimensionais) – a, b e c - e ângulos interaxiais – α, β e γ -, como pode 
ser observado na Fig. 18. Estas considerações foram apontadas pelo matemático e físico francês 
Auguste Bravais (1811-1863), o qual propôs a existência de 7 sistemas cristalinos básicos para 
representar as estruturas de todas as substâncias cristalinas conhecidas. Em seus estudos, Bravais 
identificou, também, que dentro de cada sistema cristalino haviam variações nos arranjos 
atômicos com relação aos pontos reticulares no interior de cada célula unitária. No total, foram 
identificados 14 reticulados cristalinos e que são denominados de redes de Bravais. 
Na referência PADILHA podem ser encontrados detalhes abrangentes sobre os aspectos 
históricos da determinação das estruturas das substâncias cristalinas e de como elas foram 
identificadas. 
(a) (b) 
 
 
 
 
 
Figura 19. Representação esquemática das redes de Bravais. 
 
 
 Para que um material cristalize, ou seja, forme um cristal, ele deve ter tempo de organizar 
os seus átomos num arranjo estável, o qual minimiza a energia livre por unidade de volume. 
Quando isto acontece, o arranjo atômico torna-se o mais compacto possível. Os elementos 
metálicos, em particular, possuem tendência à cristalização e a sua maioria acaba por cristalizar 
em estruturas simples. Contudo, segundo PADILHA, existem casos de metais com estrutura 
cúbica simples (Polônio – Po) e estruturas mais complexas, como a ortorrômbica (Urânio – U). 
 Assim, a grande maioria dos metais cristaliza nos sistemas cúbico e hexagonal. O sistema 
cúbico se apresenta principalmente em duas variações: de corpo centrado (CCC) e de face 
centrada (CFC). Já o sistema hexagonal se apresenta na forma compacta (HC), que é uma 
variação da estrutura hexagonal simples. 
 
 
 
 
Figura 20. Representação esquemática das células unitárias HC (a), CFC (b) e CCC (c). 
 
 
 A seguir, são apresentadas as principais estruturas metálicas com os seus respectivosexemplos: 
 
 CCC: Ba, Cr, Fe-α, Fe-δ, Nb, V, W, etc. 
 
 CFC: Al, Au, Ag, Fe-γ, Cu, Pb, Co-β, etc. 
 
 HC: Be, Cd, Co-α, Mg, Ti-α, Y, Zn, etc. 
 
 
 Verifica-se junto à notação de cada elemento químico a presença de letras gregas, α, β, γ 
e δ. Estas identificam a presença de diferentes fases em estado sólido, as quais serão tratadas 
com mais detalhes posteriormente. Veja o caso do Fe, o qual pode ser encontrado na forma das 
fases α, γ e δ. Cada fase, quimicamente, é constituída basicamente por átomos de Fe. Contudo, 
fisicamente, cada fase apresenta um arranjo estrutural diferente. As fases α e δ apresentam 
arranjo CCC e a fase γ o arranjo CFC. A alteração de estrutura é possível à variações de 
temperatura e pressão que obrigam a estrutura a se adaptar a cada nova condição energética. 
 
 
 A capacidade de um elemento se apresentar com diferentes estruturas no estado sólido é 
denominada de alotropia. O mesmo fenômeno ocorre em substâncias compostas e é denominado 
polimorfismo. 
 
 
2.3 – IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS 
 
 
 Na prática, contudo, os materiais cristalinos apresentam determinadas características que 
fazem com que estruturalmente sejam imperfeitos. De fato, de acordo com a 3.
a
 Lei da 
Termodinâmica, o nível de desorganização (chamado de entropia) dos átomos é mínimo num 
cristal puro e próximo da menor temperatura possível na natureza, o zero absoluto (0 Kelvin ou -
273 ºC). Conforme a temperatura é aumentada, os átomos ganham cada vez mais energia, pois 
transformam a energia térmica em cinética (movimento). Logo, em temperatura ambiente, um 
material possui uma determinada concentração de defeitos em equilíbrio. Assim, verifica-se que 
sempre existirão imperfeições estruturais acima do zero absoluto devido a uma questão 
energética. 
 Outra possibilidade para a formação destas irregularidades estruturais ocorre durante 
processos de solidificação. Nesta, um material inicialmente em estado líquido, é resfriado até se 
tornar um sólido. Dependendo de como o líquido é resfriado, os átomos se nucleiam em sólidos 
com falhas nas seqüências de empilhamento e na sua organização. Estas falhas são 
genericamente chamadas de defeitos ou imperfeições estruturais. 
Industrialmente, a solidificação com a conseqüente formação de núcleos sólidos que 
originam os cristais ocorre de maneira controlada e não-controlada. No primeiro caso, 
obviamente, os materiais apresentam elevada perfeição estrutural. É assim com os cristais de Si 
utilizados em microeletrônica e nos quais estão baseados vários componentes eletrônicos e 
processadores de computadores. Ligas metálicas podem ser solidificadas de maneira direcional a 
partir de um líquido e com velocidades de resfriamento extremamente baixas. No segundo caso 
encontram-se as situações mais comumente encontradas nas indústrias siderúrgicas e 
metalúrgicas. Nestes exemplos, o líquido a ser transformado em sólido é vazado em moldes e 
perde calor conforme a geometria e demais parâmetros térmicos do sistema. Logo, o sólido 
formado apresenta estrutura cristalina com presença acentuada de defeitos. Outra característica 
importante é que a direção de crescimento é variada. 
 
 
Cabe ressaltar que, com exceção de alguns poucos produtos formados por sinterização 
(ou metalurgia do pó), todos os produtos metálicos passam pelo processo de solidificação em 
algum estágio da sua fabricação. 
 Os materiais, uma vez já fabricados e em serviço, também podem desenvolver 
irregularidades em suas estruturas devido aos esforços a que estão sujeitos. Isto significa que 
durante a aplicação de esforços mecanicamente, átomos podem ser deslocados de suas posições 
originais. 
 As imperfeições estruturais são classificadas com relação à sua forma de apresentação e a 
geometria associada com a sua propagação na estrutura do material. 
 
 PONTUAIS (ou PUNTIFORMES): são irregularidades associadas a pontos isolados da 
estrutura de um material, sendo que a estes pontos correspondem átomos. Uma posição vazia ou 
desocupada da rede cristalina de um material é denominada de vacância ou lacuna. Os vazios 
estruturais que existem entre os átomos de uma rede cristalina são chamados de interstícios. 
 
 
Figura 21. Representação esquemática dos defeitos pontuais: (a) vacância, (b) átomo intersticial, 
(c) auto-intersticial, (d) átomos substitucionais. 
 
 Eventualmente, um átomo pode ocupar uma dessas posições vazias entre os átomos da 
rede cristalina. Nesta situação, eles são denominados de átomos intersticiais e auto-intersticiais, 
quando um átomo do próprio material ocupa uma posição intersticial. 
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
 
(b) 
 Átomos estranhos de impurezas ou adicionados intencionalmente também são 
considerados defeitos pontuais. De acordo com o tamanho, esses átomos ocupam posições 
intersticiais ou substitucionais, sendo esta correspondente à substituição do átomo do material 
por outro diferente. Estes são recursos utilizados quando se quer modificar as propriedades dos 
materiais. É o caso, por exemplo, da formação de ligas metálicas. 
 
 LINEARES: constituem-se de defeitos alinhados e contínuos. Ao invés de defeitos 
isolados na estrutura do material, tem-se uma linha inteira ou plana de átomos deslocada para 
uma posição inicialmente desocupada. Como esta linha de átomos acaba discordando do restante 
da estrutura à sua volta, denominados tal irregularidade de discordância. 
 
 
 
 
 
 
Figura 22. Representação esquemática de defeitos lineares: (a) aspecto estrutural, (b) aspecto 
físico de um material contendo discordâncias. 
 
 
 INTERFACIAIS (ou BIDIMENSIONAIS): os cristais também exibem irregularidades 
ao longo da sua estrutura, formando superfícies ou interfaces de separação. Embora existam 
diversos tipos de interfaces na estrutura dos materiais, as maiores em termos de extensão e 
importância são as superfícies externas e os contornos de grãos. 
 
(a) 
 
 Embora as superfícies externas ou livres correspondam ao término da estrutura cristalina 
do material, elas são consideradas defeitos devido ao fato de que o número de átomos vizinhos a 
um átomo superficial não é o mesmo de um átomo que esteja no interior do cristal. 
 
 
Figura 23. Detalhes da análise da superfície de SiO2. 
 
 Um material que é composto por vários cristais, ou policristalino, exibe interfaces entre 
os cristais adjacentes. Cada cristal, isoladamente, possui o seu alinhamento característico de 
átomos. Neste caso, cada contorno de grão atua como uma fronteira onde ocorre o 
desalinhamento de um cristal para o outro. 
 
 
Figura 24. Representação esquemática dos contornos de grãos em um material policristalino. 
 
 
 
 VOLUMÉTRICOS (ou TRIDIMENSIONAIS): Estes tipos de defeitos ocorrem numa 
escala de tamanho muito maior do que qualquer defeito até aqui mencionado. Esta característica 
decorre do fato de que eles estão normalmente associados com a remoção de material, formando 
poros, ou deposição de material, formando precipitados e inclusões. 
 
 
Figura 25. Componente de aço contendo poros. 
 
 
Figura 26. Microestrutura de uma liga à base de Ni-Cr-Co-Mo (Inconel IN617). Percebe-se a 
presença de volumes de material diferentes do restante, as quais estão associadas com mudanças 
de composição química. 
 
 Para maiores detalhes, consulte as referências PADILHA e CALLISTER. 
 
 
 
GLOSSÁRIO 
 
ESTRUTURA – Conjunto de constituintes internos de um material e que mantêm entre si 
determinadas relações geométricas. Pode ser tratada em diferentes níveis: subatômico, atômico, 
micro e macroscópico. 
 
MOLÉCULA – Um grupo de átomos interligadosatravés de ligações primárias. A ligação entre 
as moléculas, contudo, costuma ser fraca. 
 
VIDRO – Sólido amorfo normalmente obtido pelo resfriamento rápido de uma massa fundida e 
que apresenta dureza e transparência característicos. 
 
ANISOTROPIA – Comportamento encontrado em materiais que exibem diferenças de uma 
mesma propriedade em diferentes direções. 
 
ISOTROPIA - Comportamento encontrado em materiais onde uma mesma propriedade apresenta 
o mesmo valor em diferentes direções. 
 
REDE CRISTALINA – Arranjo geométrico regular de pontos (átomos) no espaço de um cristal. 
 
CRISTALOGRAFIA – ciência experimental que se dedica ao estudo da disposição dos átomos e 
ou moléculas em materiais sólidos. 
 
FASE – Porção física e quimicamente homogênea da matéria. Possui características físicas e 
químicas específicas e uniformes ao longo do seu volume. 
 
DEFEITO – Em termos estruturais, designa qualquer irregularidade na disposição de átomos e 
ou moléculas na estrutura interna de um material. 
 
INTERSTÍCIO – Região espacial vazia de uma rede cristalina existente entre os átomos que a 
compõem. 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
1) Por que os átomos podem ser considerados “esferas rígidas”? 
 
2) Por que os metais têm pequena propensão para formarem sólidos amorfos ao se 
solidificarem? 
 
3) O Nb, na temperatura ambiente tem estrutura CCC e apresenta raio atômico de 0,147 nm. 
Calcule o valor do parâmetro de rede “a” em nanômetros (nm). 
 
4) O Ni apresenta estrutura CFC com uma densidade de 8,9 g/cm3 e tem sua massa molar 
igual a 58,71 g/mol. Qual é o volume por célula unitária baseado no valor da densidade? 
 
5) Como é possível estimar a concentração de vacâncias num material a uma determinada 
temperatura? 
 
6) Como se pode explicar que um lingote de aço com dimensões de metros seja 
transformado em chapas com espessura de milímetros sem perder sua estrutura cristalina? 
 
REFERÊNCIAS 
CALLISTER Jr., William D.; Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma introdução - 7.
a
 Ed. 
Rio de Janeiro: LTC Editora S.A; 2008. 
 
SMITH, William F.; Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais – 3.a Ed. Portugal: 
Editora McGraw-Hill de Portugal Ltda., 1996. 
 
VAN VLACK, Lawrence H.; Princípios de Ciência dos Materiais - 1.
a
 Ed., São Paulo: Editora 
Edgard Blucher Ltda., 2000. 
 
PADILHA, Angelo F.; Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades, São Paulo: 
Editora Hemus, 1997 
 
INTERNET: http://www.msm.cam.ac.uk/ 
 
 
CAPÍTULO 3 – MICROESTRUTURAS 
 
 
3.1 - O QUE É UMA MICROESTRUTURA? 
 
 
 O termo microestrutura está relacionado com o conjunto de detalhes microscópicos 
presentes num material. Neste sentido, a microestrutura de um material cristalino é composta 
essencialmente pelos cristais, pelos defeitos nele existentes e outros constituintes como 
precipitados e inclusões. A microestrutura de um material é conseqüência da sua composição 
química e do processamento pelo qual passa. Quando em serviço, inclusive, o material pode ter 
sua microestrutura modificada por agentes externos tais como variações de temperatura, 
imposição de esforços mecânicos, ataque químico, etc. 
 O agrupamento dos vários elementos que constituem uma microestrutura material assume 
dimensões maiores do que as de cada elemento isolado. Isto significa que o conjunto de cristais, 
defeitos, precipitados e inclusões assume uma dimensão específica tal que pode ser identificada 
por instrumentos adequados. Atualmente, com a tecnologia disponível, é possível observar os 
átomos dos materiais e identificar suas características. Contudo, os instrumentos necessários para 
tal caracterização são extremamente sofisticados e dispendiosos. As microestruturas assumem 
dimensões micrométricas e podem ser visualizadas com microscópios ópticos, não tão 
sofisticados e dispendiosos quanto os anteriores. 
 As estruturas que se observam em materiais metálicos, sobretudo em aços, dependem 
diretamente de transformações de fases que ocorrem em seu processamento, desde a 
solidificação até as transformações em estado sólido realizadas nos tratamentos termomecânicos. 
 Embora um grande número de fenômenos interessantes em materiais cristalinos possa ser 
simulado ou representado em duas dimensões, a estrutura real de metal é tridimensional e erros 
graves podem ser cometidos na análise da microestrutura quando não se considera este fato. 
Neste sentido, a maior parte das técnicas de microscopia produz imagens bidimensionais. A 
inferência da geometria tridimensional a partir de observações bidimensionais é realizada por 
técnicas de estereologia. Neste texto não serão descritas estas técnicas, devendo o aluno 
consultar as referências PADILHA e COLPAERT. 
 Do ponto de vista geométrico, as microestruturas têm características uni, bi e 
tridimensionais. A maior parte destas características resulta do encontro de grãos. Por exemplo, 
 
dois grãos (tridimensionais) se encontram em uma interface (bidimensional), três grãos se 
encontram numa linha e o encontro de quatro grãos define um ponto quádruplo. 
 A Metalografia é o estudo da morfologia (forma) dos componentes e da estrutura dos 
metais. Para o exame da microestrutura é necessário, primariamente, preparar o material para a 
análise. A metodologia mais empregada consiste na análise do aspecto de uma peça metálica, 
segundo uma seção plana devidamente polida e, geralmente, atacada por um reativo apropriado. 
O exame pode ser feito à olho nu ou com o auxílio de instrumentos (lupa, microscópio). O 
aspecto, assim obtido, é chamado macroestrutura. O termo macrografia é utilizado para designar 
os aspectos que reproduzem a macroestrutura, em tamanho natural ou com ampliação máxima de 
10 vezes. Para ampliações maiores, emprega-se o termo micrografia, obtidas geralmente por 
microscópios. 
 A preparação dos corpos-de-prova abrange as seguintes etapas: 
1) Escolha e localização da seção a ser estudada; 
2) Preparação de uma superfície plana e polida no lugar escolhido; 
3) Ataque dessa superfície por um reagente químico adequado. 
Os corpos-de-prova devem ser mantidos limpos e o procedimento de preparação 
cautelosamente seguido, de forma a não influenciar nos resultados e revelar as reais 
microestruturas dos materiais. 
 
ESCOLHA DA SEÇÃO 
 Quando a seção do material a ser analisado não é especificada por quem requisita o 
ensaio ou por uma norma aplicável, tem-se que levar em consideração a forma da peça e as 
informações que se deseja obter. Normalmente são realizados cortes longitudinais e transversais 
em produtos metálicos de geometria regular: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 27. Representação esquemática dos tipos de cortes realizados em corpos-de-prova 
durante a sua preparação metalográfica. 
SEÇÃO TRANSVERSAL 
SEÇÃO LONGITUDINAL 
 
 
O corte ou seccionamento dos corpos-de-prova é feito num equipamento chamado de 
cortadeira ou “cut-off”, o qual é constituído por um elemento de corte refrigerado e 
movimentado a baixas rotações por um motor elétrico. O elemento de corte consiste de um disco 
abrasivo fino, agregado com borracha ou outro aglomerante. O revestimento superficial do disco 
é composto de material abrasivo (SiO2, Al2O3, SiC ou diamante são os mais comuns). O corte, 
eventualmente, também pode ser feito com uma serra suficientemente abrasiva. Quando estes 
meios não são viáveis, recorre-se ao desbaste por usinagem ou com esmeril comum até se atingir 
a região de interesse do material para a análise. Em algumas situações, como em peças grandes, 
também é feito o corte com o uso de maçarico. Nesta situação, deve-se prever a remoção de 
material para eliminara região termicamente afetada por essa ação. 
 
 
 Assim, o corte longitudinal é indicado para a análise dos seguintes casos: 
 - trabalho mecânico (identifica se a amostra foi laminada, forjada, fundida, etc.); 
 - extensão de tratamentos térmicos; 
 - formato dos grãos; 
 - detalhes de soldas; 
 
 
 Já o corte transversal é indicado para a análise dos seguintes casos: 
 - natureza do material; 
 - homogeneidade da amostra; 
 - existência de segregações; 
 - forma e dimensões de bolhas e vazios; 
 - profundidade de tratamentos térmicos; 
 - características de soldas (zona termicamente afetada). 
 
 Após o corte, os pedaços de amostra geralmente são montados em resinas plásticas para 
uma melhor manipulação e proteção das mãos do operador e das bordas da amostra, o que 
impediria a observação dessa região ao microscópio. Esta montagem em resina é denominada de 
embutimento e é feita por compressão a frio ou a quente numa espécie de prensa, chamada 
embutidora. Dentre as reinas mais utilizadas encontram-se a baquelite, acrílico, epóxi, etc. 
 
 
PREPARO DA SUPERFÍCIE 
 As operações anteriores objetivaram o isolamento da seção do material a ser analisada. 
Na continuidade do processo, faz-se necessário trabalhar a superfície de modo que os riscos 
causados pelo abrasivo sejam cada vez menos perceptíveis a olho nu. Assim, é necessário 
submeter o material a uma seqüência de desbastes controlados, com o objetivo de se ter 
superfícies planas, com rugosidades mínimas e com a orientação desejada. Dentre as 
dificuldades inerentes estão a obtenção da planicidade desejada, a qual aumenta na medida em 
que se deseja observar superfícies com maior extensão e ou materiais de dureza variável ou de 
geometria complexa. Todas as operações envolvidas devem ser realizadas com cuidado para 
evitar não apenas o encruamento local excessivo, bem como aquecimentos a mais de 100 ºC, os 
quais ficaram evidentes após o ataque químico do material e prejudicarão a interpretação das 
imagens obtidas ao microscópio. 
 Assim, o propósito do lixamento de desbaste é gerar a superfície plana inicial necessária 
para as etapas seguintes de lixamento e de polimento. Como resultado do corte, o material pode 
ter sido submetido a deformações estruturais consideráveis na superfície e em regiões próximas a 
ela. A utilização de lixas de granulação grosseira (granulação 220 ou menos) é recomendada para 
a retirada de todo o material possivelmente deformado e rugosidades ou rebarbas remanescentes 
do processo de corte. Um fator importante durante esta fase e a fase posterior (de lixamento de 
acabamento), é que os riscos causados pelas lixas, ao final de cada lixamento, estejam todos 
uniformemente distribuídos e paralelos entre si. Para que o lixamento esteja correto, é necessário 
que a amostra seja girada de 90º uma ou duas vezes em cada estágio e entre cada estágio. Em 
cada estágio, é necessário que se mantenha constante o ângulo de lixamento até que os riscos 
deixados pela lixa sejam visivelmente paralelos, eliminando-se os vestígios do estágio de 
lixamento anterior. Nesta situação, é importante que o corpo-de-prova seja lavado com água 
corrente antes de se fazer alteração na direção do lixamento e entre cada um dos estágios para 
que não se carregue partículas abrasivas. Como o lixamento quase sempre é feito de modo 
manual, o principal cuidado é garantir que se aplique pressão “normal” à peça e evitar a 
tendência, natural do movimento manual, de forçar mais contra a lixa a aresta que avança, na 
direção de movimento da peça. Geralmente, a seqüência de lixamento de acabamento envolve 
lixas de granulação 220, 320, 400 e 600. 
 O polimento é realizado com abrasivos de granulometria muito pequena, utilizando-se 
como lubrificante água ou álcool absoluto, sobre um disco recoberto por tecido macio, como o 
feltro. O melhor polimento é conseguido utilizando-se como abrasivo pó de diamante ou 
alumina. Após o término do lixamento de acabamento com a lixa 600, e tendo sido a superfície 
 
do corpo-de-prova cuidadosamente lavada com água corrente e álcool absoluto, seca sob ar 
quente e limpa com algodão hidrófilo, o corpo-de-prova amostra é colocado na politriz com o 
abrasivo e o lubrificante. A rotação da politriz deve permanecer entre 150 e 250 rpm. 
 O corpo-de-prova deve ser girado sobre o disco da politriz de modo que não haja direção 
preferencial nessa operação. A pressão sobre o corpo-de-prova deve ser a menor possível e o 
tempo necessário para o polimento é de alguns minutos. 
 A superfície do corpo-de-prova após o correto polimento deve estar completamente livre 
de riscos de lixamento, devendo estar quase espelhada, com rugosidade mínima. Tal 
espelhamento pode ser observado após cuidadosa limpeza com álcool absoluto, algodão hidrófilo 
e secagem com ar quente. A superfície não deve ser tocada para evitar a oxidação da mesma. 
 
ATAQUE QUÍMICO 
 O exame ao microscópio da superfície polida de um corpo-de-prova revela somente 
algumas características estruturais como inclusões, trincas e outras imperfeições físicas 
(incluindo-se defeitos no polimento propriamente dito). O ataque químico é utilizado para 
destacar e algumas vezes identificar características microestruturais ou fases presentes nas 
amostras. Os reagentes utilizados no ataque químico ou reativos são em geral ácidos diluídos ou 
álcalis diluídos em água, álcool ou outro tipo de solvente. O ataque químico ocorre quando o 
ácido ou a base entra em contato com a amostra, corroendo-a devido à diferentes taxas de 
corrosão dos diversos microconstituintes e sua orientação. 
O processo de ataque químico consiste no contato entre a face preparada da amostra com 
o reativo apropriado. Este contato pode ser feito por imersão (mergulho), por aplicação (com 
chumaço de algodão ou pincel) e por impressão direta de Baumann (papel fotográfico umedecido 
com reativo e aplicado sobre a superfície do corpo-de-prova). Conforme sua duração e 
profundidade, os ataques classificam-se em lentos ou profundos e rápidos ou superficiais, sendo 
estes últimos os mais utilizados. A duração do ataque depende da concentração do reativo e da 
natureza e estrutura do material a ser analisado. Terminado o ataque, lava-se imediatamente a 
superfície do corpo-de-prova com álcool. Em seguida, procede-se à secagem passando chumaço 
de algodão umedecido com álcool e submetendo a um fluxo de ar quente. 
 Após a adequada preparação do corpo-de-prova, é feita a observação ao microscópio. 
Como conseqüência da ação do reativo, surge um contraste estabelecido entre as áreas de 
composição química diferente ou entre as áreas com estrutura metalográfica diferente (diferenças 
de fases, sua fração volumétrica, diferenças de tamanho e orientação cristalográfica). O contraste 
decorre do fato de certas regiões escurecerem mais do que outras. Por exemplo, no caso de aços-
 
carbono, os quais representam o tipo mais simples de aço em termos de composição química, o 
ataque geralmente é realizado com um reativo denominado de Nital, uma solução de 1 a 5% de 
ácido nítrico diluído em álcool etílico. Neste caso, o reativo ataca principalmente os contornos de 
grãos e as fases ricas em carbono, as quais se apresentam mais escuras, como apresentado na 
figura a seguir. 
 
 
 
Figura 28. Aspecto da microestrutura de um aço-carbono em microscópio óptico após a sua 
preparação metalográfica. 
 
 
 Neste caso, a micrografia obtida apresenta vários detalhes da microestrutura do material: 
heterogeneidades do material, suas fases, sua distribuição, tamanho e contornos dos grãos, entre 
outros. 
Quando a obtenção da imagem (macrografia ou micrografia) é realizada por exigência de 
alguma