APOSTILA 2º BIMESTRE - Tecnologia dos Materiais

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Tecnologia 
dos 
Materiais I 
Material de Apoio 
Curso: Engenharia Mecânica 
Lorena Bertranda 
 
APOSTILA 2° BIMESTRE 
1 
 
Sumário 
 
1. DIFUSÃO .......................................................................................................................2 
1.1 DIFUSÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO ................................................................4 
1.2 DIFUSÃO EM ESTADO NÃO-ESTACIONÁRIO .......................................................6 
Fatores que influenciam a Difusão .................................................................................8 
2. TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS .......................................................................... 10 
2.1-CEMENTAÇÃO ...................................................................................................... 10 
2.2 NITRETAÇÃO ........................................................................................................ 14 
2.3 CARBONITRETAÇÃO. ........................................................................................... 16 
2.4 CIANETAÇÃO. ....................................................................................................... 17 
2.5 BORETAÇÃO ......................................................................................................... 17 
3. PRODUÇÃO DO AÇO ................................................................................................. 18 
3.1 CLASSIFICAÇÕES ................................................................................................ 18 
3.2 ETAPAS DE PRODUÇÃO ...................................................................................... 19 
4. CLASSIFICAÇÃO DO AÇO ......................................................................................... 21 
4.1 TIPOS DE AÇOS ................................................................................................... 24 
5 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA .................................................................. 25 
 
 
 
2 
 
1. DIFUSÃO 
 
Muitas reações e processos que são importantes no tratamento de materiais 
dependem da transferência de massa, seja no interior de um sólido específico 
(geralmente em um nível microscópico) ou a partir de um líquido, de um gás ou de uma 
outra fase sólida. 
Isso é realizado obrigatoriamente através da difusão, que é o fenômeno de 
transporte de material através do movimento dos átomos. 
Logo a difusão é o fenômeno de transporte de material através do movimento dos 
átomos. Esta associada ao transporte de massa que ocorre em um sistema quando nele 
existe um gradiente de concentração química. São exemplos de difusão: 
 Difusão em líquido: uma cota de tinta se diluindo na água; 
 Difusão em gás: odor de um perfume que se espalha pela sala; 
 Difusão em sólido: Interior de sólidos. É de grande importância para a fabricação 
de componentes ou estruturas de engenharia. Atenção especial para a difusão 
nos metais. 
Na área da metalurgia os materiais são submetidos a tratamentos térmicos para 
aprimorar as suas propriedades. Os fenômenos que ocorrem durante a o tratamento 
térmico quase sempre envolvem a difusão atômica, conforme mostrado na figura a 
seguir: 
 
 
 
3 
 
Há dois modos principais da difusão: 
 Interdifusão: Átomos de um metal se difunde para o interior de outro metal; 
 Autodifusão: Átomos de um mesmo metal mudam de posição 
 
Figura 1: Esquematização do mecanismo de difusão 
 
 
 
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1.1 DIFUSÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO 
A difusão é um processo dependente do tempo a necessidade de conhecer a taxa de 
transferência de massa, expressa como um fluxo de massa (J); Fluxo de difusão é 
definido como sendo a massa (M), que está em difusão através e perpendicularmente a 
uma área unitária da seção reta do sólido por unidade de tempo. 
A figura a seguir demonstra este tipo de difusão: 
 
Figura 2: difusão em estado estacionário 
 
 
Onde: 
 A é a área onde ocorre a difusão; 
 t é o tempo de difusão ocorrido.Unidade: (kg/m2-s ou átomos/m2-s) 
 
 
Se o fluxo não variar ao longo do tempo, existe uma condição de estado estacionário. 
 
Figura 3: Relação entre o gradiente de concentração e perfil de concentração na difusão 
em estado estacionário 
5 
 
 
 
Quando a concentração C é plotada em função da posição ou distância no interior 
do sólido (x) a curva resultante é conhecida por perfil de concentração. A inclinação, ou 
coeficiente angular, em um ponto particular sobre esta curva é o gradiente de 
concentração. 
Em algumas vezes torna-se conveniente expressar a concentração em termos de 
massa do componente em difusão por unidade de volume do sólido (kg/m3 ou g/cm3). 
A difusão em estado estacionário ao longo de uma única direção (x) é dada pela figura 
abaixo: 
 
Figura 4: 1ª Lei de Fick 
 
 
 
6 
 
1.2 DIFUSÃO EM ESTADO NÃO-ESTACIONÁRIO 
A difusão geralmente ocorre em estado transiente, ou seja, o fluxo de difusão e o 
gradiente de concentração em um ponto específico no interior de um sólido variam ao 
longo do tempo, até que resulte no acumulo ou esgotamento líquido do componente em 
difusão. Para a difusão em estado não estacionário a equação é dada por: 
 
Figura 5: 2ª Lei de Fick 
 
Hipóteses para a difusão: 
 Antes da difusão , todos os átomos de soluto em difusão que estejam presentes 
no sólido estão ali distribuídos uniformemente , mantendo uma concentração C0; 
 O valor de x na superfície é zero e aumenta com a distancia para dentro do sólido; 
 O tempo zero é tomado como sendo o instante imediatamente anterior ao início 
do processo de difusão. 
Essas condições de contorno são representadas pela expressões: 
 Para t = 0, C = C0 em 0 ≤ x ≥ ∞; 
 Para t > 0, C = Cs (a concentração superficial constante) em x = 0; 
C = C 0 em x = ∞. 
A equação demonstra a relação que existe entre a concentração, a posição e o tempo, 
desde que se conheça C0, Cs e D. 
 
Figura 61: Condições de contorno e perfil de concentração 
7 
 
 
A tabela da figura abaixo mostra os valores de tabulação da função erro importantes para 
a realização dos cálculos deste tipo de difusão: 
 
Figura 7: Tabulação dos valores da função erro. 
 
 
 
 
 
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Fatores que influenciam a Difusão 
 ESPÉCIES DIFUSIVAS: 
 A magnitude do coeficiente de difusão D é um indicativo da taxa segundo a qual 
os átomos se difundem; 
 O coeficiente de difusão variam de acordo com o tipo de difusão (autodifusão ou 
interdifusão); 
 O coeficiente de difusão é influenciado pela espécie difusiva bem como o material 
hospedeiro; 
 Existe um contraste entre a difusão por lacunas e intersticial; 
 A autodifusão ocorre mediante um mecanismo de lacunas enquanto a difusão do 
carbono no ferro é intersticial 
A tabela da figura abaixo mostra vários exemplos de espécies difusivas e seus 
respectivos valores relacionados à difusão. 
 
Figura 8: Espécies difusivas e dados 
 
 
 
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TEMPERATURA: 
 Apresenta uma influência das mais profundas sobre os coeficientes e taxas de 
difusão; 
 A dependência dos coeficientes de difusão em relação à temperatura se dá de 
acordo com a expressão da figura abaixo: 
 
Figura 9: Dependência da difusão de acordo com a temperatura 
 
 
A energia de ativação pode ser considerada como a energia necessária para produzir o 
movimento difusivo de um mol de átomos. 
 
 
 
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2. TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS 
 
Os processos de endurecimento superficial são processos que visam a obtenção de 
peças de aço dotadas de uma fina camada superficial de elevada dureza, mantendoao 
mesmo tempo um núcleo com dureza relativamente baixa. Como conseqüência, teremos 
uma camada superficial com alta resistência ao desgaste, alta resistência a esforços de 
compressão e alta resistência à fadiga. Em contrapartida, pelo fato de termos um núcleo 
de dureza baixa, teremos uma peça com boa tenacidade. 
Os processos de endurecimento superficial podem ser divididos em duas categorias 
distintas: aqueles que envolvem alteração da composição química da camada superficial 
(cementação e nitretação) e aqueles que envolvem o rápido aquecimento e a 
têmperaposterior desta mesma camada (têmpera por chama, têmpera por indução). 
 
2.1-CEMENTAÇÃO 
O processo de endurecimento superficial de cementação é o processo mais utilizado 
atualmente e tem permanecido praticamente inalterado ao longo do tempo. Este 
processo é geralmente utilizado por exemplo na produção de pistas e roletes de 
rolamento, engrenagens, buchas e juntas homocinéticas utilizadas para transmitir o 
torque motor para as rodas dos veículos. O método consiste essencialmente no 
aquecimento da peça situada em um meio rico em carbono (carvão, ou monóxido de 
carbono, ou banhos de cianetos), fazendo com que o carbono difunda para o interior 
aumentando o teor de carbono da camada superficial. A principal reação, que ocorre 
entre o carbono e o ferro, e que é a responsável pela difusão do carbono para o interior 
da peça, pode ser representada da seguinte maneira: 
3Fe +C Fe3C 
Na realidade, o agente carbonetante é o gás CO, pois às temperaturas de processo 
ocorrem as seguintes reações 
:C + O2 CO2; CO2 + C 2CO ; 3Fe + 2CO Fe3C + CO2 
Após a difusão do carbono é feita uma têmpera seguida de revenido para que se produza 
a máxima dureza. 
Como o processo envolve a difusão do carbono, é necessário que se dê o tempo 
necessário para que isto ocorra. Tempos crescentes propiciam maiores espessuras das 
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camadas cementadas. Como conseqüência, teremos um perfil de dureza associado ao 
perfil de concentração de carbono. Os aços comumente utilizados possuem 0,10 a 0,25 
% C e a temperatura varia entre 900 e 950°C embora possam ser utilizadas temperaturas 
na faixa de 850 a1000°C. 
A máxima dureza atingida depois da têmpera nos aços ao carbono ocorre para um teor 
de carbono de 0,8 %. Para teores superiores a este a dureza cai devido à retenção de 
austenita. Este percentual pode variar para aços que tenham maior tendência à retenção 
de austenita, como acontece com os aços contendo níquel. Como resultado da retenção 
da austenita em que se tem uma dureza mais baixa na superfície da peça. 
Principais variáveis do processo 
O processo de cementação, conforme já foi comentado acima, depende de vários fatores 
que exercem influência tanto na espessura da camada cementada como na profundidade 
do endurecimento. Abaixo descrevemos resumidamente estes fatores e como eles 
influenciam o processo. 
 Efeito da temperatura 
A velocidade de difusão do carbono no aço está estreitamente ligada à temperatura, 
neste caso que quanto maior a temperatura,menor o tempo que a peça terá que 
permanecer no forno. Estes dados referem-se ao aço no estado austenítico, e só poderia 
ser assim, já que somente no estado austenítico teremos solubilidade do carbono 
suficiente para se chegar aos percentuais utilizados na camada superficial de peças 
cementadas. Neste caso, o limite inferior de temperatura para o processo está 
condicionado à austenitização do aço e o limite superior está condicionado ao 
crescimento do grão. Se por um lado temos um aumento significativo da velocidade de 
difusão com o aumento da temperatura, por outro temos o crescimento do grão da 
austenita à medida em que usamos temperaturas mais altas. Como quanto maior o 
tamanho de grão menor é a tenacidade do material, este efeito se torna indesejado. 
Assim, temos dois compromissos que são antagônicos: ao aumentarmos a temperatura 
aumentamos a velocidade de difusão, mas também aumentamos o tamanho de grão. Isto 
faz com que tenhamos sempre que considerar estes dois fatores ao escolhermos a 
temperatura de cementação. 
Para peças menos solicitadas e de menor responsabilidade podemos utilizar 
temperaturas mais altas; entretanto, para peças mais solicitadas devemos utilizar 
temperaturas mais baixas, a menos que se faça um tratamento térmico posterior para 
corrigir este problema. 
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A difusão do carbono também é influenciada pelo tempo em que a peça fica na 
temperatura de tratamento. A profundidade da camada cementada é dependente da 
equação relacionada a difusão. 
 
Processos de cementação: 
Cementação em caixa 
A cementação em caixa ou também chamada cementação por via sólida é o processo de 
cementação mais antigo. Ele tem sido utilizado até nossos dias por que é um método de 
fácil execução, não necessitando de equipamento sofisticado. Apresenta outras 
vantagens como economia para pequenos lotes de peças e menor empenamento. Entre 
suas desvantagens podem ser citadas que não é um processo limpo, é difícil controlar a 
espessura da camada cementada e o potencial de carbono do meio, não permite a 
têmpera direta (pois as peças resfriam antes de ser retiradas da caixa de cementação), e 
precisa de tempos maiores de processo. 
Neste processo são utilizados como fonte de carbono materiais sólidos à temperatura 
ambiente, embora todas as reações que ocorrem durante a cementação sejam gasosas. 
Para a execução do processo as peças são colocadas em uma caixa e envoltas pela 
mistura cementante, que normalmente é composta de uma fonte de carbono (carvão 
vegetal, coque ou osso)e de um ativador (carbonato de bário ou carbonato de sódio). A 
caixa deve ser fechada o melhor possível, podendo-se para isto usar argila ou barro 
refratário, para que haja o mínimo escapamento possível dos gases gerados no interior 
da caixa. A quantidade de ativador pode ser variada e sua quantidade não parece ter 
uma importância muito grande desde que se situe em uma faixa de 5 a 20 % em peso da 
mistura. 
Cementação por via gasosa 
A cementação por via gasosa é um processo que se popularizou nas últimas décadas 
devido à evolução dos fornos de tratamento e dos métodos de análise química. Ela é 
mais rápida que a cementação em caixa e permite controlar a camada cementada e o 
potencial de carbono do meio, bem como facilita a têmpera direta após cementação. 
Neste processo são utilizados gases como fonte de carbono, que podem ser gás natural 
ou gases manufaturados, tais como o monóxido de carbono e o metano. A maioria dos 
gases carburizantes são inflamáveis, sendo necessário um controle da atmosfera do 
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forno evitando contato com o ar (oxigênio) numa temperatura de 950ºC, 
aproximadamente. 
 
Cementação por via líquida 
A cementação por via líquida ou em banho de sais fundidos é um processo em que se 
tem um banho formado por diversos componentes que passam para o estado líquido 
após uma determinada temperatura. Este processo é ainda hoje bastante utilizado 
porque é rápido e permite bom controle da camada cementada, embora haja uma série 
de restrições de ordem ambiental para a sua utilização. Os componentes do banho mais 
comuns são: cianeto de sódio ou cianeto de potássio, cloreto de bário, cloreto de potássio 
ou cloreto de sódio, carbonato de sódio ou carbonato de bário. 
 
-Tratamentos térmicos de peças cementadas. 
Após a difusão do carbono na peça é necessário que se faça uma têmpera para que 
possa ser atingida a máxima dureza possível em função do teor de carbono superficial. A 
maneira como será executada a têmpera depende das propriedades e do uso que será 
feito da peça. Sempre que fazemos a difusão do carbono,temos crescimento de grão 
pela alta temperatura que é utilizada e pelo longo tempo de tratamento. Isto pode fazer 
com que a peça fique com baixa tenacidade. Nestes casos deve ser feito um tratamento 
para refino de grão. Outro caso é aquele em que temos que fazer acabamento da peça 
por usinagem, eo material deve ter dureza baixa. Para corrigir estas situações o 
tratamento deve ser feito em uma ou mais etapas, de tal sorte que tenhamos um refino 
de grão ou uma peça inicialmente de dureza baixa 
Assim sendo os tratamentos utilizados podem ser os seguintes: 
-têmpera direta da temperatura de cementação. Tem o inconveniente de não refinar o 
grão 
- Resfriamento lento seguido de têmpera. Neste caso teremos inicialmente uma peça 
com dureza baixa que permite a usinagem, seguindo-se a têmpera sem refino de grão. 
Como existe uma variação no teor de carbono entre a superfície e o centro da peça, 
podemos escolher como temperatura de têmpera uma temperatura logo acima da 
eutetóide (em que teremos austenitização completa da camada superficial e 
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austenitização incompleta do núcleo) ou uma temperatura mais alta (em que teremos 
austenitização completa do núcleo). 
- Têmpera direta seguida de austenitização a uma temperatura mais baixa e têmpera 
posterior. Permite o refino de grão que irá ocorrer durante o aquecimento, durante a 
austenitização do material. A temperatura de austenitização utilizada pode ser aquela 
emquesomente uma parte da camada cementada fique austenitizada (temperaturas 
próximas da temperatura eutetóide), ou temperaturas mais altas em que o núcleo da 
peça também é austenitizado. Neste último caso pode haver um pequeno crescimento de 
grão da camada cementada. 
Após a têmpera pode ser feito um revenido em uma temperatura na faixa de 150° a 220° 
C. 
 
2.2 NITRETAÇÃO 
O processo de nitretação é um processo que, como a cementação, altera a composição 
de uma camada superficial do aço. Entretanto, ao contrário da cementação, a camada 
nitretada não necessita ser temperada, tendo em vista que os nitretos que se formam já 
possuem dureza elevada (em alguns casos mais duras que os aços-ferramenta e aços 
carbonetados). Isto faz com que não haja o inconveniente do empenamento. Além disso, 
a nitretação é feita na faixa de temperatura subcrítica entre 500 e 600°C, que diminui a 
possibilidade empenamentos por transformação de fase. 
Entre as vantagens da nitretação podemos citar as seguintes: 
-alta dureza com alta resistência ao desgaste 
-alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe 
-melhor resistência à corrosão 
-alta estabilidade dimensional 
-a atmosfera de nitrogênio previne a formação de carepas e a descoloração 
Em princípio qualquer aço pode ser nitretado, entretanto, a composição poderá fazer 
variar a dureza final da camada nitretada, como é o caso de aços que possuem alumínio, 
cromo, vanádio e molibdênio que apresentam uma dureza final maior. Nos aços não 
ligados forma-se preferentemente o nitreto cuja fórmula é Fe4N. Nos aços ligados ocorre 
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a formação de nitretos complexos dos elementos de liga que aumentam a dureza da 
camada nitretada. A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada, 
raramente ultrapassando 0,8 mm, caso contrário os tempos seriam muito grandes o que 
torna o método anti-econômico. 
 
Métodos de nitretação 
Nitretação a gás 
Neste processo é utilizada amônia que é injetada no forno aquecido geralmente a 510°C 
(pode variar entre 500 e 570 °C), procurando boa circulação do gás. Uma vez que a 
nitretação não envolve uma finalização por têmpera, as peças podem ser resfriadas 
dentro do forno. A profundidade da camada endurecida obtida na nitretação é uma 
função do aço, do potencial de nitrogênio da atmosfera, e do tempo e da temperatura do 
tratamento. 
As superfícies nitretadas têm algumas diferenças específicas, características da camada 
formada, em relação aos outros tratamentos superficiais. A região nitretada apresenta 
uma fina camada branca (de 25 microns aproximadamente) que é frágil, mole e resistente 
à corrosão; abaixo dela uma camada obscura de alta dureza (de até 0,8 mm, formada por 
nitretos de ferro e elementos de liga), e mais internamente e uma zona de difusão que 
apresenta uma variação decrescente de dureza. 
A camada branca prejudica as propriedades de fadiga da peça, e é normalmente 
removida das peças sujeitas a serviços severos. O sucesso da nitretação está 
diretamente relacionado com a seleção do aço. A difusão do nitrogênio e a formação de 
nitretos duros são aumentadas pela presença de elementos como: alumínio, cromo, 
molibdênio, vanádio e tungstênio. Portanto, aços comuns e aços que não apresentem 
quantidades significantes destes não são favoráveis a nitretação gasosa. 
É necessário que se tenha em mente que a nitretação é um processo que envolve o 
crescimento dimensional da superfície tratada. A formação do nitreto duro no aço pode 
aumentar de 0.1 a 0.5 mm a dimensão na superfícieda peça. 
 
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-Nitretação por via líquida 
A nitretação por via líquida é o processo em temos um banho semelhante ao utilizado na 
cementação líquida. Neste banho teremos, então, cianeto de sódio ou potássio, 
carbonato de sódio ou de potássio e cloreto de potássio ou de sódio. Este banho contém 
entre 30 e 40% de cianeto. Normalmente a temperatura utilizada situa-se entre 550° e 
570° C. Nesta faixa de temperatura não ocorre a reação de cementação e, portanto, 
teremos apenas a adição de nitrogênio ao aço. Os tempos de nitretação são curtos, 
geralmente entre 1 e 4 horas. 
 
2.3 CARBONITRETAÇÃO. 
A carbonitretação, conforme o nome sugere, é um processo de endurecimento superficial 
que envolve tanto a difusão do nitrogênio quanto a do carbono, na superfície do aço. O 
processo é desenvolvido num forno com atmosfera gasosa usando uma mistura de gás 
carbonetante (metano ou propano) com amônia. O gás orgânico serve como fonte de 
carbono e a amônia como fonte de nitrogênio. A carbonitretação é realizada por mais ou 
menos 4 horas, em temperaturas acima da temperatura de transformação do aço (760 a 
900 ºC) devido à necessidade de têmpera, tendo em vista o aspecto da carbonetação, 
uma vez que, quanto à nitretação, esta exige temperaturas mais baixas bem como ciclos 
mais rápidos. 
A camada endurecida obtida na carbonitretação é similar aquela obtida no processo de 
carbonetação simples (60 a 65 HRC) diferindo apenas quanto ao aspecto da 
profundidade que é aumentada para uma faixa de 0.7 até 7 mm.A camada consiste de 
nitretos duros bem como de martensita dura, onde os aços mais usados são os aços 
comuns de baixo carbono e os aços de baixa liga. As variações dimensionais que 
ocorrem neste processo são comparáveis àquelas que deveriam ocorrer na 
carbonetação, que em geral não acontece para peças de alto índice de precisão, devido 
estarem sujeitas a um menor índice de distorções (meio de tempera menos drástico). 
 
 
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2.4 CIANETAÇÃO. 
Similarmente a carbonitretação, a cianetação envolve a difusão tanto do carbono quanto 
do nitrogênio na superfície do aço a ser tratado, no qual a fonte dos elementos de difusão 
é um banho de cianeto de sódio fundido (NaCN). Este é um tratamento supercrítico que 
envolve temperaturas na faixa de 760º a 900 ºC, e um tratamento de têmpera - em óleo 
ou em água - no sentido de se atingir alta dureza superficial. 
Normalmente apenas os aços de baixo carbono são cianetados, e a profundidade da 
camada endurecida é menor que 0.25 mm. No entanto,estas camadas podem chegar até 
0.75 mm. 
O tempo de difusão para este tratamento está em torno de 1 hora, que éconsideravelmente menor do que o necessário para carbonitretação. Estes tempos 
podem ser tão curtos quanto 15 minutos, o que torna estes tratamentos muito populares 
para elementos de máquinas submetidos a carregamentos moderados. Esta técnica 
permite o endurecimento superficial em equipamentos de baixo custo, não é usada em 
larga escala e ainda a camada formada é muito fina e sujeita a distorções. Por isso, em 
projetos de engenharia, ela deve ser descartada a menos que os requisitos de produção 
a tornem mais economicamente atrativa, pois a nitretação apresenta distorções menores 
e a carbonetação melhores profundidades 
 
2.5 BORETAÇÃO 
Boretação é um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a 
difusão de átomos de boro para dentro da superfície formando um complexo de boretos 
(Fe2B ). O boro preenche os espaços no substrato criando uma totalmente nova liga de 
boro e ferro. Por se tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência 
mecânica entre a liga e o substrato. A camada boretada é extremamente dura, 
apresentando, também, uma grande resistência à corrosão. 
Os agentes boretantes estão disponíveis na forma de pós ou pastas, em granulometrias 
que variam de <150μm até grãos >2000μm e sua escolha vai em função do substrato 
metálico que receberá a boretação, aplicação da peça a ser boretada e o acabamento 
final que se deseja. 
 
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3. PRODUÇÃO DO AÇO 
 
PRODUÇÃO DO AÇO 
O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar 
altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério. Como 
redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, 
deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao 
carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno. 
No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de 
primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-
prima para a fabricação de cimento. 
A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em 
estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. 
O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.1 Finalmente, a terceira fase 
clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. O aço, em processo de 
solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos 
utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, 
vergalhões, arames, perfilados, barras etc. 
Com a evolução da tecnologia, as fases de. redução, refino e laminação estão sendo 
reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção 
 
3.1 CLASSIFICAÇÕES 
As usinas de aço do mundo inteiro classificam-se segundo o seu processo produtivo: 
 Integradas –que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação; 
participam de todo o processo produtivo e produzem aço. 
 Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas 
partem de ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros 
para transformá-los em aço em aciarias elétricas e sua posterior laminação. 
Além disso, em função dos produtos que preponderam em suas linhas de produção, 
as usinas também podem ser assim classificadas: 
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 De semi-acabados (placas, blocos e tarugos) 
 De planos aços carbono (chapas e bobinas) 
 De planos aços especiais / ligados (chapas e bobinas) 
 De longos aços carbono (barras, perfis, fio máquina, vergalhões, arames e tubos 
sem costura) 
 De longos aços especiais / ligados (barras, fio-máquina, arames e tubos sem 
costura) 
3.2 ETAPAS DE PRODUÇÃO 
O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A 
fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, 
refino e laminação. 
1. Preparação da carga 
 Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de 
coque. 
 O produto resultante é chamado de sinter. 
 O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. 
2. Redução 
 Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. 
 Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo 
do alto forno. 
 O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e 
dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-
gusa. 
 O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado. 
3. Refino 
 Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou 
sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido. 
 Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com 
impurezas. 
 A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento 
contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. 
20 
 
4. Laminação 
 Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos 
chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos 
siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química. 
 
 
Figura 09: Fluxo de Produção do Aço. Fonte: Instituto Aço Brasil 
 
21 
 
4. CLASSIFICAÇÃO DO AÇO 
 
Normas da SAE, ABNT e AISI 
A SAE- Sociedade de Engenheiros de Automotores, a ABNT - Associação Brasileira de 
Normas Técnicas e a AISI - Instituto Americano de 
Ferro e Aço estabeleceram normas que indicam a composição e classificação dos aços. 
O sistema numérico das formas SAE compõe-se de 4 ou 5 algarismos 
que significam o seguinte: 
▪ O 1º algarismo indica a classe do aço conforme o quadro abaixo. 
Veja. 
 
 
 
O 2°algarismo indica a porcentagem aproximada do elemento predominante na liga. Os 
últimos algarismos indicam a média do conteúdo de carbono com centésimos de 
porcentagem. 
 
 
22 
 
Exemplo 1: SAE 1055 
▪ Porcentagem de carbono = 0,55%; 
▪ Como a numeração inicia-se com 10, trata-se de um aço comum, onde apenas carbono 
e ferro encontram-se presentes; 
▪ Aço carbono. 
 
Exemplo 2: SAE 2345 
▪ Porcentagem de carbono = 0,45%; 
▪ Elemento predominante: níquel = 3% (conforme quadro); 
▪ Concluímos que se trata de aço níquel. 
 
Exemplo 3: SAE 3310 
▪ Porcentagem de carbono = 0,10%; 
▪ Elemento predominante: níquel = 3%; 
▪ Concluímos que se trata de aço níquel cromo. 
 
Exemplo 4: SAE 52100 
▪ Porcentagem de carbono = 1,00%; 
▪ Elemento predominante: cromo = 2%; 
▪ Concluímos que se trata de aço cromo. 
 
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4.1 TIPOS DE AÇOS 
 
Aço-carbono → liga ferro-carbono contendo até 2,11% de carbono, além de certos 
elementos residuais, resultantes processos de fabricação (Mn, Si, P e S). Contém em 
geral, basicamente, os seguintes elementos: Fe, C, Mn, Si, P e S; 
Aço-liga → aço-carbono que contém outros elementos de liga ou apresenta os 
elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais. Contém em 
geral, basicamente, os seguintes elementos de liga: Al, Pb, Nb, Ta, B, H, Se, Cr, Mo, Ti, 
Cu, Ni, W, Co, N e V; 
Aço Inoxidáveis → aço-carbono que contém certos elementos de liga que os tornam 
resistentes a corrosão atmosférica e a ação de alguns meios gasosos ou líquidos. 
Contém em geral, basicamente, os seguintes elementos de liga: Cr, Ni, Si, Mo, Al, Nb, Ti, 
Ta e Cu; 
Aço Rápido → aço-carbono que contém elementos de liga que mantêm a dureza do aço 
elevada mesmo a altas temperaturas. Contém em geral, basicamente, os seguintes 
elementos deliga: W, Cr, Mo, Co e V. 
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5 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS DE LIGA