ENSAIOS DE DUREZA E TRATAMENTO TÉRMICO

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UNIP

Vinicius Alves

20/09/2019

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SUMÁRIO
1. OBJETIVO ........................................................................................................... 2
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA .................................................................................... 3
2.1. Ensaio de dureza ........................................................................................... 3
2.1.1. Definições específicas ............................................................................. 3
2.1.2. Tipos de ensaios de dureza ..................................................................... 3
2.2. Tratamento térmico ...................................................................................... 17
2.2.1. Classificação estrutural .......................................................................... 17
2.2.2. Tipos de tratamentos Térmicos ............................................................. 20
2.2.3. Diagrama TTT ( tempo, temperatura e transformação) ......................... 30
2.2.4. Reação eutética ..................................................................................... 31
2.2.5. Reação eutetóide ................................................................................... 31
2.2.6. Diagrama de fases (Lei de Gibbs) ......................................................... 32
3. MATERIAIS UTILIZADOS .................................................................................. 34
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ............................................................. 36
4.1. Análise de medição (dureza – corpo de prova cru) ...................................... 36
4.2. Tratamento térmico (TÊMPERA) ................................................................. 38
4.2.1. CURVA DE AQUECIMENTO DA MUFLA ............................................. 39
4.3. Análise de medição (dureza – corpo de prova temperado) .......................... 41
4.4. Comparações ............................................................................................... 44
5. CONCLUSÃO .................................................................................................... 48
6. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 49

1. OBJETIVO
Para o presente estudo, temos como finalidade propor o conhecimento teórico de
ensaio de dureza e de tratamento térmico, além de uma experiência sobre têmpera,
que está diretamente relacionada com a dureza no material. Abordaremos diferentes
tipos de ensaios de dureza, como Rockwell, Brinell, Vickers e Janka, onde cada um
tem sua finalidade, assim como os tipos que tratamento térmico. Além de conhecer a
fundo esses processos, o experimento nós fará analisar os dados e verificar o
conceito aprendido.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA
2.1. Ensaio de dureza
Atualmente vivemos em um mundo onde os estudos dos materiais são de extrema
importância para a inovação e a evolução da tecnologia. Entre esses diversos
estudos, trataremos do ensaio de dureza. Esse ensaio geralmente é utilizado para
especificações e comparações entre materiais, existindo diferentes tipos de ensaios
de dureza, cada um com a sua particularidade e propósito.
2.1.1. Definições específicas
As palavras duro e dureza possuem diferentes significados de acordo com o ramo
ao qual se refere, por exemplo:
 Para a metalúrgia a dureza significa a resistência à deformação plástica
permanente;
 Para a mecânica a dureza é a resistência á penetração de um material duro
em outro mole;
 Para a área de projetos a dureza é uma base de medidas.
2.1.2. Tipos de ensaios de dureza
Existem diferentes tipos de ensaios para determinar a dureza de um material, entre
os mais utilizados no ramo da metalurgia e da mecânica, temos, o Brinell, o Rockwell
e o Vickers. As máquinas que realizam esses ensaios são chamadas de durômetros
ou máquinas de dureza, onde poderão ter finalidades específicas para um
determinado método, ou ser um durômetro universal, que opera dentro de todos os
métodos.
O sistema de operação desses durômetros é por meio de uma aplicação de força
em um objeto penetrante sobre um corpo de prova.
2.1.2.1. Ensaio de dureza Brinell (Heardness Brinell – HB)
No método de ensaio de dureza Brinell, comprimimos uma esfera de diâmetro “D”
por uma força “F”, durante um tempo “t” contra a superfície do material que deseja-
se ensaiar (esse material deve ter sua superfície lisa e plana). Essa força de
compressão irá gerar uma impressão permanente no material analisado, a mesma
possui um diâmetro “d” , e é através desse diâmetro que classificamos a dureza do
material. Segue o esquema abaixo:
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A dureza Brinell é definida como o quociente, medido em kgf/mm2 ou N/m2 (Pascal),
entre a carga aplicada e a superfície da calota esférica deixada no corpo de prova.

F= força aplicada pelo durômetro
D= diâmetro da esfera
d= diâmetro impresso no corpo de prova
O método Brinell é usado para ensaios em metais ferrosos e não ferrosos, produtos
siderúrgicos em geral e peças não temperadas. Não se aconselha o uso desse
método em materiais de endurecimento superficial.
Esse ensaio tem suas limitações, tais como:
 O corpo de prova deve ter uma espessura mínima de duas vezes o diâmetro
da impressão obtida no ensaio;
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 O raio de curvatura da superfície do corpo de prova deve ser no mínimo cinco
vezes o diâmetro da esfera utilizada;
 A distância mínima, medida de centro a centro entre duas impressões, deve
ser de no mínimo duas vezes e meia o seu diâmetro;
 A carga de ensaio deve ser mantida no mínimo por 30 segundos para
materiais entre 60 e 300 HB, 10 segundos para materiais em que HB é maior
que 300, e 60 segundos para materiais em que HB é menor que 60;
 O ensaio Brinell é visto como um ensaio não destrutivo, porém se a
impressão obtida é relativamente grande em relação a superfície medida, a
peça poderá ser inutilizada..
2.1.2.2. Ensaio de dureza Rockwell (Heardness Rockwell – HR)
Nesse método de ensaio de dureza leva-se em consideração a profundidade em que
o objeto penetrante alcançou sobre a superfície do corpo de prova, descontando-se
a recuperação elástica do material, devido a retirada da carga maior, e a
profundidade atingida que é devida a carga menor. Em um ensaio Rockwell, o
resultado é lido diretamente no durômetro e além de uma agilidade maior, esse
método evita erros de medição do operador.

Os penetradores utilizados para esse ensaio podem ser de dois tipos:
 Esfera de aço temperado, mais utilizado para análise em materiais semiduros
ou macios;
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 Cone de diamante com conicidade de 120o, mais utilizado para ánalise em
materiais duros.

Esse ensaio pode ser separado em quatro etapas:
I. No inicio, colocamos o corpo de prova sobre o apoio do durômetro e
aproximamos o penetrador do corpo de prova.
II. Na segunda etapa, o corpo de prova recebe uma pré-carga, para obter
firmeza entre o objeto penetrante e a superfície do corpo de prova a ser
ensaiado, assim ajustando o ponteiro do mostrador ao 0 (zero) ;
III. A próxima etapa, se aplica uma carga maior sobre a pré-carga e então temos
a carga total ou carga nominal do ensaio.
IV. Na última etapa, é retirado toda a carga e neste momento é dada a
profundidade da impressão feita pelo penetrador que é exibida diretamente no
mostrador, sob forma de um numero de dureza, lido em escala apropriada ao
penetrador e a carga utilizada.
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O método de ensaio de dureza Rockwell é subdividido
basicamente em dois grupos
sendo eles: Rockwell normal e Rockwell superficial. O que os diferencia é a carga
aplicada, esses grupos empregam escalas independentes que são selecionadas de
acordo com a aplicação. Segue o quadro de aplicações:
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As escalas mais utilizadas para o ensaio Rockwell normal são B, C e A. Para o
ensaio Rockwell superficial usamos as escalas N e T.
Na tabela acima podemos verificar as escalas, o endentador ( ou objeto penetrante),
a sua carga maior, a constante dependente do objeto penetrante e as aplicações
para cada especificação.
No caso de um número de dureza, como por exemplo, “60HRB”:
 60 - é o valor de dureza obtido no ensaio;
 HR – indica que se trata de um ensaio de dureza Rockwell (Heardness
Rockwell);
 A última letra, nesse caso a “B”, representa a escala empregada ao ensaio.
Esse valor só possui sentido para comparação se for utilizado na mesma escala.
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Para realizar a leitura da dureza no mostrador utilizamos a faixa de acordo com o
objeto penetrante; se ele for esférico, utilizamos a escala interna vermelha. Para
penetrante cônico de diamante, utilizamos a escala externa preta do mostrador.

Existem também alguns cuidados que devem ser tomados para que o ensaio
garanta resultados satisfatórios. São eles:
 Deve ser verificado se o corpo de prova e a mesa de apoio do durômetro
estão limpos e bem assentados, certificando se que o penetrador quando
montado mantenha um perpendicularismo em relação ao corpo de prova, com
desvio de no máximo 7 graus;
 Não deve haver choque ou algum tipo de vibração durante a aplicação de
carga, por isso os durômetros possuem um sistema de amortecimento
hidráulico;
 Recomenda-se que ao fazer ensaio em um corpo de prova de dureza
totalmente desconhecida, deve-se utilizar uma escala alta de dureza para
evitar danos ao objeto penetrante;
 A espessura mínima do corpo de prova a ser ensaiado deve ser de pelo
menos 17 vezes maior que a profundidade da mossa provocada no ensaio.
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Para o ensaio de dureza Rockwell, temos como vantagem a rapidez e agilidade na
obtenção dos resultados, além da peça poder ser utilizada após o ensaio por se
tratar de um teste não destrutivo. Também existe uma desvantagem nesse tipo de
ensaio, como a multiplicidade de escalas não relacionadas e os possíveis efeitos da
mesa usada para suporte do corpo de prova. Os testes Brinell e Vickers não são
sensíveis a este efeito.
2.1.2.3. Ensaio de dureza Vickers ( Heardness Vickers – HV)
No método de ensaio Vickers leva em consideração a relação ideal entre o diâmetro
da esfera do penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida. Além disso
utiliza-se também outro tipo de objeto penetrante que nos permite obter as medidas
de quaisquer valores de dureza, desde os objetos mais moles até os mais duros.
No procedimento de ensaio, o corpo de prova é comprimido por um penetrante em
forma de pirâmide reta e base quadrada de diamante com 136° de ângulo entre suas
faces. Durante o teste a peça de teste em ensaio recebe uma carga plena, onde
geralmente é aplicada entre um pedido de 10 a 15 segundos, assim marcando a
peça com diagonais resultantes da força aplicada.

Em linguagem matemática, dizemos que a dureza Vickers é o quociente da força
aplicada durante o ensaio sobre a área atingida pelo penetrante.
𝑯𝑽 =
𝑭
𝑨

O durômetro para ensaios Vickers, não fornece o valor da área impressa no corpo
de prova, no entanto com a ajuda de um microscópio acoplado é possível descobrir
os valores das diagonais d1 e d2, formadas pelos vértices opostos da base da
pirâmide .

Conhecendo-se as medidas das diagonais, é possível calcular a área atingida por:
𝑨 =
𝒅𝟐
𝟐 ∗ 𝒔𝒆𝒏(
𝟏𝟑𝟔°
𝟐 )

Sendo assim, o valor da força deve ser expressa em quilograma-força (kgf), e “d”
simboliza à diagonal média:
𝒅 =
𝒅𝟏 + 𝒅𝟐
𝟐

Nesse método de ensaio pode ser utilizada qualquer carga de teste, pois a
impressão é proporcional à carga aplicada, para o mesmo material. Assim, o valor
da dureza é sempre o mesmo, independente da carga.
Mesmo com essa funcionalidade, para manter a padronização, as cargas
recomendadas são de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 e 120 kgf. Para cargas
acima de 120 kgf não se recomenda a utilização do penetrante de pirâmide de
diamante, e sim o uso de esfera de aço temperado de 1 ou 2mm de diâmetro como
objeto penetrante. Nesse caso o ensaio realizado no durômetro Vickers, passa a ser
o ensaio Brinell.

A dureza Vickers é expressa pelo valor de dureza, seguido do símbolo “HV”, e de
um valor que representa a carga aplicada no ensaio, por exemplo, 259,6HV10,
nesse caso:
 O número 259,6 é o valor de dureza obtido no ensaio;
 O símbolo HV traduzindo do inglês “Heardness Vickers”, significa dureza
Vickers.
 O número 10 indica que a carga aplicada no teste foi de 10 kgf.
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O tempo normalmente utilizado para aplicação de carga é de 10 a 15 segundos,
quando a duração desta aplicação é diferente, expressa-se o tempo após o número
de carga, por exemplo, 259,6HV10/20, o último número indica que o tempo de teste
foi de 20 segundos.
Quando se trata de superfícies tratadas (carbonetação, têmpera) ou até mesmo para
se descobrir dureza de microconstituintes individuais de uma microestrutura,
recomenda-se o uso do “ensaio de microdureza Vickers”, que se baseia no mesmo
processo do convencional, porém utiliza cargas menores que 1kgf, podendo se
reduzir a 10gf.
No ensaio de microdureza Vickers, as impressões produzidas pelo penetrante são
muito pequenas, necessitando assim a utilização do microscópio para melhor
visualização.
Uma impressão é considerada perfeita sobre o material quando apresenta os lados
retos.

Existem também algumas imperfeições que podem causar erros no resultado do
ensaio, esses defeitos de impressão podem ocorrer devido ao afundamento ou à
aderência do metal envolta das faces do objeto penetrante.
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Quando ocorre esses defeitos de impressão, por mais que as diagonais sejam
iguais, a área de impressão não é a mesma.

Como utilizamos no calculo os valores das diagonais para chegar a área da
pirâmide, esses erros afetam o resultado da dureza, ou seja, teremos um valor de
dureza maior do que o real para casos de afundamento. E o valor de dureza menor
do que o real para casos de aderência do metal. Para a correção desses erros,
recomenda-se que utilize diferente carga de ensaio, alterando de mais para menos
dependendo do material ensaiado e do tipo de defeito apresentado.
Este tipo de ensaio tem suas vantagens e limitações, sendo elas:
 O método de ensaio Vickers tem uma escala contínua de dureza, medindo
todos os valores em escala única;
 As impressões feitas no ensaio são extremamente pequenas, que na maioria
das vezes, não inutilizam as peças, mesmo acabadas.
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 O objeto penetrante, por ser de diamante, é praticamente indeformável;
 Nesse método podemos analisar peças sem restrição de espessura, e pode
ser utilizado também para medida de dureza superficial;
 A preparação do corpo de prova para o ensaio de microdureza deve ser feito
por meio de metalografia, utilizando-se de preferência, o polimento eletrolítico,
para se evitar o encruamento superficial;
 Quando for fazer a utilização de cargas menores que 300gf, pode-se haver a
recuperação elástica do material, dificultando assim as medidas das
diagonais.
 O durômetro Vickers requer aferição constante para que sua precisão seja
boa. Qualquer erro que exista na velocidade
de aplicação de carga, pode
afetar os valores de dureza.
2.1.2.4. Ensaio de dureza Janka (Heardness Janka – HJ)
O método de ensaio Janka verifica a resistência da madeira à penetração de outro
corpo (em kgf), ou seja, a força necessária para a penetração completa na madeira
de uma semiesfera de aço, que tem secção diametral de uma superfície de 1 a 2
cm. É esse fator que indica se a espécie de madeira a ser trabalhada está mais
suscetível ou não á marcas e arranhões e se é resistente para o trabalho em que
necessita.
O austríaco Gabriel Janka (1864-1932) desenvolveu esse método a fim de analisar a
dureza de diferentes espécies de madeira, e é através deste método que
determinamos e classificamos a dureza de cada espécie de madeira, assim criando
um parâmetro de comparação.
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No teste em si, uma semiesfera de aço é pressurizada contra a superfície da
madeira a ser ensaiada e em razão da força empregada para fazê-la penetrar nas
fibras da madeira, obtemos a dureza da espécie.

2.2. Tratamento térmico
Pode-se definir como tratamento térmico o aquecimento ou resfriamento dos metais
de forma controlada, com o intuito de mudar as propriedades físicas e mecânicas do
mesmo, sem alterar a forma do produto final.
Esses tratamentos estão geralmente mais associados com o aumento da resistência
do material, no entanto pode ser também utilizados para mudar características de
fabricabilidade, tais como, estampabilidade, usinabilidade ou restauração da
ductilidade depois de um intenso processo de conformação à frio.
Nem sempre esses tratamentos são feitos intencionalmente, por exemplo a solda
em estruturas de aço que aquecem a temperaturas elevadas podem sofrer têmpera
e fragilização, na zona termicamente afetada, comprometendo a tenacidade da
estrutura como um todo. Muitas vezes peças metálicas passam por tratamento
térmico despropositais durante o seu processo de fabricação, passando por ciclos
de aquecimento ou resfriamento, que podem alterar as propriedades de forma
prejudicial.
Podemos dizer então que o tratamento térmico é um processo de fabricação que é
utilizado tanto para facilitar outros processos como para aumentar o desempenho
através do aumento da resistência mecânica ou de outras propriedades do material.
2.2.1. Classificação estrutural
Os metais são formados por um aglomerado compacto de átomos, os mesmos
possuem arranjo ordenado, denominando-se como estrutura cristalina.
Representamos os átomos em esferas rígidas, como bolas de bilhar. Embora seja
uma representação simples é adequada para expressar as propriedades físicas e
mecânicas dos metais.
Os aços são ligas ferro-carbono e para entender como os átomos de ferro e de
carbono formam a estrutura cristalina é preciso antecipadamente observar os
aglomerados de átomos de ferro (Raio atômico 140pm) e também as formas
cristalinas que este elemento possa assumir.
Em temperaturas elevadas o aço apresenta estrutura cristalina chamada de cúbica
de face centrada (CFC).
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Essa estrutura é formada por 8 átomos de ferro, localizados nos vértices de uma
célula unitária cúbica e também por 6 átomos de ferro, situado nas faces do cubo.
Observamos que apenas 1/8 de casa átomo situado nos vértices faz efetivamente
parte da célula unitária. Da mesma maneira somente ½ átomos localizado no centro
das faces ficam efetivamente no interior da célula unitária. Já em temperaturas mais
baixas o ferro se organiza de outra maneira formando uma estrutura cúbica de corpo
centrado (CCC) com oito átomos nos vértices da célula unitária cúbica e um único
átomo no centro do cubo.

A estrutura CFC pode ser denominada como austenita ou fase γ, ela é estável desde
elevadas temperaturas, logo após a solidificação do aço, passando pelas
temperaturas de laminação ou forjamento (1000 á 1200°C), até chegar a
temperatura de 912°C . Nessa temperatura acontece uma transformação no ferro de
uma estrutura cúbica de face centrada (CFC) para a estrutura cúbica de corpo
centrado (CCC). Essa transformação é chamada ferrita ou fase α. Ela pode ser
considerada estável até a temperatura ambiente.
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A austenita, nos aços de baixa liga não tem sua fase estável na temperatura
ambiente, na verdade ela pode aparecer com uma fase meta estável, austenita
retida, em aços temperados, no meio de plaquetas de martensitas. A sua presença
evita a obtenção de durezas elevadas em aços temperados.
No caso da ferrita, ela é estável e tem propriedades mecânicas de dureza e
resistência baixas, no entanto, essa fase apresenta alta dutilidade e alta
conformabilidade.
A transformação do ferro CFC para a estrutura CC possibilita o endurecimento de
aços para se obter materiais duros e resistentes ao desgaste e a fadiga.
O carbono é um átomo bem pequeno (Raio atômico 70pm), quando o comparamos
com o átomo de ferro que ocupa as regiões vazias que existem no reticulado
cristalino do ferro, essas são chamadas de posições intersticiais.

Quando temos um elevado teor de carbono, o mesmo se combina com o ferro
formando-se assim uma fase cerâmica (Carboneto de ferro F-e3C) está então é
chamada de cementita. A estrutura cristalina dessa fase é bastante complexa: tem
16 átomos por célula unitária, 12 de ferro e 4 de carbono. A cementita é bastante
dura (1050HV) e também frágil, suas propriedades mecânicas são bem parecidas
com a do vidro.
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2.2.2. Tipos de tratamentos Térmicos
Utilizamos muitos objetos no dia-a-dia em que sua composição estão existentes
partes metálicas que possuem funcionalidade no mesmo, geralmente essas partes
recebem um tipo de tratamento térmico para oferecer propriedades mecânicas
necessárias e importantes para o seu uso.
O tratamento térmico consiste basicamente em aquecer e resfriar o metal afim de
adquirir propriedades físicas e mecânicas como dureza, elasticidade, ductilidade e
resistência a tração. O tratamento térmico efetua mudanças nas propriedades
mecânicas como já vimos, e essas mudanças dependem da temperatura de
aquecimento, velocidade de resfriamento e da composição química do aço.
2.2.2.1. Recozimento
Em razão dos processos de fabricação, as barras e tarugos de aço podem acumular
tensões e apresentar microestruturas heterogêneas com um grande tamanho de
grão e dureza elevada. O recozimento tem como função amaciar o aço, regenerar
estruturas de aço superaquecido ou simplesmente apenas remover as tensões
internas.
Esse processo aquece o metal á temperatura de austerização (800°C e 950°C
dependendo do tipo de aço, seguido de um resfriamento leve.
Recomenda-se o uso desse tratamento quando na sequência de fabricação,o o aço
for sofrer um grau elevado de deformação ou a peça for usinada. O recozimento
garante ductilidade a peças antes consideradas frágil.
2.2.2.2. Esfeirodização
Os aços com alta concentração de carbono (% C > 0,8%) apresentam uma rede
frágil de cementita precipitada nos contornos da perlita. Esta maior quantidade de
cementita presente nesses aços os torna difícil para usinagem. Para aumentar sua
usinabilidade é feito o processo de esfeirodização.
Esse processo recebe esse nome pois as partículas de cementita se tornam
esféricas após prolongados tempos de exposição em temperaturas ligeiramente
subcríticas. Esse processo produz cementita esfeirodal em uma matriz de ferrita,
eliminando assim a presença de perlita e de rede de carbonetos frágeis que antes
existiam na microestrutura.
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O processo de tratamento consiste basicamente no aquecimento do aço até a faixa
de uns 50°C abaixo da zona crítica, manutenção prolongada
por varias horas nesta
temperatura e depois o resfriamento lento dentro do forno.

Após o tratamento de esfeirodização, o aço possui uma estrutura com mínima
dureza e alta usinabilidade.
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Já no caso dos aços que possuem baixo teor de carbono dificilmente são
esfeirodizados, pois são muito moles e deformáveis.
2.2.2.3. Normalização
É recomendado esse processo de normalização quando se deseja refinar o grão do
material, e com esse refinamento garantimos maior homogeneidade de propriedades
e maior tenacidade. Esse tratamento é feito com o aquecimento do aço até 60°C
acima do limite superior da zona crítica, sempre garantindo a austenitização total do
material.

Após o aquecimento, o material é retirado do forno e deixado para resfriar em ar
natural. Resultará então em uma estrutura de pequenos grãos de ferrita e perlita
fina.
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A grande diferença entre normalização e recozimento pleno é que no tratamento de
recozimento pleno as peças apresentam ductilidade e usinabilidade homogêneas em
todas regiões, pois toda a peça fica exposta ao ciclo de resfriamento. Para o
tratamento térmico de normalização a velocidade de resfriamento não é uniforme,
sendo que as seções mais espessas resfriam mais lentamente do que as mais finas.
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Como a velocidade de resfriamento é heterogênea, a microestrutura e as
propriedades também o são. Caso deseja-se usinar essa peça nas suas etapas sub-
sequentes de fabricação, recomenda-se o uso do tratamento de recozimento.
2.2.2.4. Têmpera
O processo de têmpera consiste basicamente em aquecer o material até uma
temperatura de 50°C acima da zona crítica (austenitização), mantê-lo na
temperatura por um dado período de tempo e resfria-lo bruscamente em seguida em
água, óleo ou em outros meios de têmpera de composição química especial.

Esse processo tem como objetivo obter a martensita na estrutura do aço,
microconstituinte muito duro e frágil. Nesse caso, o resfriamento deve ser feito de
forma brusca e rápida, para que não se forme a perlita, ferrita e bainita, que são
microconstituintes mais moles comparados a martensita.
Ao fazer o resfriamento brusco do aço, temos um choque térmico no corpo do
material, em que o mesmo passa de uma temperatura de 850°C a 900°C para a
temperatura ambiente, em poucos segundos.
Esse resfriamento pode afetar a peça com distorções e trincas, que são chamadas
de trincas de têmpera. No entanto esse resfriamento deve ser rápido para que haja a
formação de martensita.
Quando temos uma alta velocidade de resfriamento, existem grandes diferenças de
temperatura entre a superfície e o núcleo do material, pois a superfície tem um
contato direto com o meio refrigerante, enquanto o centro da peça resfria mais
lentamente.
Sendo assim, quando realizamos tratamentos térmicos em peças médias ou
grandes temos que nos atentar de que o núcleo e a superfície resfriam de formas
diferentes, por tanto essas peças podem apresentar microestruturas e propriedades
mecânicas diferentes.
Conseguimos também obter o mesmo valor de dureza em aços temperados com
diferentes teores de carbono. Por exemplo, é possível se obter 50 HRC com 99,9%
de martensita e 0,25% C, ou até 50% de martensita e 0,6% C.
Quanto maior for o teor de carbono, mais frágil é esse aço. Da mesma maneira,
quanto mais heterogenea for a estrutura do aço ( mistura de ferrita, bainita,
martensita, perlita), menor é a sua resistência a fadiga. Por esses motivos, a escolha
do aço deve ser sempre feita utilizando o menor teor de carbono compativel com a
dureza desejada.
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2.2.2.5. Têmpera superficial
Também conhecida como endurecimento de superfície, é um processo em que a
superfície do metal é reforçada com uma camada fina sobre a outra com uma liga
de metal, geralmente essa liga é mais durável. O objetivo desse processo é
aumentar a vida útil da peça e esse tratamento é de extrema importância na
fabricação de componentes de máquina.
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No processo de têmpera superficial, combinamos um metal de baixo carbono com
outro de maior teor de carbono, já que os metais com um alto teor de carbono
tendem a ser mais frágeis no forjamento, a sua mistura com o outro metal com teor
de carbono baixo cria um material que é facilmente moldado em qualquer forma.
Essa combinação faz com que o produto final seja mais duradouro.

Esse revestimento além de adicionar força ao metal, também ajuda a evitar a
deterioração do mesmo ao longo do tempo. Esse processo deve ser feito com
bastante cuidado, pois qualquer erro pode alterar a estrutura do metal, causando
então um risco a determinado tipo de operação.
2.2.2.6. Martêmpera
Algumas vezes é necessário o tratamento de martêmpera, para que se possa
eliminar a diferença de temperaturas e de tempo de transformação entre a superfície
e o núcleo do aço em trabalho. Esse processo consiste na austenitização do aço nas
temperaturas mais usadas, seguida de têmpera em óleo aquecido ou em banho de
sais em uma temperatura logo acima da temperatura Mi.
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Durante essa temperatura o tempo de manutenção deve ser o suficiente para
equalizar a temperatura de toda a peça, sem, entretanto, deixar que ocorra a
transformação bainitíca. Esse processo de tratamento visa minimizar as distorções e
tensões residuais decorrentes das diferenças de temperatura na superfície e no
núcleo da peça.
A microestrutura final obtida nesse tratamento é a martensítica, com alta dureza e
baixa tenacidade.
Assim como na têmpera convencional, esse processo deve ser seguido de
revenimento, para que haja o aumento da tenacidade.
2.2.2.7. Revenimento
Nos processos de tratamento em têmpera, os metais se tornam mais duros porém
mais frágeis. O revenimento diminui a dureza e aumenta a tenacidade do material.
Durante esse processo a martensita com estrutura TC (tetragonal compacta), perde
o seu excesso de carbono em solução e o seu reticulado cristalino se torna mais
próximo do da ferrita, sem as distorções e sem acúmulos das tensões mecânicas.
Quanto mais elevada for a temperatura para esse tipo de tratamento, menor será a
distorção do reticulado, menor será a dureza e maior será a tenacidade do material
trabalhado.
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Em aços de baixa liga e alta resistência, a dureza cai continuamente com a
temperatura de revenido, como podemos visualizar acima.
Há uma faixa de temperatura em que deve ser evitado o revenido, pois nessa faixa a
tenacidade do material pode ser prejudicada. Esse fenômeno denomina-se como
fragilidade azul (pois na faixa de temperatura em que esse fenômeno ocorre, é
formada uma película de óxido azulada) ou fragilidade dos 500°F (260°C).
2.2.2.8. Nitretação
O processo termoquímico denominado de nitretação tem sua finalidade dar maior
dureza à superfície das peças, assim consequentemente proporciona uma
resistência também maior à fadiga e ficção.
São existentes peças que possuem funcionalidade com risco de desgaste por atrito
permanente como por exemplo cilindros e pinos, que devem ter alta resistência ao
desgaste a uma temperatura relativamente alta . Essas peças citadas podem
adquirir resistência através da nitretação.
Este processo pode ser efetivado por meio dos métodos de banho de gás ou sal. O
método a gás necessita de uma temperatura entre 500°C a 530°C para ser
adequado, tendo sua duração variando de quarenta a noventa horas. Com a
temperatura adequada, o amoníaco (NH3) é decomposto e enquanto o nitrogênio na
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camada de superfície da peça atinge uma profundidade equivalente a 0,15mm até
0,80mm. A camada
de superfície se transforma em nitritos de ferro, cromo, níquel e
nitritos com alta rigidez e após o aquecimento são retiradas e deixadas ao ar.
A nitretação pode ocorrer em ambientes líquidos. No método de banho de sal as
peças são mergulhadas nas fontes de nitrogênio (sais fundidos). Neste processo a
duração é curta, apenas duas ou três horas, com sua temperatura variando de
500°C a 580°C.

2.2.3. Diagrama TTT ( tempo, temperatura e transformação)
Quando há o resfriamento do aço em velocidades intermediárias outras micro
estruturas são formadas. Para expressar o que acontece durante o resfriamento dos
aços que são submetidos a tratamentos isotérmicos, usamos as curvas TTT-
temperatura, tempo, transformação. É possível localizar nas curvas as regiões em
que obtemos ferrita, permita, bainita e martensitas.

A curva TTT pode também representar uma transformação de fase durante um ciclo
térmico. Como a seguir:
31

No caso, a curva mais a esquerda corresponde ao inicio da transformação, já a
curva mais para a direita representa o fim da transformação. Nessas duas curvas
descritas existem duas retas horizontais chamadas respectivamente de Mi e Mf. São
elas as temperaturas de inicio e fim da transformação martensítica.
Quando há o cruzamento entre uma curva de resfriamento e a curva TTT, a
transformação acontece na região assinalada por serrilhado. Conseguimos descobrir
então a estrutura formada analisando-se em que parte da curva TTT ocorreu a
transformação.
2.2.4. Reação eutética
Nessa reação um liquido em seu resfriamento, se transforma em duas fazer sólidas
distintas.
𝑳 ⇒ 𝜶 + 𝜷
2.2.5. Reação eutetóide
Essa reação é a decomposição isotérmica de uma fase sólida em outras duas fases
sólidas durante o resfriamento e a reação inversa durante o aquecimento.
𝜶 ⇒ 𝜷 + 𝜸
32

2.2.6. Diagrama de fases (Lei de Gibbs)
Os diagramas de fases fazem relação entre temperatura, composição química e
quantidade de fases em equilíbrio. Inclusive a microestrutura pode ser relacionada
diretamente com esse diagrama.
Esses diagramas permitem o conhecimento das fases presentes em dada
temperatura em um material com composição química conhecida, em um equilíbrio
termodinâmico.
33

Uma equação feita pelo físico J. Willard Gibbs e pelo também físico Hermann
Helmholtz, nos ajuda a entender a espontaneidade de uma reação, que pode ser
medida pela seguinte formula:
𝜟𝑮 = 𝜟𝑯 − 𝑻 ∗ 𝜟𝑺
Onde:
 ΔG→ É a variação da energia livre;
 ΔH→ Variação da entalpia;
 T→ temperatura em K (sempre positiva)
 ΔS→ variação da entropia
Um sistema que possui uma energia total, jamais usará totalmente a sua energia
efetivamente, sendo então a energia utilizada como a energia livre de Gibbs.
3. MATERIAIS UTILIZADOS
 Durômetro- kontrol (cone de diamante)
 4 tarugos de Aço 1045 (corpo de prova nº4)
 Forno Mufla
 Tesoura tenaz
 Luva protetora
 Balde com cal
 Balde com Água
 Balde com Óleo (20W50)
 Vasilha para utilização da têmpera no ar.
35

4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Para o estudo de análise em conjunto com os colegas de classe, realizamos alguns
ensaios de dureza Rockwell em um corpo de prova de aço 1045 ainda cru.

Após o teste de dureza submetemos esse corpo de prova a têmpera, colocando-o
no forno mufla e depois realizando o resfriamento em água, ar, óleo e cal. Com o
tratamento térmico já realizado repetimos o processo de ensaio de dureza para
verificar qual a alteração feita pela têmpera, para cada um dos casos.
4.1. Análise de medição (dureza – corpo de prova cru)
Realizando os ensaios no durômetro com o corpo de prova ainda sem tratamento,
obtivemos os seguintes valores:
 50 HRB
 53 HRB
 50 HRB
 54 HRB
 53 HRB
 53 HRB
 51 HRB
 50 HRB
 52 HRB
37

 51 HRB.

Sendo assim, passamos para a seguinte tabela:
Xi Xi-x (Xi-x)
^2
50 -1,7 2,89
53 1,3 1,69
50 -1,7 2,89
54 2,3 5,29
53 1,3 1,69
53 1,3 1,69
51 -0,7 0,49
50 -1,7 2,89
52 0,3 0,09
51 -0,7 0,49
TOTAL:517 20,1

X= ∑Xi/N= 517/10= 51,7 (valor médio)
DESVIO PADRÃO DA SÉRIE: DP= (∑((Xi-x)2/(N-1)))(1/2)
DP= (20,1/9)(1/2)
DP= 1,4944
DESVIO DA MÉDIA: E=DP/(N(1/2))
E= 1,4944/(10(1/2))
E=0,47257
Expressão do valor verdadeiro: x=(51,7±1,4) HRB
38

Esse valor serve para o corpo de prova de número 4(quatro), segue a tabela com os
valores obtidos pelos demais grupos, nos demais tarugos:

4.2. Tratamento térmico (TÊMPERA)
Agora que já foram realizadas as medições de dureza nos tarugos ainda sem
tratamento térmico, partiremos para a adição dos mesmos ao forno mufla, até que o
forno chegue a uma temperatura aproximada de 1200°C (para têmperas em aço
carbono, a temperatura recomendada é entre 750°C e 900°C), onde mantenha o
calor para que seus grãos se tornem austenita.

Após o aquecimento do aço, iremos retirá-lo da mufla para o resfriamento, que
neste experimento utilizaremos 4 (quatro) tipos, em ar, água, cal e óleo. Depois do
tarugo já resfriado, faremos novamente as medições de dureza para cada caso.

4.2.1. CURVA DE AQUECIMENTO DA MUFLA
Para verificar a curva de aquecimento, utilizamos um forno pré-aquecido a 400°C de
onde tiramos os valores de temperatura de dois em dois minutos até que fosse
atingida a temperatura de quase 1200°C pré-estabelecida:
TEMPO
(minutos)
TEMPERATURA RESIST. (°C) TEMPERATURA FORNO
(°C)
0 400 400
2 426,1 419,2
4 447,3 439,1
6 468,4 460,5
8 489,6 481,2
10 510,8 500,8
12 532 520,6
14 553,2 540,8
16 574,4 561
18 595,5 581,2
20 616,7 601,3
22 637,9 620,7
24 659,1 639
26 680,6 656,7
40

28 701,4 673,3
30 722,6 689,5
32 743,8 705,5
34 764,9 721
36 786,1 735,7
38 807,3 750,3
40 828,5 764,5
42 849,7 778,2
44 870,9 790,9
46 891,9 803,1
48 913,1 815,2
50 934,3 827,7
52 955,4 840,4
54 976,6 853,1
56 997,7 865,4
58 1019 878
60 1040 890,3
62 1061 902,3
64 1082 914,2
66 1103 925,5
68 1125 936,7
70 1146 947,8
72 1167 958,7
74 1188 969,5
76 1200 979,9
78 1200 990,3
80 1200 1000
82 1200 1010
84 1200 1020
86 1200 1029
88 1200 1038
90 1200 1048
92 1200 1057
94 1200 1066
96 1200 1075
98 1200 1084
100 1200 1092
102 1200 1101
104 1200 1109
106 1200 1117
108 1200 1125
110 1200 1132
112 1200 1140
114 1200 1148
116 1200 1155
118 1200 1162
120 1200 1169
122 1200 1176
41

124 1200 1191

Com a ajuda desta tabela, podemos então representar a curva de aquecimento da
mufla através de um gráfico:

4.3. Análise de medição (dureza – corpo de prova temperado)
Realizando os ensaios no durômetro com o corpo de prova número 4 (resfriado em
óleo), obtivemos os seguintes valores:
 57 HRB;
 51 HRB;
 57 HRB;
 64 HRB;
 59 HRB;
 57 HRB;
 58 HRB;
 62 HRB;
 57 HRB;
 58 HRB;
42

Passando os mesmos para a tabela, encontraremos a expressão do valor
verdadeiro:
Xi Xi-x (Xi- x)^2
57 -1 1
51 -7 49
57 -1 1
64 6 36
59 1 1
57 -1 1
58 0 0
62 4 16
57 -1 1
58 0 0
TOTAL: 580 106

X= ∑Xi/N= 580/10= 58 (MÉDIA)
DESVIO PADRÃO DA SÉRIE: DP= (∑((Xi-x)2/(N-1)))(1/2)
DP= (106/9)(1/2) = 3,4319
DESVIO DA MÉDIA: E=DP/(N(1/2))
E= 3,4319/(10(1/2))= 1,0853
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Expressão do valor verdadeiro: x=(58,0±3,4)
HRB

Os valores dos demais tarugos, incluindo o (1, 2, 3 e 4):
44

4.4. Comparações
Agora que já terminado o processo prático, vamos analisar os resultados obtidos:
 CP→ Corpo de prova
CP CP sem tratamento térmico CP temperado
1 52,8±1,8 HRB 52,8±1,6 HRB (AR)
2 52,3±1,5 HRB 32,9±4,2 HRB (CAL)
3 50,4±2,3 HRB 24,9±3,1 HRC (ÁGUA)
4 51,7±1,4 HRB 58,0±3,3 HRB (ÓLEO)

Existem diversos fatores que influenciam a têmpera, sendo eles, o aquecimento,
tempo de permanência à temperatura, meio e velocidade de resfriamento.
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Para o primeiro corpo de prova (resfriado no ar), observamos que há pouca
alteração no valor da sua dureza, pois não houve um resfriamento tão brusco. Nesse
caso o material demora a ser resfriado, sendo um fator influenciador para a têmpera.
Esse tipo de resfriamento é mais utilizado em ferramentas que trabalham a quente.
No tarugo resfriado em cal, observamos que ouve uma queda de dureza comparada
a da medição da peça sem tratamento. Esse processo possui um resfriamento lento,
que aumenta a quantidade de carbono do aço
No terceiro caso (resfriado em água), observamos que a sua dureza aumentou
consideravelmente, onde antes sua escala era em HRB, passa a ser HRC (utilizada
essa escala para materiais mais duros). Para esse processo, é necessário a
agitação do material sob o meio, para um resfriamento mais acelerado e também
para evitar que o material possua partes moles comparadas as outras.
46

Para o corpo de prova resfriado em óleo 20W50, podemos verificar que a sua
dureza aumentou, mas não tanto quanto o resfriado em água. Para esse processo
também é necessária a agitação do material em tratamento no meio refrigerante.

Existem certas indicações referentes ao material a ser temperado, meio refrigerante
e temperaturas de têmpera.

5. CONCLUSÃO

Com a transformação das tecnologias, os métodos de ensaios de dureza e
tratamento térmico se alteraram e tiveram seus modos de realização explanados.
Como visto em decorrer do trabalho, são existentes diversos modos de visualizar
como tais procedimentos ocorrem, do que se utilizam para ter uma maior eficácia e
os resultados obtidos.
Os métodos de estudos destas características possibilitam ter um melhor
entendimento das mudanças ocasionadas e o porquê das mesmas.
Com auxílio de um experimento realizado em laboratório, onde se media a dureza
de um material, com este mesmo realizasse a têmpera e ao final, realizado
novamente a medida da sua dureza para uma conclusão concreta, obtêm-se uma
melhor compreensão da existência desses métodos e suas finalidades.

6. BIBLIOGRAFIA

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– Ed. 5° - Rio de Janeiro: Editora LTC, 2002.
 COZACIUC, I.; SILVA, L. R. da; TOGNI, M. A. – “Apostilas Telecurso 2000:
dureza Brinell, dureza Rockwell e dureza Vickers”.
 FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas.-“Energia livre de Gibbs”; Brasil Escola.
Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/energia-livre-
gibbs.htm1>. acesso em: 10.SET.2019 .
 FREITAS, P. S. De - “ Tratamento Térmico dos Metais”.- Ed. 1 –São Paulo:
Editora SENAI-SP, 1 JAN 2014.
 GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. – “Ensaios dos materiais”. Rio de
Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 2000.
 SOUZA, S. A. – “Ensaios mecânicos de materiais metálicos: fundamentos
teóricos e práticos”.- 5.ed., São Paulo: editora Blucher, 1982.
 “Tratamento Térmico” – Mecânica Industrial. - Disponível em:
<https://www.mecanicaindustrial.com.br/27-tratamento-termico/>. Acesso em:
08 SET 2019.
 ZOLIN, Ivan. – “Ensaios Mecânicos e Análise de Falhas”. 3.ed., Santa Maria:
Universidade Federal de Santa Maria: Colégio Técnico Industrial de Santa
Maria, 2010.