CIÊNCIA DOS MATERIAIS II Obteção do Ferro gusa e ferro fundido

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CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
1 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Obtenção do ferro gusa e ferro fundido
Introdução
O elemento químico ferro é o metal mais usado para as construções mecânicas. Nesta 
unidade, estudaremos como ele é extraído do minério e transformado em ferro gusa e 
depois em ferro fundido. Na próxima unidade (Aço), estudaremos como o ferro gusa se 
transforma em aço.
Obtenção do ferro gusa
Os minérios de ferro são rochas que contêm óxidos de ferro ou carbonatos de ferro 
agregados a quartzo, argila, composto de enxofre, fósforo, manganês.
Minério Designação química Fórmula química Conteúdo de Fe
Magnetita Óxido ferroso férrico Fe3O4 60...70%
Hematita roxa Óxido de ferro anidro Fe4O3 40...60%
Hematita parda ou 
limonita
Óxido de ferro hidratado 2Fe2O3 + 3H2O 20...45%
Siderita Carbonato de ferro FeCO3 30...45%
Antes da fusão do minério no alto-forno para a obtenção do ferro gusa, o minério deve 
ser britado (quebrado). As impurezas pétreas são separadas por flotação e, em 
seguida, elimina-se a umidade e parte do enxofre. Os minérios de granulometria fina 
são compactados formando briquetes.
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Transformação do minério em metal
A transformação do minério em metal é feita no alto-forno que é um forno de cuba com 
uma altura de 30 a 80m e um diâmetro máximo de 10 a 14m.
Neste forno entra o minério e sai o ferro gusa que contém 5 – 6% de carbono,  3% de 
silício (Si),  6% de manganês (Mn) assim como altos teores de enxofre e fósforo. Um 
teor alto de carbono, enxofre e fósforo tornam o ferro gusa muito frágil, não forjável e 
não soldável.
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Alto-forno (funcionamento)
A transformação do minério em ferro gusa é feita em dois movimentos: o movimento 
descendente de carga (sólidos) em oposição ao movimento ascendente dos gases.
Alto-forno
As cargas introduzidas na goela do alto-forno para ser obtido o ferro gusa são as 
seguintes:
 Minério
Óxido de ferro (Fe2O3) quebrado e aglomerado.
 Coque metalúrgico
Possui grande resistência ao esmagamento e uma excelente
Porosidade para deixar passar a corrente gasosa.
 Fundente adicional
Permite a separação do metal da ganga numa temperatura relativamente baixa. A 
composição do fundente depende da natureza da ganga.
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O ferro gusa que sai do alto-forno 
pode ser solidificado em pequenos 
lingotes que servirão de matéria-
prima para uma segunda fusão, de 
onde resultará o ferro fundido, ou o 
gusa poderá ser transportado líquido 
(carro torpedo) para a aciaria.
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Ferro fundido
É uma liga de ferro carbono com um teor de carbono de 2% a 4,5%. Esse material se 
caracteriza frente ao aço por um ponto de fusão mais baixo e uma moldabilidade mais 
fácil. Portanto, para peças de forma complicada, a fundição em ferro fundido é mais 
econômica do que a fundição em aço.
O ferro gusa é transformado numa segunda fusão em ferro fundido (FoFo). Esta fusão 
é feita em fornos tipo cubilô ou forno elétrico.
A carga desses fornos é formada de lingotes de ferro gusa, sucata de aço e ferro 
fundido, coque e fundente (calcário), podem-se também adicionar elementos de liga 
como o cromo, níquel ou molibdênio. Através desta segunda fusão, obtém-se uma 
estrutura mais densa com a granulação mais fina e uniforme.
Forno cubilô
O forno cubilô é um forno de cuba, cilíndrico com um diâmetro de aproximadamente 
um metro, e uma altura de seis a oito metros.
Compõe-se de uma camisa de 
chapa de aço revestida com um 
material refratário. Esse forno é 
carregado por cima, como o alto-
forno.
Forno cubilô
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Após o aquecimento, quando se encontra no estado líquido, o ferro fundido acumula-
se em um cadinho, na parte inferior, e, em seguida, é feita a corrida. O ferro fundido é 
vertido em uma caçamba de fundição e transportado até os moldes onde são fundidas 
as peças.
Tipos de ferro fundido
O carbono contido no ferro fundido pode estar combinado com o ferro formando a 
cementita que é dura e quebradiça e apresenta uma fratura clara (ferro fundido 
branco).
Quando o carbono está separado do ferro formando veios de grafite, apresenta uma 
fratura cinzenta (ferro fundido cinzento).
A quantidade e o tamanho dos veios de grafite que se formam dependem da 
composição química e da velocidade de resfriamento.
Aumentando o teor de silício e diminuindo a velocidade de resfriamento, há maior 
formação de grafite. No entanto, se aumentarmos o teor de manganês e a velocidade 
de resfriamento, o carbono ficará combinado com o ferro formando a cementita.
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Ferro fundido cinzento (GG)
Nesse tipo de ferro fundido, o carbono se apresenta na forma de veios de grafite. 
Esses veios de grafite (lamelas) são formados devido a um resfriamento lento no 
momento da fundição e/ou devido à composição química do material (alto teor de 
silício).
O ferro fundido cinzento ou lamelar (GG ou GGL) é, comercialmente, barato e tem as 
seguintes características quanto ao processo de fabricação:
 Funde-se com facilidade
 Contrai-se pouco ao esfriar
 Tem pouca tendência a formar vazios internos
 Apresenta boa usinabilidade
O ferro fundido cinzento apresenta também as seguintes propriedades mecânicas:
 Fragilidade (resiste pouco às solicitações por choque)
 Resistência baixa a tração (causada pelos veios de grafite)
 Boa capacidade de deslizamento (melhor que a do aço)
 Resistência a compressão elevada
 Grande poder de amortecimento interno de vibrações mecânicas
A resistência a compressão e o poder de amortecimento de vibrações tornam o ferro 
fundido cinzento ideal para confecções de carcaças de motores e corpos de máquinas.
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Ferro fundido nodular (GGG)
Se se adicionam, na hora do vazamento do ferro fundido na panela, ligas de magnésio 
(níquel-magnésio ou ferro-silício-magnésio), o grafite não se agregará sob a forma de 
lamelas e sim sob a forma de glóbulos. Por essa razão esse ferro fundido é chamado 
globular ou nodular.
O grafite estando na forma globular proporciona ao ferro fundido maior resistência a 
tração, flexão e alongamento.
Outra característica do ferro fundido nodular é que ele resiste bem a agentes químicos 
e ao calor. Por isso é muito usado em tubos e fornos de indústrias químicas, em 
máquinas agrícolas, na construção de tratores e automóveis, na construção de 
bombas e turbinas.
Ferro fundido branco ou duro (GH)
Nesse tipo de ferro fundido, o carbono está sempre combinado com o ferro, formando 
um componente duro na estrutura – a cementita (Fe3C).
Composição típica de ferro fundido duro
C...................................2,8 a 4,0%
Si..................................0,2 a 1,0%
Mn................................0,6 a 1,5%
S...................................0,2 a 0,45%
P...................................0,15 máx.
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A cementita é formada devido a um resfriamento rápido do ferro fundido e devido à 
influência de elementos químicos: um teor de silício baixo e de manganês elevado.
Pela escolha adequada da composição química do ferro fundido e pelo controle da 
velocidade de resfriamento do metal no molde, é possível fazer uma peça onde a 
superfície seja de ferro fundido duro e o núcleo de ferro fundido cinzento.
Essas características são interessantes para alguns tipos de peças como, por 
exemplo, a roda de trem que deve ter resistência ao desgaste e, ao mesmo tempo, 
resistência a impactos.Ferro fundido maleável (GT)
O ferro fundido maleável é obtido a partir do ferro fundido branco que é submetido à 
maleabilização (tratamento térmico posterior à fundição) tornando-se, assim, bem 
tenaz, algo deformável e facilmente usinável.
Composição típica de um ferro fundido branco 
destinado a ser maleabilizado.
Carbono combinado...................3,0 a 3,50%
Si................................................0,50 a 0,80%
Mn..............................................0,10 a 0,40%
S................................................0,20 a 0,05%
P.................................................0,15% máx.
Distinguem-se dois tipos de ferro fundido maleável:
 Ferro fundido maleável branco
 Ferro fundido maleável preto
Ferro fundido maleável branco (GTW)
É próprio para a fabricação de peças pequenas de pequena espessura de parede.
Essas peças são fundidas em ferro fundido branco e depois, por um longo tratamento
térmico de descarbonetação, reduz-se o teor de carbono da superfície da peça de 2 a 
4% para 1 a 1,5% (com isso conseguimos um material menos frágil).
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O tratamento de descarbonetação consiste em colocar as peças fundidas em ferro 
fundido branco em caixas contendo óxidos de ferro finamente granulado. Depois, 
colocamos essas caixas em fornos a temperatura de 900 a 10500C durante dois a 
cinco dias. Ou segundo procedimentos mais modernos, a peça é aquecida em fornos 
elétricos ou a gás com uma atmosfera oxidante.
Através do aquecimento, o óxido de ferro se decompõe, liberando o oxigênio que irá 
reagir com o carbono contido na peça. Com isso se reduz o teor de carbono na 
superfície da peça de 2,5 a 3,5% para 0,5 a 1,8% C.
A profundidade de descarbonetação é limitada e por isso se emprega esse tratamento 
em peças de paredes delgadas de até 12mm.
Ferro fundido maleável preto (GTS)
Para a obtenção de ferro fundido maleável preto, faz-se um tratamento térmico de 
recozimento no ferro fundido branco (800 a 9000C durante vários dias) em uma 
atmosfera neutra, por exemplo, envolvendo a peça em areia.
Diagrama do tratamento térmico
Nesse caso, a cementita do ferro fundido branco se decompõe em grafite em forma de 
nódulos e ferrita. Esse tipo de tratamento não depende da espessura da parede da 
peça.
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Observação
Na figura seguinte, observamos um resumo de como são obtidos os vários tipos de 
ferros fundidos.
Obtenção dos vários tipos de ferro fundido
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Aços
Definição de aço
É uma liga de ferro e carbono que contém no máximo 2,0% de carbono, além de certos 
elementos residuais resultantes dos processos de fabricação.
Obtenção do aço
O ferro gusa que sai do alto-forno tem alto teor de carbono (3 a 5%) e elevado teor de 
impurezas como enxofre, fósforo, manganês e silício.
Para transformar o ferro gusa em aço, é necessário reduzir o seu teor de carbono (0 – 
2,0%), manganês, silício e eliminar, ao máximo, o seu teor de fósforo e enxofre. Para 
tanto, existem vários processos.
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Processo Bessemer e Thomas-Bessemer
O conversor Bessemer tem um revestimento 
de tijolos de sílica que não pode ser utilizado 
com ferro gusa rico em fósforo.
O conversor Thomas-Bessemer, por sua vez, 
tem um revestimento de tijolos de dolomita 
rica em cal adequada para trabalhar com ferro 
gusa rico em fósforo.
Em ambos os processos, Bessemer ou 
Thomas-Bessemer, reduz-se o teor de 
carbono do ferro gusa pela injeção de ar por 
orifícios que existem no fundo do conversor.
O ferro gusa líquido procedente do misturador 
é vertido no conversor em posição horizontal, 
adicionando-se cal ou dolomita.
Processo Bessemer e Thomas-Bessemer
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Colocando-se o conversor na posição vertical, o ar enriquecido com oxigênio é 
soprado durante dez a vinte minutos. Durante esse tempo o oxigênio reage com o 
carbono, e o silício, o manganês e a cal reagem com o fósforo formando a escória.
A escória do conversor Thomas-Bessemer é moída e utilizada como adubo por possuir 
alto teor de fósforo.
Produtos do conversor Bessemer e Thomas-Bessemer
 Aço ao carbono não-ligados.
Conversor a oxigênio (LD)
Nos conversores a oxigênio, é fabricada mais 
de 50% da produção mundial de aço. No 
Brasil, eles são também amplamente 
utilizados.
A carga desse conversor é constituída de 
ferro gusa líquido, sucata de ferro, minério de 
ferro e aditivos (fundentes).
Com uma lança refrigerada com água, injeta-
se oxigênio puro a uma pressão de 4 a 12bar 
no conversor.
Processo conversor a oxigênio (LD)
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A oxidação do carbono e dos acompanhantes do ferro libera grande quantidade de 
calor. Para neutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-
se sucata ou minério de ferro.
Pela adição de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o manganês, 
silício, fósforo e enxofre unem-se formando a escória.
Para aumentar a qualidade do aço, adicionam-se os elementos de liga no final ou 
quando o aço está sendo vertido na panela.
Os aços produzidos no LD não contêm nitrogênio pois não se injeta ar, daí a alta 
qualidade obtida. Esse conversor oferece vantagens econômicas sobre os conversores 
Thomas-Bessemer e Siemens-Martin.
Produtos do conversor a oxigênio (LD)
 Aços não-ligados
 Aços para cementação
 Aços de baixa liga
Conversor Siemens-Martin
O forno Siemens-Martin é um forno de câmara fixo. A carga do forno pode ser 
constituída de 70% de sucata de aço e o resto de ferro gusa e fundentes (cal) para 
formar a escória.
Representação esquemática de um forno Siemens-Martin
A temperatura de fusão é de 18000C, que se consegue pela queima de gás ou óleo.
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Os gases produzidos pela combustão saem do forno e passam, através de um 
empilhamento de tijolos, pela parte inferior do forno (recuperador) onde cedem calor 
dirigindo-se depois para a chaminé. A cada vinte minutos mais ou menos, o sentido 
dos gases é invertido de modo que o ar passe pelo recuperador que está aquecido.
Produtos do conversor Siemens-Martin
 Aços carbono não-ligados
 Aços de baixa liga
 Aços-ferramenta que não exigem alta qualidade
Forno elétrico
Os aços finos, em particular os altamente ligados, são obtidos em fornos elétricos.
Com o aço vindo do conversor a oxigênio ou Siemens-Martin e mais sucata 
selecionada alimenta-se o forno elétrico. Nesse forno, o aço é purificado e adicionam-
se os elementos de liga desejados. Como a geração de calor se dá por uma corrente 
elétrica, não existe nenhuma chama de gás que desprenda enxofre.
Existem dois tipos de fornos elétricos para a produção de aço:
 Forno de arco voltaico
 Forno de indução
O forno de arco voltaico tem dois ou três 
eletrodos de carvão. Ao ligar, a corrente 
elétrica salta em arco voltaico das barras de 
carvão passando pelo material a fundir. A 
temperatura obtida neste processo é da ordem 
de 36000C, o que torna possível fundir 
elementos de liga como o tungstênio 
(temperatura de fusão 33700C) ou molibdênio 
(temperatura de fusão 26000C).
Forno de arco voltaico
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No forno de indução a corrente alternada passa por uma bobina situada ao redor de 
um cadinho, com isto se induzem correntes parasitas no material a fundir que aquecem 
o banho. Esse forno é empregado para fabricação de aços altamente ligados e de ferro 
fundido nodular.
Forno de indução
Solidificação do aço
Os aços produzidosnos conversores são colocados em panelas e destas panelas são 
vertidos em moldes de fundição ou em lingoteiras onde se solidificam em forma de 
lingotes quadrados ou redondos.
Esses lingotes serão transformados em 
produtos semi-acabados por meio de 
prensagem, forjamento ou laminação em 
chapas, barras de perfil L, U, redondas, 
sextavadas, etc.
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O aço líquido dentro do molde começa a se solidificar das paredes para o centro da 
peça. Com o processo de solidificação, há a formação de gases devido a reações 
químicas, tais como decomposição da água em hidrogênio e oxigênio, reação do 
carbono com o óxido de ferro gerando ferro e gás carbônico.
As bolhas de gás ascendentes originam um forte movimento do aço que ainda está 
líquido, com isto os gases, o fósforo, o enxofre, o silício são deslocados para o interior 
do bloco que irá se resfriar por último. A esse processo chamamos segregação.
Lingote com massalote
As acumulações de fósforo no aço produzem fragilidade (perigo de ruptura na 
conformação a frio). As acumulações de enxofre no aço ocasionam fragilidade a 
quente (perigo de ruptura na laminação ou no forjamento). Altos teores localizados de 
W, Ti, Mo produzem pontos duros que podem ocasionar a ruptura das peças.
Aços fundidos acalmados
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Para evitar o acúmulo de gases no interior do aço, são adicionados alumínio, silício ou 
manganês ao se fundir ou vazar o aço. O oxigênio se une a esses elementos formando 
óxidos metálicos que não podem ser reduzidos pelo carbono (equação  2FeO + Si + 
2Fe + SiO2). Obtém-se por meio desse processo um aço acalmado.
O aço solidificado acalmado possui uma boa homogeneidade e , desta forma, diminui-
se a segregação. Os aços de qualidade são sempre acalmados, pois caso contrário o 
oxigênio oxidaria os componentes da ligação.
Bolhas e cavidades em lingotes de aço
Tratamento a vácuo
Os gases absorvidos pelo aço líquido são 
prejudiciais, por isso aços ligados de alta 
qualidade devem ser desgaseificados.
Os óxidos (de ferro ou elementos de liga) 
tornam o aço quebradiço; o nitrogênio 
produz envelhecimento; o hidrogênio 
produz fortes tensões e pequenas trincas 
entre os cristais.
Para desgaseificar o aço líquido se 
emprega o tratamento a vácuo. A figura 
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seguinte mostra dois tipos desse 
tratamento.
Tratamento a vácuo
Os aços que passam por esse processo apresentam maior grau de pureza, o que 
resulta em maior tenacidade e melhor resistência à fadiga.
Refusão elétrica sob escória
Por esse processo, um bloco de aço ligado fundido em forno elétrico se torna um 
eletrodo e goteja através de uma escória, desembocando em uma coquilha de cobre 
refrigerada por água. A escória faz a vez de uma resistência elétrica, gerando calor 
necessário para a fusão, ao ser percorrida pela corrente elétrica.
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Nessa escória, são retidas ao mesmo tempo as substâncias não desejadas e os gases 
dissolvidos no aço.
Por esse processo, obtêm-se blocos (tarugos) de aço altamente ligados com uma 
textura uniforme sem segregação ou inclusões.
Influência dos elementos de liga nos aços
Devido às necessidades industriais, a pesquisa e a experiência possibilitaram à 
descoberta de aços especiais, mediante a adição e a dosagem de certos elementos no 
aço carbono.
Conseguiram-se assim aços-liga com características como resistência a tração e a 
corrosão, elasticidade, dureza, etc. bem melhores do que as dos aços ao carbono 
comuns.
Influência dos elementos de liga nas propriedades do aço
N
ão
-m
et
ai
s
Elemento Eleva Abaixa
Carbono C Resistência, dureza, temperabilidade Ponto de fusão, tenacidade, 
alongamento, soldabilidade e 
forjabilidade
Silício Si Elasticidade, resistência a tração, profundidade de 
têmpera, dureza a quente, resistência a corrosão, 
separação da grafite no ferro fundido
Soldabilidade
Fósforo P Fluidez, fragilidade a frio, resistência a quente Alongamento, resistência a 
choque
Enxofre S Quebra de cavaco, viscosidade Resistência a choque
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M
et
ai
s
Manganês Mn Profundidade de têmpera, resistência a tração, 
resistência a choque, resistência a desgaste
Facilidade de ser transformado 
(laminado, trefilado); separação da 
grafite no ferro fundido
Níquel Ni Tenacidade, resistência a tração, resistência a 
corrosão, resistência elétrica, resistência a quente, 
profundidade de têmpera
Dilatação térmica
Cromo Cr Dureza, resistência a tração, resistência a quente, 
temperatura de têmpera, resistência a frio, resistência a 
desgaste, resistência a corrosão
Alongamento (em grau reduzido)
Vanádio V Resistência a fadiga, dureza, tenacidade, resistência a 
quente
Sensibilidade ao aparecimento de 
trincas por aquecimentos 
sucessivos
Molibdênio Mo Dureza, resistência a quente, resistência a fadiga Alongamento, forjabilidade
Cobalto Co Dureza, capacidade de corte, resistência a quente Tenacidade, sensibilidade ao 
aparecimento de trincas por 
aquecimentos sucessivos
Tungstênio W Dureza, resistência a tração, resistência a corrosão, 
temperatura de têmpera, resistência a quente, resistência 
a desgaste
Alongamento (em grau reduzido)
Classificação dos aços
Podemos classificar os aços segundo a sua aplicação em:
 Aços de construção em geral
 Aços para tornos automáticos
 Aços para cementação
 Aços para beneficiamento
 Aços para nitretação
 Aços inoxidáveis
 Aços para ferramentas
- para trabalho a frio
- para trabalho a quente
- aços rápidos
Aços de construção em geral
Os aços de construção em geral são aços básicos não-ligados que são selecionados 
pela sua resistência a tração e pelo seu limite de elasticidade, ou são aços não-ligados 
de qualidade que devem satisfazer a exigências tais como forjabilidade e soldabilidade. 
Nesse último caso, são controlados os teores de carbono, fósforo e enxofre.
As aplicações comuns desses aços são em construção de edifícios, pontes, 
depósitos, automóveis e máquinas.
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Norma DIN
Aços para torno automático
São aços de qualidade não-ligados ou de baixa liga utilizados na fabricação de peças 
em tornos automáticos e devem desprender cavacos quebradiços e curtos.
Esta propriedade (cavaco curto) obtém-se mediante um teor conveniente de enxofre. 
Os aços para tornos automáticos contêm: 0,07 a 0,65% de carbono, 0,18 a 0,4% de 
enxofre, 0,6 a 1,5% de manganês, 0,05 a 0,4% de silício e, quando se pede uma 
melhor fragilidade do cavaco e superfícies lisas, o aço deve conter, além dos 
elementos já citados, 0,15 a 0,3% de chumbo.
Exemplos:
10 S 20
11 S Mn 28
11 S Mn Pb 28
35 S 20
Aços para cementação
São aços com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) que, por meio de um tratamento 
termoquímico, sofrem uma elevação de seu teor de carbono na superfície da peça a 
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fim de aumentar a dureza superficial conservando o núcleo tenaz para resistir a 
choques.
Trata-se de aços de qualidade não-ligados, aços finos ou aços finos ligados.
Na superfície da peça endurecida por cementação alcança-se uma dureza de 59 HRC.
Exemplos:
C 10
CK 10
16 Mn Cr 5
17 Cr Ni Mo 6
Aços para beneficiamento
São aços que, por meio de um tratamento térmico de beneficiamento (têmpera mais 
revenimento), consegue-se um aumento de resistência, dureza e tenacidade.
Os aços para beneficiamento não-ligados possuem um teor de carbono acima de 0,3% 
e só se pode beneficiar uma camada delgada. Quandose deseja beneficiar uma 
camada mais espessa, empregam-se aços para beneficiamento ligados.
As aplicações comuns desses aços são em: eixos, parafusos, engrenagens, molas.
Exemplos:
C 30
CK 60
42 Cr Mo 4
Aços para nitretação
São aços que, pela introdução de nitrogênio por meio de tratamento termoquímico, 
aumenta-se a dureza superficial das peças (até 67 HRC).
Esses aços contêm cromo, molibdênio e alumínio que favorecem a absorção do 
nitrogênio.
As aplicações comuns desses aços são em: engrenagens, matrizes de trabalho a 
quente.
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Exemplos:
31 Cr Mo 12
34 Cr A Ni 7
Aços inoxidáveis
São aços que possuem um teor mínimo de 12% de cromo e se caracterizam pela sua 
grande estabilidade frente a substâncias agressivas (água, ar, gases, ácidos e bases).
As aplicações comuns desses aços são na indústria química e na de alimentos e em 
aparelhos cirúrgicos, talheres, etc.
Exemplos:
X 3 Cr Ni 18 10
X 10 Cr Ni Mo Ti 18 12
X 5 Cr Ni 18 9
Aços para ferramentas
São os que se empregam para trabalhar outros materiais com ou sem a remoção de 
cavacos. São subdivididos em:
 Aços para trabalho a frio
 Aços para trabalho a quente
 Aços rápidos
Aços para trabalho a frio
Destinam-se à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a frio de aço, 
ferro fundido e metais não-ferrosos.
As principais propriedades destes aços são:
 Alta resistência a abrasão
 Elevada resistência de corte
 Alta tenacidade
 Alta resistência a choque
 Grande estabilidade dimensional
As aplicações comuns desses aços são em facas e punções de corte, estampos de 
dobramento, estampagem, cunhagem, matrizes, trefilação, etc.
Exemplos:
X 210 Cr 12
X 210 Cr W 12
X 155 Cr V Mo 12 1
Aços para trabalho a quente
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São aços que se destinam à fabricação de ferramentas utilizadas no processamento a 
quente de materiais.
Suas principais características são alta resistência a revenimento, elevada resistência 
mecânica a quente, boa tenacidade, grande resistência a abrasão em temperaturas 
elevadas, boa condutividade térmica, elevada resistência a fadiga e boa resistência à 
formação de trincas provocadas por aquecimento e resfriamentos sucessivos.
As aplicações comuns desses aços são em matrizes de forjamento, matrizes para 
fundição de latão ou alumínio sob pressão, matrizes para extrusão a quente, etc.
Exemplos:
X 37 Cr Mo W 5 1
X 40 Cr Mo V 5 1 
50 Ni Cr 13
Aços rápidos
São aços onde os elementos de liga formam carbonetos complexos que são duros e 
resistentes ao desgaste e a altas temperaturas.
Norma DIN
A seqüência dos componentes é sempre a mesma: W – Mo – V – Co
Exemplo:
S - 6 - 5 -
2 - 5
   
 
aço rápido 6% W 5% Mo 2% V 5% Co
São assim designados pela sua capacidade de usinar metais com velocidade de corte 
maiores do que as possíveis com aços ferramenta ao carbono.
As aplicações comuns desses aços são em: bits, fresas, brocas especiais, machos, 
brochas.
Normas
ABNT – SAE – AISI
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A ABNT se baseou nos sistemas americanos SAE e AISI, resultando a norma NBR 
6006.
Aço é a liga composta de ferro (Fe) e carbono (C). Contém, ainda, pequenas 
porcentagens de manganês (Mn), silício (Si), enxofre (S) e fósforo (P), que são 
considerados elementos residuais do processo de obtenção.
O elemento que exerce maior influência é o carbono e o seu teor nos aços ao carbono 
varia de 0,008 a 2% C aproximadamente.
O aço é representado por um número como nos exemplos abaixo.
Exemplos:
Os aços mais usados industrialmente possuem teores de carbono que variam entre 0,1 
a 0,95%C, ou seja, aço 1010 a 1095. Acima de 0,95%C são considerados como aços 
ao carbono especiais.
Para fins de aplicações industriais e de tratamentos térmicos, os aços ao carbono 
classificam-se em:
 Aços de baixo teor de carbono 1010 a 1035
 Aços de médio teor de carbono 1040 a 1065
 Aços de alto teor de carbono 1070 a 1095
A tabela seguinte apresenta aços ao carbono para construção mecânica.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
28 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Classificação ABNT dos aços ao carbono
Designação Carbono % Manganês %
1006 A
1008 A
1010 A
1015 A
1020 A
1025 A
1026 A
1030 A
1035 A
1038 A
1040 A
1041 A
1043 A
1045 A
1050 A
1060 A
1070 A
1080 A
1090 A
1095 A
0,08 max
0,10max
0,08 – 0,13
0,13 – 0,18
0,18 – 0,23
0,22 – 0,28
0,22 – 0,28
0,28 – 0,34
0,32 – 0,38
0,35 – 0,42
0,37 – 0,44
0,36 – 0,44
0,40 – 0,47
0,43 – 0,50
0,47 – 0,55
0,55 – 0,66
0,65 – 0,76
0,75 – 0,88
0,85 – 0,98
0,90 – 1,03
0,25 – 0,40
0,25 – 0,50
0,30 – 0,60
0,30 – 0,60
0,30 – 0,60
0,30 – 0,60
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
1,35 – 1,65
0,70 – 1,00
0,60 – 0,90
0,70 – 1,00
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,60 – 0,90
0,30 – 0,50
A tabela seguinte apresenta a classificação dos aços-liga, segundo ABNT.
Classificação ABNT dos aços-liga
Designação C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo %
1340
4130
4135
0,38 – 0,43
0,28 – 0,33
0,33 – 0,38
1,60 – 1,90
0,40 – 0,60
0,70 – 0,90
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,80 – 1,10
0,80 – 1,10
-
-
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
29 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
4140
4320
4340
5115
5120
5130
5135
5140
5160
E52100
6150
8615
8620
8630
8640
8645
8650
8660
E9315
0,38 – 0,43
0,17 – 0,22
0,38 – 0,43
0,13 – 0,18
0,17 – 0,22
0,28 – 0,33
0,33 – 0,38
0,38 – 0,43
0,55 – 0,65
0,95 – 1,00
0,48 – 0,53
0,13 – 0,18
0,18 – 0,23
0,28 – 0,33
0,38 – 0,43
0,43 – 0,48
0,40 – 0,53
0,55 – 0,65
0,13 – 0,18
0,75 – 1,00
0,45 – 0,65
0,60 – 0,80
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,60 – 0,80
0,70 – 0,90
0,75 – 1,00
0,25 – 0,45
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,75 – 1,00
0,75 – 1,00
0,75 – 1,00
0,75 – 1,00
0,45 – 0,65
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,20 – 0,35
0,80 – 1,10
0,40 – 0,60
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
0,80 – 1,10
0,80 – 1,05
0,70 – 0,90
0,70 – 0,90
1,30 – 1,60
0,80 – 1,10
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
0,40 – 0,60
1,00 – 1,40
-
1,65 – 2,00
1,65 – 2,00
-
-
-
-
-
-
-
-
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
0,40 – 0,70
3,00 – 3,50
0,15 – 0,25
0,20 – 0,30
0,20 – 0,30
-
-
-
-
-
-
-
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,15 – 0,25
0,08 – 0,15
O tipo 6150 tem 0,15% de vanádio
A tabela seguinte apresenta as classes de aços com suas respectivas composições 
segundo normas SAE – AISI – ABNT
Sistema SAE e AISI de classificação dos aços
Designação
Tipo de aço
SAE AISI
10XX
11XX
13XX
C 10XX
C 11XX
13XX
Aços-carbono comuns
Aços de usinagem (ou corte) fácil, com alto S
Aços-manganês com 1,75% de Mn
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
30 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
23XX
25XX
31XX
33XX
303XX
40XX
41XX
43XX
46XX
47XX
48XX
50XX
51XX
501XX
511XX
521XX
514XX
515XX
61XX
86XX
87XX
92XX
93XX
98XX
950
XXBXX
XXLXX
23XX
25XX
31XX
E 33XX
-
40XX
41XX
43XX
46XX
47XX
48XX
50XX
51XX
-
E511XX
E521XX
-
-
61XX
86XX
87XX
92XX
93XX
98XX
-
XXBXX
CXXLX
X
Aços-níquel com 3,5% de Ni
Aços-níquel com 5,0% de Ni
Aços-níquel-cromo com 1,25% de Ni e 0,65% de Cr
Aços-níquel-cromo com 3,50% de Ni e 1,57% de Cr
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Ni-Cr
Aços-molibdêniocom 0,25% de Mo
Aços-cromo-molibdênio com 0,50% ou 0,95% de Cr e 0,12%, 0,20% ou 0,25% de Mo
Aços-níquel-cromo-molibdênio, com 1,82% de Ni, 0,50% ou 0,80% de Cr e 0,25% de Mo
Aços-níquel-molibdênio com 1,57% ou 1,82% de Ni e 0,20 ou 0,25 de Mo
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,05% de Ni, 0,45% de Cr e 0,20% de Mo
Aços-níquel-molibdênio com 3,50% de Ni e 0,25% de Mo
Aços-cromo com 0,27%, 0,40% ou 0,50% de Cr
Aços-cromo com 0,80% a 1,05% de Cr
Aços de baixo cromo para rolamentos, com 0,50% de Cr
Aços de médio cromo para rolamentos, com 1,02% de Cr
Aços de alto cromo para rolamentos, com 1,45% de Cr
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr
Aços resistentes à corrosão e ao calor ao Cr
Aços-cromo-vanádio com 0,80% ou 0,95% de Cr e 0,10% ou 0,15% de V (min.)
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% ou 0,65% de Cr e 0,20% de Mo
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 0,55% de Ni, 0,50% de Cr e 0,25% de Mo
Aços-silício-manganês com 0,65%, 0,82%, 0,85% ou 0,87% de Mn, 1,40 ou 2,00% de Si e 0%, 
0,17%, 0,32% ou 0,65% de Cr
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 3,25% de Ni, 1,20% de Cr e 0,12% de Mo
Aços-níquel-cromo-molibdênio com 1,00% de Ni, 0,80% de Cr e 0,25% de Mo
Aços de baixo teor em liga e alta resistência
Aços-boro com 0,0005% de B min.
Aços-chumbo com 0,15% - 0,35% de Pb
A figura seguinte ilustra os principais meios de obter ferro fundido e aço.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
31 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
32 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Diagrama ferro-carbono
Liquefação e solidificação do ferro puro
Da mesma forma como foram apresentados os metais na unidade anterior, podemos 
apresentar a curva de solidificação (liquefação) do ferro puro, como mostra o gráfico 
seguinte.
Solidificação do ferro puro
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
33 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Existem quatro pontos de parada:
 A 1 5360C o ferro puro se solidifica em rede cúbica de corpo centrado (c.c.c.), 
chamada ferro  (delta) e assim permanece até 1 3920C.
 A 1 3920C o ferro muda de estrutura para a estrutura cúbica de face centrada 
(c.f.c.) chamada ferro  (gama) ou austenita.
 Abaixo de 9110C o ferro muda de estrutura novamente para a cúbica de corpo 
centrado (c.c.c.) chamada ferro  (alfa).
 Abaixo de 7690C o ferro é magnético. Isso ocorre devido a um rearranjo dos 
elétrons de cada átomo.
A distância entre os átomos na estrutura c.f.c. é maior do que na estrutura de c.c.c., 
portanto nesse estado é mais fácil aceitar átomos estranhos, como por exemplo, 
átomos de carbono.
A esse fenômeno damos o nome de solubilidade no estado sólido.
O ferro puro raramente é usado, o mais comum é estar ligado com o carbono. Em 
função da adição de carbono no ferro puro, as temperaturas de transformação irão se 
alterar conforme veremos a seguir.
Diagrama ferro-carbono
O diagrama ferro-carbono pode ser dividido em três partes:
- de 0 a 0,05%C – ferro puro
- de 0,05 a 2,06%C – aço
- de 2,06 a 6,7%C – ferro fundido
Construção do diagrama ferro-carbono
O diagrama ferro-carbono é fundamental para facilitar a compreensão sobre o que 
ocorre na têmpera, no recozimento e nos demais tratamentos térmicos.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
34 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Para melhor entendermos o diagrama completo, que será visto no fim da unidade, 
façamos uma série de experiências com seis corpos de provas conforme tabela 
seguinte.
Corpo de prova Teor de carbono (%)
1 0,2
2 0,4
3 0,6
4 0,86
5 1,2
6 1,4
Aquecemos os corpos de prova com aplicação constante de calor e medimos em 
intervalos regulares (cada cinco minutos) a temperatura dos corpos de prova. Já 
sabemos que a característica da curva é semelhante à das outras ligas.
No corpo de prova no 1 com 0,2% de C, 
observamos que há uma variação na 
velocidade da elevação da temperatura a 
7230C (Ac1) e a 8600C (Ac3) – que 
chamamos de ponto de parada.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
35 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Determinando as temperaturas Ac1 e Ac3 ou Accm dos outros corpos de prova, conforme 
figuras abaixo, poderemos construir parte do diagrama ferro-carbono simplificado, 
unindo todas as temperaturas Ac1 e todas as temperaturas Ac3, conforme veremos no 
exercício a seguir.
Exercício
1 Com base na tabela abaixo, construa o diagrama Fe – C simplificado (figura 
abaixo):
 Coloque no gráfico todos os pontos de parada.
 Trace uma linha ligando todos os pontos Ac1.
 Trace outra linha ligando todos os pontos Ac3 e Accm.
Observação
O diagrama Fe – C completo pode ser visto na figura “Diagrama ferro-carbono 
completo”.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
36 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Pontos de parada dos corpos de prova
Corpo de prova
Temperatura
Ac1
0C
Ac3 ou Accm
0C
1 723 AC3 = 860
2 723 AC3 = 820
3 723 AC3 = 775
4 723 ..........
5 723 ACcm = 890
6 723 ACcm = 990
Diagrama ferro-carbono (simplificado)
Estrutura do aço no resfriamento lento
O diagrama de fases encontrado na figura anterior corresponde ao diagrama de uma 
mistura de cristais como já foi visto na unidade Comportamento das ligas em função 
da temperatura e composição (diagrama de fases Pb – Sn) com a diferença que para 
o sistema Pb – Sn a transformação era líquido-sólido e neste diagrama (Fe – C) ocorre 
uma transformação de estrutura dentro do estado sólido.
A presença do carbono faz com que o ferro mude de estrutura cúbica de face centrada 
(austenita) para cúbica de corpo centrado (ferrita) a uma temperatura diferente de 
9110C.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
37 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Essa temperatura varia em função do teor de carbono no ferro e é representada no 
gráfico abaixo pela linha G – S – E .
Acima da linha G – S – E há uma solução com uma única fase: o ferro  + C = 
austenita.
Estrutura austenítica
Abaixo da linha G – S – E o ferro começa a mudar de estrutura, de cúbica de face 
centrada (ferro ) para cúbica de corpo centrado (ferro ).
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
38 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Como o ferro  não consegue dissolver todo o carbono, forma-se uma segunda fase 
que é a cementita (Fe3C) que contém 6,67% de C.
Estrutura da cementita
Fe3C
Abaixo da linha P – K, vamos ter uma solução sólida com duas fases – ferro  + 
cementita.
Agora vamos estudar novamente os corpos de prova.
Começamos com o corpo de prova nº 4 com 0,86% de carbono.
Aço eutetóide – 0,86% de C
Aço eutetóide
Este aço quando está acima de 7230C tem uma estrutura cúbica de face centrada 
(austenita) e todo o carbono está dissolvido nela.
Abaixo de 7230C o ferro muda de estrutura para cúbica de corpo centrado (ferrita).
A ferrita não consegue dissolver o carbono e por isso forma-se uma estrutura mista 
constituída de lâminas de ferrita (ferro puro) e lâminas de cementita (Fe3C). A essa 
estrutura dá-se o nome de perlita.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
39 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Micrografia de um aço eutetóide
mostrando a estrutura de perlita.
com 0,86% de carbono tem uma única temperatura de transformação e por isso ele é 
chamado também de aço eutetóide.
A figura anterior mostra um aço eutetóide visto ao microscópio, observa-se que 100% 
da estrutura é perlita.
Vamos agora estudar o corpo de prova no 3 com 0,6% de carbono.
Aço hipoeutetóide
O diagrama da figura abaixo 
indica que acima da linha G – S o 
aço apresenta-se com a estrutura 
do ferro  ou austenita.
Abaixo da linha G – S, tem início a transformação do ferro  (austenita) em ferro  
(ferrita).
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
40 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Como a ferrita não contém carbono, a austenita que ainda não se transformou, vai se 
enriquecendo de carbono.
Quando o aço atinge a temperatura de 7230C (linha P – S) a austenita que ainda não 
se transformou,transforma-se em perlita.
Na figura abaixo observamos a estrutura de um aço hipoeutetóide (carbono entre 
0,05% até 0,86%), constituído de ferrita (parte clara) e perlita (partes com lamelas).
Micrografia de um aço hipoeutetóide
com estrutura de ferrita e perlita.
Agora vamos estudar o corpo de prova no 5 com 1,2% de carbono.
Aço hipereutetóide
Os aços com teor de carbono acima de 0,86% até 2,06% são denominados aços 
hipereutetóides.
O diagrama da figura ao lado indica 
que acima da linha S – E o aço 
apresenta-se com a estrutura de 
ferro  (austenita).
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
41 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Abaixo da linha S – E, a austenita já não consegue dissolver todo o carbono e por isso 
começa a se formar cementita (Fe3C) que contém 6,7% de carbono. Essa cementita 
vai se localizar nos contornos dos grãos de austenita. A austenita por sua vez vai se 
empobrecendo de carbono.
Ao atingir 7230C no resfriamento, tem-se cementita (Fe3C) e austenita com 0,86%C. Ao 
abaixar mais a temperatura, essa austenita se transforma em perlita (lamelas de ferrita 
+ cementita).
Na figura seguinte vemos um aço hipereutetóide onde observamos a perlita e a 
cementita (parte clara) nos contornos dos grãos.
Micrografia de um aço hipereutetóide
com estrutura de perlita e cementita.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
42 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
O diagrama de equilíbrio ferro-carbono
Na figura seguinte apresentamos o diagrama de equilíbrio Fe – C completo.
Diagrama ferro-carbono completo
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
43 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Exercícios
1 A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa 
um aço com 0,4%C ao ser resfriado.
Complete o quadro abaixo informando:
 Qual o estado físico?
 Quais as fases presentes?
 Comente qual é a estrutura do ferro e como se encontra o carbono.
Ponto
Temperatura 
aproximada
Estado físico
Fases 
presentes
Comentários
A > 1 5000C líquido líquida Todo o C dissolvido
B 15000C
C 14500C
D 14300C
E 10000C
F 8000C
G 7600C
H 7230C (T. crítica)
I < 7230C
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
44 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
2 A figura seguinte mostra as várias regiões do diagrama Fe – C pelas quais passa 
um aço 0,9%C ao ser resfriado.
Complete o quadro abaixo informando:
 Qual o estado físico?
 Quais as fases presentes?
 Comente qual a estrutura do ferro e como se encontra o carbono.
Ponto
Temperatura 
aproximada
Estado 
físico
Fases presentes Comentários
A > 1 6000C líquido líquida Todo o C dissolvido no Fe
B 1 4800C
C 1 4500C
D 1 3500C
E 1 0000C
F 7800C
G 7500C
H 7230C
I <7230C
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
45 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Considerações gerais
 Tudo o que foi dito com relação ao resfriamento vale também para o aquecimento.
 A condição para que essas transformações de estrutura ocorram é a baixa 
velocidade de resfriamento.
 Se resfriarmos um aço rapidamente, outras estruturas diferentes das descritas no 
diagrama Fe – C se formarão. Esse é o princípio dos Tratamentos térmicos, que 
veremos na próxima unidade.
Resumo
Ferrita
 Ferro na forma cúbica de corpo centrado.
 carbono é insolúvel na ferrita.
 É mole e dúctil.
Cementita
 Carbeto de ferro – a composição da cementita corresponde à fórmula Fe3C. Isso 
corresponde a um teor de carbono de 6,67%.
 É muito dura.
Perlita
 É uma combinação de ferrita e cementita.
 Possui um teor médio de carbono de 0,86%.
Austenita
 Ferro na forma cúbica de face centrada.
 Consegue dissolver até 2% de carbono.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
46 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Comportamento das ligas em função da 
temperatura e composição
Introdução à liquefação e solidificação dos metais
Toda matéria possui três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Fundamentalmente o 
que diferencia um estado do outro é o grau de agregação dos átomos. O sólido é um 
estado no qual os átomos estão fortemente ligados, já no estado líquido essa ligação 
não é tão forte e, no estado gasoso, essa ligação não existe.
A mudança de estados da matéria ocorre com ganho ou perda de energia (calor).
Para o estudo dos metais, o estado gasoso é pouco importante, portanto, trataremos 
apenas das fases sólida e líquida.
Ao fornecermos calor a um material sólido, sua fusão ocorre em duas fases bem 
distintas:
 Ao receber energia, os átomos aumentam sua vibração. Isso se traduz fisicamente 
em um aumento de temperatura do corpo, até o ponto de sua temperatura de 
fusão. Nesta altura os átomos ainda estão fortemente ligados.
 Uma vez atingido o ponto de fusão, inicia-se o enfraquecimento das ligações entre 
os átomos. Isso ocorre através do calor fornecido ao material.
O calor não mais servirá para aumentar as vibrações dos átomos, mas sim para 
enfraquecer as suas ligações, não haverá aumento em sua temperatura até que todas 
as ligações sejam enfraquecidas, tornando-se líquido o material.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
47 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Ao calor necessário para aumentar o estado de vibração dos átomos (aumentar a 
temperatura) chamamos de calor sensível.
Já o calor necessário para enfraquecer (ou destruir completamente, no caso de 
vaporização) as ligações atômicas é chamado calor latente.
Vamos usar o zinco para exemplificar esse processo.
No diagrama seguinte, coloca-se na coordenada vertical a temperatura (em 0C) e na 
coordenada horizontal, o tempo (em segundos).
Liquefação e solidificação do Zn
No aquecimento contínuo, a temperatura aumenta em função do tempo. Quando 
chegar ao ponto de sólido (4190C), o metal começa a se liquefazer. Apesar da mesma 
quantidade de calor recebida, a temperatura permanece constante, isso porque todo o 
calor é gasto pela mudança do estado de agregação. Esta zona horizontal é chamada 
ponto de parada.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
48 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
A temperatura voltará a aumentar somente quando todo o metal estiver liquefeito.
Embaixo do ponto sólido, o estado de agregação é sólido, acima do ponto de líquido, 
passa a ser líquido.
Na zona dos pontos de parada, o estado de agregação é líquido ou sólido.
No processo de resfriamento a seqüência ocorre na ordem inversa.
Ligas metálicas
Antes de falarmos sobre ligas metálicas, é importante definir o que vem a ser uma 
solução sólida.
Dá-se o nome de solução a uma mistura na qual não se consegue distinguir os seus 
diversos componentes.
Cada um dos componentes possíveis de serem distinguidos será chamado fase.
Uma solução que se encontra em estado sólido é chamada solução sólida.
Esquema de estrutura bifásica.
Uma fase é ferro puro (ferrita)
e a outra cementita.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Exemplo: nos aços temos uma solução sólida de Fe e C. Essa solução é chamada 
cementita.
 Ligas metálicas são misturas, em solução, de dois ou mais metais:
Exemplo: Cu – Ni
Cu – Zn (latão)
Cu – Sn (bronze)
Fe – C (aço)
Praticamente, todos os metais utilizados na indústria não são puros, mas sim ligas de 
uma ou mais fases.
Composição de ligas metálicas
Os diferentes elementos que 
compõem uma liga metálica são 
chamados componentes. Observe os 
exemplos seguintes.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Liquefação e solidificação da ligas
Solução sólida ou cristal misto
No processo de solidificação de uma liga de dois metais, que formam cristais mistos, a 
transformação do estado líquido para o estado sólido não se faz no ponto de parada, 
mas durante um intervalo de solidificação.
No ponto líquido começam a se formar os primeiros cristais mistos. A formação e o 
crescimento desses cristais continuam até o ponto sólido. Em temperaturasabaixo do 
ponto sólido, a liga está totalmente no estado sólido.
Os componentes de uma liga têm diferentes pontos líquidos e necessitam de 
diferentes quantidades de calor para a sua solidificação, portanto se variarmos as 
porcentagens dos elementos de ligas, variarão as temperaturas dos pontos líquidos e 
dos pontos sólidos.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Unindo todas as temperaturas de ponto líquido e todas as temperaturas de ponto 
sólido, obtemos o diagrama de fases.
Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu – Ni (cristais mistos)
Interpretação do diagrama de fases
Exemplo: para uma liga de 20% Ni e 80% Cu.
 A linha horizontal mostra a composição (em %). Quando temos 20% Ni, 
automaticamente teremos 80% Cu.
 Para cada composição temos uma temperatura inicial e uma final de solidificação.
 Para a liga com 80% Cu – 20% Ni, a solidificação inicia-se no ponto B e termina no 
ponto D, abaixo do qual a liga está totalmente sólida.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
52 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
 Acima do ponto B a liga está totalmente líquida.
 Para cada composição, temos então dois pontos que geram duas linhas, dividindo 
o diagrama em três partes.
 Para resfriamento, a linha chamada líquidus indica, para cada composição, a 
temperatura em que se inicia a solidificação e a sólidus, onde termina.
 Cada região do diagrama indica fases. Acima da linha líquidus, fase totalmente 
líquida, abaixo da linha sólidus – fase totalmente sólida, e, entre as duas, temos o 
intervalo de solidificação, onde estão presentes duas fases, sólida e líquida.
 Seguindo a linha ABCDE (figura anterior), traçada no diagrama, teremos para a liga 
80 Cu – 20 Ni o que está descrito na tabela a seguir.
Ponto
No de fases
presentes
Tipo da fase
Interpretação
da liga
A 1 líquida totalmente líquido
B 1 líquida inicia-se solidificação
C 2 líquida e sólida líquido – sólido
D 1 sólida final de solidificação
E 1 sólida totalmente sólido
Mistura de cristais
No processo de solidificação de uma liga de dois elementos que formam uma mistura 
de cristais, temos uma concentração definida, onde a curva de resfriamento dessa 
mistura é igual à curva de resfriamento de um metal puro.
Curva de resfriamento do eutético
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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A liga com essa concentração tem o ponto líquido mais baixo que todas as outras 
concentrações e é chamada de liga eutética.
Componentes
Temperatura de 
fusão
Temperatura de fusão do 
eutético
Ferro fundido
Ferro 96%
Carbono 4%
15350C
38400C
12000C
Solda prata
Cobre 55%
Prata 45%
10830C
9610C
6200C
Alumínio 
fundido por 
pressão
Alumínio 88%
Silício 12%
6600C
14140C
5770C
Chumbo duro
Chumbo 87%
Antimônio 13%
3270C
6300C
2510C
Na solidificação de uma liga que tem composição diferente da composição eutética, o 
elemento que está em maior proporção que a liga eutética começa a se solidificar até 
que a fase líquida atinja a composição eutética, ocorre então a solidificação da fase 
eutética em uma única temperatura.
Curva de resfriamento de concentração diferente do eutético
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Diagrama de fases de um sistema que forma mistura de cristais
Na figura abaixo vemos o diagrama de fases Pb – Sn que forma uma mistura de 
cristais.
A forma de obter este diagrama é análoga à do diagrama de fases de cristais mistos 
vista na figura “Desenvolvimento de um diagrama de fases para uma liga Cu-Ni 
(cristais mistos)”.
Combinações intermetálicas
A curva de resfriamento de uma combinação intermetálica corresponde à curva de um 
metal puro e será estudada no diagrama Fe-C, na unidade 5.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Tratamentos térmicos dos aços
Introdução
Os tratamentos térmicos consistem de aquecimento, tempo de permanência a 
determinada temperatura e resfriamento.
A estrutura de aço estudada na unidade anterior, no diagrama Fe – C só é obtida se o 
resfriamento for bem lento. Se o resfriamento for mais rápido, obtêm-se outras 
estruturas que estudaremos nesta unidade.
Fatores que influenciam nos tratamentos térmicos
Velocidade de aquecimento
A velocidade de aquecimento deve ser adequada à composição e ao estado de 
tensões do aço.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
56 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Como tendência geral o aquecimento muito lento provoca um crescimento excessivo 
dos grãos tornando o aço frágil.
Entretanto, um aquecimento muito rápido em aços ligados ou em aços com tensões 
internas (provocadas por fundição, forjamento, etc.) poderá provocar deformações ou 
trincas.
Temperatura de aquecimento
A temperatura de aquecimento deverá ser adequada para que ocorram as 
modificações estruturais desejadas . Se ela for inferior a essa temperatura, as 
modificações estruturais não ocorrerão; se for superior, ocorrerá um crescimento dos 
grãos que tornará o aço frágil.
Tempo de permanência na mesma temperatura
O tempo de permanência na mesma temperatura deve ser o suficiente para que as 
peças se aqueçam de modo uniforme em toda a secção, e os átomos de carbono se 
solubilizem totalmente.
Se o tempo de permanência for além do necessário, pode haver indesejável 
crescimento dos grãos.
Resfriamento
As estruturas formadas no diagrama de equilíbrio Fe – C só vão se formar se o 
resfriamento for muito lento.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
57 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Diagrama Fe – C
Para a austenita se transformar em ferrita, cementita e perlita não há só a necessidade 
de o ferro mudar de reticulado cristalino mas também envolve a movimentação dos 
átomos de carbono, através da austenita sólida, e isso leva algum tempo.
A austenita possui um reticulado cúbico de face centrada (c.f.c.) e consegue dissolver 
o carbono; já na ferrita (cúbico de corpo centrado – c.c.c.) o carbono é praticamente 
insolúvel.
Quando resfriamos rapidamente um aço ele se transforma de c.f.c. para c.c.c. e o 
carbono permanece em solução. Isso cria uma estrutura deformada, supersaturada de 
carbono que recebe o nome de martensita que é tetragonal e não cúbica.
Devido a essas microtensões criadas no reticulado cristalino pelo carbono é que a 
martensita é dura, resistente e não dúctil. 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Efeito do teor de carbono sobre a dureza de martensita
Nos tratamentos térmicos, variando as velocidades de resfriamento, obtemos 
diferentes estruturas e com isso obtemos diferentes dureza, resistência a tração, 
fragilidade, etc.
Com o auxílio do diagrama de transformação isotérmica também chamado de curva 
T.T.T. (tempo, temperatura, transformação), poderemos entender melhor os fenômenos 
que ocorrem quando o aço é resfriado a diferentes velocidades de resfriamento.
Curvas de velocidade de resfriamento
A austenita
E ferrita
P perlita
B bainita
M martensita
D dureza em HRC
Curva T.T.T.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Curva T.T.T.
A figura anterior mostra a curva T.T.T. do aço 43 MnCr6. Se esfriarmos esse aço 
lentamente, com a velocidade de esfriamento da curva V, obtém-se uma estrutura com 
15% de ferrita e 85% de perlita, que terá uma dureza de 22 rockwell C.
Se aumentarmos a velocidade de resfriamento, obtém-se uma estrutura mais fina e 
com maior dureza (curva IV).
Se resfriarmos como na curva II, obtém-se a estrutura de bainita que é uma estrutura 
intermediária entre a martensita e a perlita, isto é, é cementita dispersa em ferrita.
Com a velocidade de resfriamento da curva I, obtém-se uma estrutura de 100% de 
martensita que teráuma dureza máxima para esse aço (61HRC). Essa velocidade é 
chamada de velocidade crítica.
Os meios de resfriamento são os responsáveis pelas diferentes velocidades de 
resfriamento. O quadro seguinte apresenta em ordem decrescente de velocidade 
alguns meios de resfriamento.
Meios de resfriamento
Solução aquosa a 10% NaOH
Solução aquosa a 10% NaCl
Solução aquosa a 10% Na2CO3
Água 00C
Água a 180C
Água a 250C
Óleo
Água a 500C
Tetracloreto de carbono
Água a 750C
Água a 1000C
Ar líquido
Ar
Vácuo
Os elementos de liga no aço, de uma forma geral, diminuem a velocidade crítica de 
resfriamento para a formação da martensita.
Em linha cheia vê-se o 
diagrama T.T.T. de um aço 
1050 comum. Em linha 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
60 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
tracejada pode-se observar 
a influência da adição de 
0,25% molibdênio sobre o 
mesmo aço.
Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, 
ou mesmo o ar.
Recozimento
É o tratamento térmico realizado com a finalidade de alcançar um ou vários dos 
seguintes objetivos:
 Remover tensões de trabalhos mecânicos a frio ou a quente;
 Reduzir a dureza do aço para melhorar a sua usinabilidade;
 Diminuir a resistência a tração;
 Aumentar a ductilidade;
 Regularizar a textura;
 Eliminar efeitos de quaisquer tratamentos térmicos.
Recozimento total ou pleno
Consiste em aquecer o aço a mais ou menos 500C acima da linha G – S – K e manter 
esta temperatura o tempo suficiente para que ocorra a solubilização do carbono e dos 
outros elementos de liga no ferro gama (austenita). Em seguida, deve-se fazer um 
resfriamento lento.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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O resfriamento é feito dentro do próprio forno, controlando-se a velocidade de 
resfriamento.
Obtém-se desse recozimento uma estrutura de perlita grosseira que é a estrutura ideal 
para melhorar a usinabilidade dos aços de baixo e médio teor de carbono (0,2 a 0,6%); 
para aços com alto teor de carbono é preferível a estrutura de esferoidita que 
veremos no recozimento de esferoidização.
A figura seguinte mostra a curva T.T.T. do aço AISI 5140 com a curva de resfriamento 
do recozimento.
Curva T.T.T. de aço AISI 5140 com 0,43%C, 0,68%Mn e 0,93%Cr.
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Recozimento de esferoidização
O recozimento de esferoidização objetiva 
transformar a rede de lâminas de 
cementita em carbonetos mais ou menos 
esféricos ou esferoiditas. 
Esse tratamento melhora a usinabilidade e a ductilidade dos aços de alto teor de 
carbono.
Para ocorrer essa transformação, o aço deve ser aquecido a uma temperatura entre 
6800C a 7500C, em função do teor de carbono.
Processos de recozimento
Esta temperatura deve ser mantida o tempo suficiente para homogeneizar a 
temperatura em toda a peça e o resfriamento deve ser lento, cerca de 100C a 200C por 
hora.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Recozimento subcrítico
Consiste em aquecer o aço a uma temperatura entre 550 a 6500C (abaixo da zona 
crítica – figura a seguir) com a finalidade de promover uma recristalização em peças 
que foram deformadas a frio (laminação, forjamento) ou para aliviar tensões internas 
provocadas nos processos de soldagem, corte por chama, solidificação de peças 
fundidas.
Normalização
A normalização consiste em aquecer as peças 200C a 300C acima da temperatura de 
transformação (linha G – S – E) e resfriá-las mais rápido que no recozimento porém 
mais lento que na têmpera. O mais comum é um resfriamento ao ar.
Temperatura para normalização
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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O objetivo deste tratamento é obter uma granulação mais fina e uniforme dos cristais, 
eliminando as tensões internas.
A normalização é usada em aço, após a fundição, forjamento ou laminação e no ferro 
fundido após a fundição.
Têmpera dos aços
A têmpera é um tratamento térmico que executamos em um aço quando desejamos 
aumentar sua dureza e resistência mecânica. Conseguimos isso mudando a estrutura 
do aço (de ferrita + perlita) para uma estrutura martensítica.
A operação consiste basicamente em três etapas:
 Aquecimento
 Manutenção de uma determinada temperatura
 Resfriamento
Aquecimento
O aço deve ser aquecido em torno de 500C acima da zona crítica (linha G – S – K – 
figura ao lado) para que nos aços hipoeutetóides a perlita e a ferrita se transformem 
em austenita.
Temperatura de têmpera
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Para os aços hipereutetóides, a temperatura pode ser mais baixa ( 500C acima da 
linha S – K – figura acima). Nessa temperatura a perlita se transforma em austenita e a 
cementita já é um constituinte duro.
Manutenção da temperatura
É o tempo necessário para que toda a peça chegue a uma mesma temperatura e se 
solubilize totalmente o carbono.
Resfriamento
O resfriamento deve ser feito em um meio que possibilite uma velocidade crítica, 
permitindo obter a estrutura de martensita.
Esse meio pode ser: água, sal moura, óleo ou mesmo o próprio ar dependendo da 
velocidade de resfriamento que se precise.
A figura ao lado mostra a curva de resfriamento para temperar o aço 1080, a linha Ms 
indica o início e a linha Mf, o fim da transformação da austenita em martensita.
Curva T.T.T. do aço ABNT 1080
mostrando a curva de resfriamento
para a têmpera
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
66 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Revenimento dos aços
O revenimento é um tratamento térmico que normalmente se realiza após a têmpera 
(figura seguinte) com a finalidade de aliviar as tensões internas; diminuir a dureza 
excessiva e fragilidade do material, aumentando a ductilidade e a resistência ao 
choque. O revenimento consiste em aquecer a peça entre 100 e 4000C e resfriar 
lentamente.
Beneficiamento
Consiste em fazer uma têmpera, seguida de um revenimento a uma temperatura entre 
4500 a 6500C.
Os fabricantes de aço costumam fornecer diagramas semelhantes aos da figura 
seguinte de onde se escolhe a temperatura de revenimento em função das 
características mecânicas desejadas.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
67 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Efeito da temperatura de revenimento
sobre a dureza e a resistência ao choque
de um aço ABNT 1045
Alguns tipos de aços quando revenidos dentro de uma faixa de temperatura 
apresentam um aumento da fragilidade, medida em ensaio de resistência ao choque.
Essa faixa de temperatura deve ser evitada revenindo-se a uma temperatura mais 
baixa ou a uma temperatura mais alta seguida de um resfriamento rápido (água ou 
óleo).
Por exemplo:
Aços Cr – Ni (tipo SAE 3140 e semelhantes) quando revenidos na faixa de 4550C a 
5930C ou se aquecidos acima desta temperatura e resfriados lentamente, apresentam 
baixa resistência ao choque. Entretanto se aquecidos, por exemplo, a 6200C e 
resfriados rapidamente, sua resistência ao choque será satisfatória.
As causas deste fenômeno ainda estão sendo estudadas.
Atribui-se esse fato a uma possível precipitação de uma fase frágil dentro desta faixa 
de temperatura. Sabe-se que elevados teores de manganês, fósforo e cromo 
acentuam o fenômeno enquanto o molibdênio o retarda.
Tratamento térmico de aços ligados
Para a determinação das temperaturas deve-se sempre consultar as tabelas e 
diagramas do fornecedor.
Aço ABNT 4340
Composição %
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
0,38 – 0,43
0,15 – 0,30
0,60 – 0,80
0,70 – 0,90
1,65 – 2,00
0,20 – 0,30
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
68 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Diagrama de revenimento do aço ABNT 4340
Em geral, os aços ligados necessitam de temperaturas altas para dissolver os 
carbonetos de elementos de liga (Cr, W, Mo, Ni).
O resfriamentoé menos brusco (óleo, ar) e a estrutura obtida é mais fina (grãos 
menores).
O revenimento após a têmpera deve ser iniciado o mais depressa possível, e em 
alguns casos é recomendado mais de um revenimento devido ao problema da 
austenita retida.
Austenita retida
Alguns aços ligados ao serem resfriados da temperatura de têmpera não se 
transformam inteiramente de austenita em martensita.
Essa austenita que não se transformou (austenita retida) pode se transformar depois 
de algum tempo. Isso provoca uma variação dimensional da peça que poderá causar 
uma trinca.
Nesses casos, recomenda-se fazer mais de um revenimento. No primeiro, a austenita 
retida se transformará em martensita; observa-se um aumento de dureza. Em seguida, 
em um segundo revenimento, as tensões da martensita serão aliviadas e o material se 
estabilizará.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
69 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Outro tratamento que pode ser executado nesses aços é o tratamento subzero.
Tratamento subzero
Consiste em se resfriar o aço a temperaturas muito inferiores a ambiente, para que ele 
atinja a linha de fim da transformação martensítica Mf, na curva T.T.T.
Recorre-se a esse tratamento quando a estabilidade dimensional de ferramentas ou 
calibres situa-se em faixas muito apertadas de tolerância.
Normalmente o primeiro tratamento subzero é executado após um primeiro 
revenimento, pois seria fatal para a peça um resfriamento direto da temperatura de 
austenitização.
Em instrumentos de alta precisão podem ser adotadas séries de cinco a seis ciclos 
sucessivos de resfriamentos subzeros e revenimentos.
Os meios usados podem ser uma mistura de gelo seco em álcool (-700C) ou nitrogênio 
líquido (-1950C).
A figura abaixo apresenta a curva T.T.T. do aço SAE D3 que apresenta forte tendência 
à retenção de austenita após a têmpera. Devido a essa tendência, recomenda-se 
resfriar o material a temperaturas de –70 a –800C, logo após a têmpera, seguido de 
revenimento normal.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
70 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Curva T.T.T. aço SAE D3 – (Villares VC130)
Composição 2,00%C, 12,00%Cr
A figura seguinte mostra a variação da dureza em função da temperatura usada para 
revenir.
Curva de revenimento para o aço SAE D3.
A experiência foi feita com corpos de prova 
quadrados com 20mm de lado, austenitizados 
a 9600C e revenidos na temperatura indicada 
por uma hora.
Têmpera superficial
Na têmpera superficial produz-se uma mudança da estrutura cristalina localizada 
apenas na superfície do aço, que adquire as propriedades e características típicas da 
estrutura martensítica.
Esse processo tem como objetivo aumentar consideravelmente a resistência ao 
desgaste na superfície e manter a tenacidade do núcleo.
Devem ser empregados aços de 0,3% a 0,6% de teor de carbono.
A têmpera superficial pode ser realizada por dois processos: chama e indução.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
71 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Têmpera por chama
O aquecimento da peça é feito por meio da incidência de uma chama oxiacetilênica na 
superfície da peça, a uma temperatura acima da zona crítica (7230C), atingindo uma 
camada predeterminada a endurecer; em seguida é feito um resfriamento por 
jateamento de água.
Existem vários métodos de aquecimento. As duas próximas figuras mostram os tipos 
de aquecimento para têmpera superficial:
- circular e linear.
Têmpera superficial circular
método combinado progressivo-giratório
Têmpera superficial linear
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
72 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Têmpera superficial por indução
O calor para aquecer a peça até a temperatura de austenitização pode ser gerado na 
própria peça por indução eletromagnética.
A peça a ser temperada é colocada dentro de uma bobina. Um gerador fornece a 
corrente elétrica de alta freqüência, que cria um campo magnético na bobina. Esse 
campo magnético provoca um fluxo de corrente elétrica na peça (princípio da 
indução). O aquecimento da peça é gerado pela resistência do material ao fluxo da 
corrente elétrica.
Processos de têmpera superficial por indução.
Alcançada a temperatura de têmpera, resfria-se rapidamente a peça por meio de um 
jato de água ou óleo.
Tratamentos termoquímicos
Os processos termoquímicos são aplicados nos aços com baixo teor de carbono com o 
objetivo de aumentar sua dureza superficial e a resistência ao desgaste, mantendo o 
núcleo dúctil e tenaz.
Absorvendo um elemento endurecedor, o 
material modifica sua composição 
química superficial
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
73 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Os tratamentos termoquímicos mais usados são:
 Cementação
 Nitretação
 Boretação
Esses tratamentos são feitos com substâncias sólidas, líquidas ou gasosas.
Cementação
A cementação se aplica a aços com até 0,25% de carbono e com baixo teor em 
elementos de ligas.
O aço é colocado em um meio rico em carbono e aquecido a uma temperatura acima 
da temperatura de transformação em austenita, pois neste estado ele consegue 
dissolver melhor o carbono. A profundidade de penetração do carbono depende do 
tempo de cementação.
Como o processo se dá por difusão, a 
camada superficial apresentará grande 
saturação do elemento carbono, 
decrescendo em direção ao núcleo como 
mostra a figura ao lado.
Difusão do carbono na cementação
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
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Temperatura de cementação
As temperaturas de cementação mais elevadas favorecem a penetração reduzindo o 
tempo de cementação, porém, conferem uma granulação mais grosseira, o que reduz 
os limites de resistência a tração, torção, flexão, etc.
Os valores mais usuais de temperatura de cementação oscilam de 8500C a 9500C.
Tempo de cementação
O tempo de cementação é determinado em função da espessura da camada 
cementada desejada, da temperatura e do meio cementante. Obviamente, quanto 
maior for o tempo e mais alta a temperatura, mais profunda será a camada.
Meios de cementação
A cementação, quanto aos meios cementantes (tabela abaixo), pode ser:
 Sólida (caixa)
 Liquida (banho em sais fundidos)
 Gasosa (fornos de atmosfera)
Cementação Meios cementantes
Sólida
Carvão vegetal duro
Carvão coque 20%
Ativadores 5 a 10%
Líquida
Cianetos de sódio
Cianetos de bário
Cianatos de sódio
Cianatos de bário
Outros sais
Gasosa
Gás metano
Gás propano, etc.
Aplicação da cementação
Peças como engrenagens, eixos, parafusos, etc., que necessitam de resistência 
mecânica e de alta dureza na superfície e núcleo dúctil com boa tenacidade.
Nitretação
A nitretação, semelhantemente à cementação, é um tratamento de endurecimento 
superficial em que se introduz superficialmente nitrogênio no aço até uma certa 
profundidade, a uma temperatura determinada em ambiente nitrogenoso.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
75 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Exemplos:
34 Cr A Mo 5
31 Cr Mo 12
34 Cr A Ni 7
A nitretação é realizada com os seguintes objetivos:
 Obtenção de elevada dureza superficial, maior do que nos outros processos, 
exceto na boretação;
 Aumento da resistência ao desgaste;
 Aumento da resistência à fadiga;
 Aumento da resistência à corrosão;
 Melhoria de resistência superficial ao calor.
A nitretação é realizada com temperatura inferior à zona crítica de 500 a 5600C, 
tornando as peças menos suscetíveis a empenamentos ou distorções. Após a 
nitretação não há necessidade de qualquer tratamento.
A nitretação pode ser feita em meio líquido ou gasoso, devendo ser aplicada em peças 
temperadas. O nitrogênio introduzido na superfície combina-se com o ferro, formando 
uma camada de nitreto de ferro de elevada dureza.
Na nitretação gasosa, o elemento nitretante é a amônia que se decompõe, 
parcialmente, fornecendo o nitrogênio.
Nesse processo, o tempode 
formação da camada é muito 
grande, como mostra o gráfico 
seguinte.
Diagrama da nitretação gasosa
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
76 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Na nitretação líquida, o meio nitretante são banhos de sais fundidos, em geral cianetos 
e cianatos, responsáveis pelo fornecimento do nitrogênio.
A nitretação líquida apresenta vantagens sobre a gasosa, pois confere ao aço 
camadas mais profundas em menos tempo e reduz a possibilidade de deformações. 
Oferece bons resultados também para os aços comuns ao carbono.
O gráfico abaixo nos mostra a 
influência do carbono e das ligas 
na profundidade da camada 
nitretada.
Diagrama de nitretação líquida
Boretação
É o processo mais recente dos tratamentos superficiais nos aços liga, ferro fundido 
comum e nodular.
O processo se efetua em meio sólido de carboneto de boro a uma temperatura de 
8000C a 1 0500C. O composto formado na superfície é o boreto de ferro, com dureza 
elevadíssima, na faixa de 1 700 a 2 000 vickers.
A alta dureza da camada boretada oferece elevada resistência ao desgaste e, 
inclusive, elevada resistência à corrosão.
Essa camada é resultado do tempo de boretação. Um aço SAE 1 045 boretado a 
9000C apresentou o seguinte resultado:
 Camada 100 em 4 horas
 Camada 150 em 8 horas
 Camada 200 em 12 horas
O aço boretado é usualmente temperado e revenido.
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
77 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Resumo dos ciclos de tratamentos térmicos
CIÊNCIA DOS MATERIAIS II
78 COLÉGIO TÉCNICO DE CAMPINAS - UNICAMP
Tratamento Finalidade
Remover tensões de trabalhos mecânicos 
a frio ou a quente.
Reduzir dureza.
Melhorar a usinabilidade.
Obter granulação mais fina.
Eliminar tensões internas originadas na 
fundição, forjamento ou laminação.
Aumenta a dureza, resistência a tração.
Aumenta a dureza superficial e mantém o 
núcleo da peça dúctil e tenaz.
Aumenta a dureza superficial, resistência a 
fadiga, a corrosão, melhora a resistência 
superficial a calor.
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Exercício
Preencha os quadros a seguir de acordo com o gráfico.
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Metais não-ferrosos e ligas
Introdução
Os metais não-ferrosos têm aumentado cada vez mais a sua importância no mundo 
moderno, quer substituindo o ferro, quer formando ligas com o ferro para melhorar as 
suas características.
Podemos classificá-los em dois grandes grupos:
1. Metais pesados cuja densidade é maior ou igual a 5kg/dm3.
2. Metais leves cuja densidade é menor que 5kg/dm3.
A maioria dos metais puros são moles e têm baixa resistência a tração. Mas essas 
propriedades podem ser melhoradas pela adição de elementos de liga.
Pela adição de elementos de liga quase sempre aumentam-se a dureza e a resistência 
a tração, diminui-se o alongamento, e a condutibilidade elétrica piora.
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A obtenção dos metais
Os minérios de onde são retirados os metais, além do próprio metal, contêm também 
impurezas, tais como: oxigênio, hidrogênio e enxofre. A quantidade (porcentagem) de 
metal varia em função do tipo de minério.
O quadro abaixo mostra esquematicamente o processo de obtenção da maioria dos 
metais.
Para obter um metal quase que totalmente puro (99,99%) usam-se normalmente 
outros processos além do processo normal de obtenção do metal siderúrgico, os quais 
dependem do tipo de metal.
Normalização
Segundo DIN 1700
Para metais puros escreve-se o símbolo do elemento químico seguido do grau de 
pureza.
Designação de metais puros
Zn 99,99
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símbolo grau de pureza
Para ligas adota-se a seguinte forma:
Produção ou
aplicação
Composição Propriedades
especiais
G = Fundido
GD = Fundido a
 pressão
GK = Fundido
 em coquilha
Gz = Fundido por
 centrifugação
V = Liga prévia de
 adição
Gl = Met. antifricção
 para mancais
L = Metal para 
solda
1. Símbolo químico 
do metal base
2. Símbolo químico 
dos elementos de 
liga seguidos de 
seu teor em 
porcentagem
F-40 = Resistência a
 tração em
 kgf/mm2
W = mole
h = duro
Wh = dureza de
 laminado
Zh = dureza de
 trefilado
P = dureza de
 prensagem
150Hv = dureza
 vickers
bk = brilhante
gb = decapado
g = recozido
dek = oxidável
 com efeito
 decorativo
Exemplos:
1 GD-Zn A 4 Cu1  Liga de zinco fundido sob pressão com 4% de A , 1% de Cu.
2 A Cu Mg1 F40 Liga de alumínio com 1% de Cu e resistência a tração de 
40kfg/mm2  390N/mm2.
Exercício
Explique as denominações das ligas abaixo:
G Sn80
A Cu Mg1 W
A Mg Si1 dek F28
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Gk Cu A 10 Ni
Metais não-ferrosos pesados
Cobre(Cu)
Propriedades: é um metal de cor avermelhada, bom condutor de eletricidade e calor, 
resistente a corrosão, dúctil e maleável (pode atingir mais de 90% de deformação a 
frio, sem recozimento intermediário).
Propriedades do cobre
Densidade 8,96g/cm3
Ponto de fusão 1 0830C
Resistência a tração 200...360N/mm2
Alongamento 50...35%
Coeficiente de dilatação 
térmica
16,5X10-6cm/cm/0C
(200C)
É utilizado para transmissão de energia elétrica (fios, chaves, conexões) e energia 
térmica (trocadores de calor).
Quando são necessárias propriedades mecânicas mais elevadas, usam-se ligas de 
cobre.
Liga cobre-zinco (latões)
São ligas de cobre e zinco onde o teor de zinco varia de 5 a 50%, podendo ainda 
conter outros elementos de liga como o chumbo, estanho e alumínio em pequenos 
teores.
Exemplos de liga cobre-zinco
Cu Zn30 F43
Cu Zn20 Al F35
Cu Zn39 Sn F35
Liga cobre-estanho (bronzes)
Os bronzes são ligas de cobre com estanho (2 a 16%). À medida que cresce o teor de 
estanho, aumenta a resistência mecânica e diminui a ductilidade. As propriedades 
mecânicas podem ser melhoradas com a adição de até 0,4% de fósforo que atuará 
como desoxidante, dando origem ao chamado bronze fosforoso.
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O chumbo é adicionado para melhorar as propriedades de antifricção, a usinabilidade e 
a estanqueidade (de peças fundidas); o zinco é adicionado para atuar como 
desoxidante (nas peças fundidas) e melhorar a resistência mecânica.
Exemplos de liga cobre-estanho
Cu Sn8 F53
Cu Sn6 Zn F70
Liga cobre-níquel e liga cobre-níquel-zinco (alpacas)
As alpacas contêm de 45 a 70% de cobre, 10 a 30% de níquel e o restante de zinco.
Exemplo de alpaca
Cu Ni25 Sn5 Zn2 Pb2
São utilizadas para confecção de peças decorativas, talheres e utensílios semelhantes, 
molas de contato de equipamentos elétricos e telefônicos, arames de resistores 
elétricos, válvulas hidráulicas.
Liga cobre-alumínio
São utilizadas para confecção de cestos de decapagem, sapatas de laminador, 
engrenagens internas, bombas resistentes a álcalis, assentos de válvulas, hastes, 
hélices navais, mancais, buchas.
Exemplos de liga cobre-alumínio
Cu A 10 Fe1
Cu A 11 Fe5 Ni5
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Liga
Propriedades mecânicas
Uso
Limite de 
resistência a 
tração 
kgf/mm2
Alongamento
%
Dureza brinell
Cu – ETP*
22 – 45 48 – 6 45 – 105
Cabos condutores de eletricidade, 
motores, geradores, 
transformadores, bobinas.
(latões)
CuZn30
33 – 85 62 – 3 65 – 160
Tubos de trocadores de calor para 
água não poluída, cápsulas e roscas 
de lâmpadas, cartuchos, 
instrumentos musicais, carcaças de 
extintores de incêndio, componentes