Tratamentos Térmicos

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Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri 
Instituto de Ciência e Tecnologia 
Curso de Engenharia Mecânica 
Prof. Ricardo Augusto Gonçalves 
Disciplina: Introdução aos Processos 
de Manufatura – EME103 
Tratamentos Térmicos e 
Superficiais 
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• A construção mecânica exige peças metálicas de determinados requisitos, 
de modo a torná-las aptas a suportar satisfatoriamente as condições de 
serviço a que estarão sujeitas. Esses requisitos relacionam-se 
principalmente com completa isenção de tensões internas e propriedades 
mecânicas compatíveis com as cargas previstas. 
 
• Os processos de produção nem sempre fornecem os materiais de 
construção nas condições desejadas: as tensões que se originam nos 
processos de fundição, conformação mecânica e mesmo na usinagem 
criam sérios problemas de distorções e empenamentos e as estruturas 
resultantes não são, frequentemente, as mais adequadas, afetando, em 
consequência, no sentido negativo, as propriedades mecânicas dos 
materiais. 
 
• Por esses motivos, há necessidade de submeter as peças metálicas, antes 
de serem definitivamente colocadas em serviço, a determinados 
tratamentos que objetivem minimizar ou eliminar aqueles inconvenientes. 
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Os objetivos dos tratamentos térmicos podem ser resumidos da 
seguinte maneira: 
 
 Remoção de tensões internas (oriundas de resfriamento 
desigual, trabalho mecânico ou outra causa); 
 Aumento ou diminuição da dureza; 
 Aumento da resistência mecânica; 
 Melhora da ductilidade; 
 Melhora da usinabilidade; 
 Melhora da resistência ao desgaste 
 Melhora da resistência à corrosão; 
 Melhora da resistência ao calor; 
 Modificação das propriedades elétricas e magnéticas. 
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• Materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a 
regularidade com que átomos ou íons se arranjam entre si. 
 
• Um material cristalino é um no qual átomos estão situados 
numa disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes 
distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de grande 
alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão 
entre si num modo tridimensional repetitivo, onde cada 
átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. 
 
• Todos os metais, muitos materiais cerâmicos, e certos 
polímeros formam estruturas cristalinas sob condições 
normais de solidificação. 
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Microestrutura dos Aços 
 Os aços são basicamente ligas de ferro e 
carbono e adições de elementos de liga. Seus 
principais microconstituintes são: 
 
• Ferrita 
• Austenita 
• Perlita 
• Martensita 
 
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Diagrama Ferro Carbono 
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Ferrita – Ferro α 
• Características: 
• Estrutura: CCC (até a temperatura de 912 °C) 
• Material ferromagnético a temperaturas inferiores a 
768 °C 
• Densidade: 7,88 g/cm3 
• Solubilidade máxima do carbono: 0,002%pC a 727 °C 
• Macio e dúctil 
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Austenita – Ferro 
• Estrutura: CFC (tem + posições intersticiais) 
• Forma estável do ferro puro a temperatura entre 
912 °C a 1394°C 
• Não é ferromagnética 
• Solubilidade máxima do carbono: 2,14%pC a 1147 °C 
• Dureza média 
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Cementita – Carboneto de Ferro – Fe3C 
• Forma-se quando o limite de solubilidade do 
carbono é ultrapassado (6,7% de C) 
• Possui elevada dureza e frágil 
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Perlita 
 Consiste de lamelas alternadas de fase “α”(ferrita) e 
Fe3C (cementita) 
• FERRITA: lamelas mais espessas e claras 
• CEMENTITA: lamelas mais finas e escuras 
• Propriedades mecânicas da perlita: intermediária 
entre a ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e 
frágil) 
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Martensita 
• É uma solução sólida supersaturada de carbono (não 
se forma por difusão). 
• Forma de agulhas – Elevada dureza e muito frágil. 
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Fatores de Influência nos Tratamentos 
Térmicos 
• Temperatura de aquecimento; 
• Taxa de aquecimento; 
• Tempo de permanência à temperatura; 
• Taxa de resfriamento; 
• Ambiente do resfriamento. 
O histórico do material é importante. A estrutura inicial afeta tempos e 
temperaturas dos tratamentos térmicos. 
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Temperatura de Aquecimento 
• A temperatura de aquecimento deve 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. 
• Depende do material e da transformação de fase ou 
microestrutura/propriedade desejada. 
Ex: Material será austenitizado? 
Temperatura muito alta : Crescimento 
de grão, oxidação dos contornos de grão, 
etc. 
Temperatura muito baixa: Material não 
será completamente austenitizado. 
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Taxa de Aquecimento 
A velocidade de aquecimento deve ser adequada à composição e ao 
estado de tensões do aço. O aquecimento muito lento provoca o crescimento 
de grãos, tornando o aço mais frágil, aquecimento muito rápido pode 
provocar deformações ou trincas, devido as tensões internas em 
determinados aços. 
• Efeito depende do volume de material a ser aquecido 
• Quanto maior a taxa de aquecimento mais elevadas as temperaturas de 
transformação de fases em relação ao diagrama. 
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Tempo de permanência à temperatura 
Este tempo deve ser suficiente para que as peças se aqueçam de modo 
uniforme, e os átomos de carbono se solubilizem totalmente. Se o tempo for 
além do desejado pode ocorrer crescimento de grãos. 
•Depende muito das dimensões da peça e da microestrutura desejada. 
•É o mais importante porque é o que determinará a microestrutura, além 
da composição química do material. 
Muito longo – maior a segurança da completa dissolução das fases para 
posterior transformação. Crescimento de grão, oxidação dos contornos de 
grão, descarbonetação da superfície. 
Muito curto – material não austenitiza completamente/homogeneamente 
(núcleo pode manter estrutura original) 
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Taxa de Resfriamento 
• As estruturas são formadas devido ao resfriamento. Para a austenita se 
transformar em ferrita, perlita ou cementita, não há só a necessidade de o 
ferro mudar o reticulado cristalino, mas também envolve a movimentação 
dos átomos de carbono através da austenita sólida, e isso leva algum tempo. 
 
• Quando resfriamos rapidamente um aço ele se transforma de CFC para 
CCC e o carbono permanece em solução. Isso cria uma estrutura deformada, 
supersaturada de carbono que recebe o nome de martensita. 
A taxa de resfriamento determina as propriedades finais. 
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Informações do ensaio Jominy (resfriamento em água) 
Taxa de Resfriamento 
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Taxa de Resfriamento 
Efeito das dimensões do material 
Taxa de resfriamento 
Baixa 
Alta 
Dureza 
Baixa 
Alta 
Aumento da razão superfície/volume: 
•Aumento da taxa de resfriamento 
•Aumento da dureza 
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Ambiente de Resfriamento 
• O resfriamento depende do meio. Por isso, é fundamental a escolha do 
meio. 
 
A seleção do meio de resfriamento é um compromisso entre: 
•Obtenção das características finais desejadas (microestruturas e 
propriedades); 
•Ausência de fissuras e empenamento na peça; 
•Minimização de concentração de tensões. 
Meios de resfriamento 
Ambiente do forno (+ brando) 
Ar 
Banho de sais ou metal fundido (+ comum é o de Pb) 
Óleo 
Água 
Soluções aquosas de NaOH, Na2CO3 ou NaCl (+ severos) 
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• Severidade de tempera – depende do meio onde o aço é resfriado depois 
da austenitização. 
Ambiente de Resfriamento 
Meio 
Ar 
Óleo 
Água 
Severidade 
de tempera 
Baixa 
Moderado 
Alta 
Dureza 
Baixa 
Moderada 
Alta 
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Curvas TTT 
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Recozimento 
Consiste em um aquecimento do aço acima da zona crítica 
durante tempo necessário para solução dos carbonetosou 
elementos de liga no ferro gama, seguindo de resfriamento rápido 
até temperaturas entre 500 °C e 650 °C, manutenção desta 
temperatura até que a transformação se complete, a partir dai, 
resfriamento ao ar até a temperatura ambiente. 
Objetivos: 
•Remoção de tensões internas devido aos tratamentos 
mecânicos 
•Diminuir a dureza para melhorar a usinabilidade 
•Alterar as propriedades mecânicas como a resistência e 
ductilidade 
•Ajustar o tamanho de grão 
•Melhorar as propriedades elétricas e magnéticas 
•Produzir uma microestrutura definida 
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Tipos de Recozimento 
• Recozimento para alívio de tensões (qualquer 
liga metálica) 
• Recozimento para recristalização (qualquer 
liga metálica) 
• Recozimento para homogeneização (para 
peças fundidas) 
• Recozimento total ou pleno (aços) 
• Recozimento isotérmico ou cíclico (aços) 
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Recozimento para alívio de tensões 
• Objetivo 
– Remoção de tensões internas originadas de 
processos (tratamentos mecânicos, soldagem, 
corte...) 
• Temperatura 
– Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase 
• Resfriamento 
– Deve-se evitar velocidades muito altas devido ao 
risco de distorções. 
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Recozimento para recristalização 
• Objetivo 
– Eliminar o encruamento gerado pela deformação 
à frio. 
• Temperatura 
– Não deve ocorrer nenhuma transformação de fase 
• Resfriamento 
– Lento (ao ar ou ao forno) 
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Recozimento Pleno 
• Aços hipoeutetoides - 50 °C 
acima de A3 - Austenitização 
completa 
• Aços hipereutetoides – Entre 
A1 e Acm 
• Resfriamento dentro do 
forno (longo tempo de 
processo) 
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Microestrutura final 
 Hipoeutetóide - ferrita + 
perlita grosseira 
 Eutetóide - perlita grosseira 
 Hipereutetóide - cementita + 
perlita grosseira 
• A perlita grosseira é ideal para 
melhorar a usinabilidade dos 
aços baixo e médio carbono 
• Para melhorar a usinabilidade 
dos aços alto carbono 
recomenda-se a esferoidização 
Diagrama esquemático de transformação 
para recozimento pleno. 
Recozimento Pleno 
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Recozimento Isotérmico 
• A diferença do recozimento 
pleno está no resfriamento que é 
bem mais rápido, tornando-o 
mais prático e mais econômico. 
• Permite obter estrutura final 
mais homogênea. 
• Não é aplicável para peças de 
grande volume porque é difícil 
de baixar a temperatura do 
núcleo da mesma. 
• Esse tratamento é geralmente 
executado em banho de sais. 
 
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Esferoidização 
Objetivo 
Produção de uma estrutura globular ou 
esferoidal de carbonetos no aço 
 
• melhora a usinabilidade, 
especialmente dos aços alto carbono 
• facilita a deformação a frio 
 
Outras forma de esferoidizar a estrutura: 
• Aquecimento por tempo prolongado 
a uma temperatura logo abaixo da 
linha inferior da zona crítica, 
• Aquecimento e resfriamentos 
alternados entre temperaturas que 
estão logo acima e logo abaixo da 
linha inferior de transformação. 
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Normalização 
Objetivos: 
• Refinar o grão 
• Melhorar a uniformidade da microestrutura 
Obs: É usada antes da têmpera e revenido. 
Aquecimento em campo austenítico 50°C acima de Ac3 (aços 
hipereutetoides) ou Acm (aços hipereutetoides) seguido de 
refriamento ao ar. 
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Recozimento pleno x normalização 
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Têmpera 
Objetivos: 
• Obter estrutura martensítica para se obter 
– Aumento na dureza 
– Aumento na resistência à tração 
– Redução na tenacidade 
 
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Têmpera 
• Após austenitização o aço é resfriado rapidamente com 
velocidade maior ou igual a velocidade critica de 
resfriamento. 
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• A têmpera gera tensões, deve-se fazer revenido 
posteriormente 
• Tensões residuais (transformação martensítica provoca 
expansão volumétrica de até 4%) 
• Superfície expande devido à transformação martensítica; 
• Para “manter“ a continuidade o núcleo é tracionado para 
acompanhar a superfície externa. 
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Revenido 
• Sempre acompanha a têmpera 
 
Objetivos: 
• Alivia ou remove tensões 
• Corrige a dureza e a fragilidade, 
• Diminui a dureza e aumenta a tenacidade 
 
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Revenido 
Martensita Revenida e 
carbonetos 
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• Temperatura do revenido 
 Deve ser escolhida para atender as propriedades 
especificadas em projeto 
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Martêmpera 
• É indicada para aços-liga, porque reduz o risco de empenamento das 
peças. 
• Consiste em um resfriamento rápido a partir da temperatura de 
austenitização até logo acima da linha Mi (início de formação da martensita), 
permanecendo nesta temperatura até que ocorra homogeneização na peça, 
seguindo-se, de resfriamento ao ar. O objetivo é conseguir uma estrutura 
martensítica mais homogênea e com menor nível de tensões internas. 
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Austêmpera 
• Consiste em um resfriamento rápido a partir da temperatura de 
austenitização até uma temperatura dentro da faixa de formação da baianita, 
permanecendo até completa transformação seguida de resfriamento 
geralmente ao ar. 
• Dentre as vantagens deste tratamento podemos citar: não necessita de 
revenimento; dureza elevada, aliada a alta tenacidade; menor custo 
operacional. 
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Tratamentos Superficiais 
Objetivo: 
• aumento da resistência ao desgaste; 
• induzir tensões residuais compressivas na superfície. 
Tempera Superficial 
Cementação 
Nitretação 
Boretação 
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Têmpera Superficial 
• Endurecimento da superfície de um componente pela formação de 
martensita. 
• Procedimento: Austenitização de uma camada de aço na superfície 
do componente seguida de resfriamento rápido para formação de 
martensita (necessita de revenido). 
 
 Os diferentes processos de têmpera superficial diferem entre si em 
função da fonte de energia usada para austenitizar a superfície e 
os meios de resfriamento. 
 
• Chama 
• Indução 
• Laser 
 
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Têmpera por indução 
• O aço é aquecido por um campo magnético gerado por uma 
corrente alternada de alta frequência que passa através de 
um indutor ( bobina de cobre resfriada a água). 
• Campo gerado depende da resistência da corrente e do 
número de voltas da bobina . 
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Têmpera por Laser 
• Fonte de luz com a qual se pode aplicar quantidade de 
energia pré-determinadas em regiões especificas de um 
componente. 
 
• Feixe de laser incide em uma superfície, parte da sua energia 
é absorvida como calor na superfície 
 
• Aquecimento e resfriamento rápidos 
 
• Pequenas distorções do componente 
 
• Não afeta as propriedades no interior do componente. 
 
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Cementação 
• Consiste em introduzir maiores quantidades de carbono em 
superfícies de aço com baixos teores de carbono. Por isso, é 
indicada para aços-carbono ou aços-liga cujo teor original de 
carbono seja inferior a 0,25%. A cementação aumenta esse teor 
até valores em torno de 1%, assegurando uma superfície dura e 
um núcleo tenaz. 
• A cementação pode ser sólida, líquida ou gasosa. 
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Nitretação 
• Neste tratamento termoquímico, o endurecimento su-
perficial é promovido pelo nitrogênio, que se difunde a partir da 
superfície das peças, reagindo com elementos contidos nos aços 
e formando nitretos, de elevada dureza e grande resistência ao 
desgaste. 
• A nitretação pode ser à gás ou em banho de sal. 
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Boretação 
• Visa diminuir as perdas por desgaste de material, sob 
condições extremas de abrasão. Isto é conseguido através da 
introdução de boro na superfície do material. A camada 
boretada é resistente ao ataque de ácidos. 
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Referências Bibliográficas 
• Tecnologia Mecânica II – Processos de 
Fabricação e Tratamentos Térmicos, Vicente 
Chiaverini,. 
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Observação 
Este material refere-se àsnotas de aula do curso EME 
103 Introdução aos Processos de Manufatura da 
Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade 
Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. Não 
substitui o livro texto, as referências recomendadas e 
nem as aulas expositivas. Este material não pode ser 
reproduzido sem autorização prévia dos autores. 
Quando autorizado, seu uso é exclusivo para atividades 
de ensino e pesquisa em instituições sem fins 
lucrativos. 
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