Artigo SECITEC - ANÁLISE DA VIABILIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO DE AUSTÊMPERA PARA O AÇO BAINÍTICO EM DESENVOLVIMENTO DIN 18MnCrSiMo64

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Inscrição de Trabalho para a VIII SECITEC 
 
1. Lista de Autores: 
 
SILVA, M. A.; 
WOLFART JUNIOR, M.; 
PASINI, M. R.; 
CANAL, F.; 
CAVALI, G.; 
 
2. Título do Trabalho: ANÁLISE DA VIABILIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO DE 
AUSTÊMPERA PARA O AÇO BAINÍTICO EM DESENVOLVIMENTO DIN 
18MnCrSiMo64 
 
3. Título do PROJETO VINCULADO: Caracterização de aço bainítico em desenvolvimento 
em cooperação com a UFRGS e IWT no programa BRAGECRIM 
 
4. Modalidade: 
( ) Ensino (x) Pesquisa ( ) Extensão 
 
5. Nível: 
( ) Médio (x) Graduação ( ) Outro: 
 
6. Área de Conhecimento: 
( ) Ciências Humanas 
( ) Ciências Sociais e Aplicadas 
( ) Comunicação 
( ) Cultura 
( ) Educação 
( ) Engenharia de Controle e Automação 
( ) Engenharia Elétrica e Eletrônica 
(x) Engenharia Mecânica 
( ) Linguística, Letras e Artes 
( ) Meio Ambiente 
( ) Multidisciplinar (interdisciplinar; ensino; materiais e métodos) 
( ) Saúde 
( ) Trabalho 
 
7. Edital de Fomento: 
( x ) Interno Nº___003-2018____ ( ) Externo Nº ________________ 
 
 
 
 
 
ANÁLISE DA VIABILIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO DE AUSTÊMPERA PARA 
O AÇO BAINÍTICO EM DESENVOLVIMENTO DIN 18MnCrSiMo64 
 
Matheus Alves da Silva1, Mario Wolfart Junior2, Mateus Ritter Pasini3, Felipe Canal4, 
Guilherme Cavali5 
 
1Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna / matheus77.alvessilva@gmail.com 
2Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna / mario.wolfart@ifc.edu.br 
3Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna / mateus.pasini@ifc.edu.br 
4Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna / felipe1234canal@gmail.com 
5Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna / guicavali01@gmail.com 
 
 
 
Resumo: O estudo de aços bainíticos a fim de aprimorar suas características mecânicas em paralelo a alta 
produtividade demonstra destaque na comunidade científica atual, pois proporcionam a substituição de aços comuns 
por dispor de responsabilidade mecânica superior. Além disso, devido a microestrutura gerada, os aços bainíticos 
dispensam tratamentos posteriores ao recozimento ou austêmpera possibilitando grande redução de consumo 
energético e tempo. Diante disso, a partir de um aço bainítico europeu em desenvolvimento DIN 18MnCrSiMo64, 
foram efetuados estudos bibliográficos a fim de obter uma curva de austêmpera adequada a este aço, avaliando assim, 
a viabilidade deste tratamento em relação ao seu estado recozido. Esta análise foi baseada na caracterização 
microestrutural com reagente LePera e na microdureza vickers. Em comparação microestrutural, a liga austemperada 
demonstrou microestrutura mais repuxada devido a elevadas taxas de resfriamento, menor formação de bainita, sem 
formação de ferrita, bastante nucleação de ripas de ferrita bainítica e excessiva presença de austenita retida em relação 
ao estado recozido. Contudo, devido a maior presença de austenita retida que é prejudicial aos aços, a liga 
austemperada demonstrou 46 HV de superioridade. Diante disso, averiguou-se a inviabilidade do tratamento térmico 
de austêmpera para este aço, pois além de maior custo de fabricação, consumo energético e tempo para a obtenção da 
microestrutura final, as indústrias teriam aços com propriedades mecânicas semelhantes e até inferiores dependendo 
da manutenção do tempo x temperatura nos tratamentos térmicos. 
 Palavras-Chave: Aço bainítico, Austêmpera, Caracterização microestrutural. 
 
1. INTRODUÇÃO 
Com a crescente demanda e competividade do mercado, tanto no setor produtivo quanto no 
setor tecnológico, as indústrias são estimuladas a se readequar. As pesquisas aplicadas aos 
produtos/componentes de alta responsabilidade estão englobadas nas linhas de desenvolvimento nas 
indústrias. A produção de ligas metálicas com menores custos de fabricação e impactos ambientais, 
melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas, em conformidade com relação resistência/peso, 
pode ser considerado como o grande desafio científico. Estudos a respeito dos aços multifásicos 
bainíticos vêm se destacando dos demais por desenvolverem combinações satisfatórias e exclusivas 
de propriedades mecânicas como dureza, tenacidade e resistência a fadiga (ROCHA, ZOCH, 2017; 
 
 
ABDALLA et al., 2006; RAMOS et al., 2014), o que é extremante atrativo na indústria 
automobilística, por exemplo (ROCHA, ZOCH, 2017; BHADESHIA et al., 2001). 
As curvas dos gráficos de tratamentos térmicos mostram as relações entre os tratamentos 
térmicos e fases obtidas. São apresentadas basicamente em duas formas, TRC (transformação de 
resfriamento contínuo) e TTT (transformação termo-temperatura). Nesse contexto, a composição das 
ligas bainíticas modifica as curvas de tratamento térmico alterando as porcentagens de fases da 
microestrutura e consequentemente as propriedades mecânicas. Em virtude de a organização do 
arranjo cristalino ser estável após a obtenção da bainita através da austêmpera ou do resfriamento 
contínuo, os aços multifásicos bainíticos não necessitam de eventual tratamento térmico posterior 
comumente aplicado após a têmpera e martêmpera, por exemplo (ROCHA, ZOCH, 2017; 
COLPAERT, 2008). Deste modo, tem-se aumento de produtividade e redução de consumo 
energético. 
Em vista disso, foi realizado tratamento térmico de austêmpera visando conferir a um aço 
bainítico europeu em desenvolvimento (DIN 18MnCrSiMo64), nova microestrutura em relação ao 
seu estado recozido e através disso, analisar a viabilidade do tratamento para este aço. Para tal análise, 
o reagente LePera foi responsável por determinar os constituintes da microestrutura, enquanto o 
ensaio de microdureza Vickers foi incumbido por identificar a dureza da liga em ambos os estados. 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
A formação da microestrutura bainítica e eventuais fases pode ser obtida através do tratamento 
isotérmico de austêmpera ou resfriamento contínuo (por exemplo, o recozimento) dando origem as 
curvas dos gráficos TTT conforme a Figura 01 e TRC respectivamente. Isso descreve o efeito da 
temperatura de austenização, taxa de resfriamento e temperatura do banho, podendo ser modificadas 
com o meio de resfriamento utilizado e a composição química do material (RAMOS et al., 2014; 
COLPAERT, 2008). Esses tratamentos são responsáveis por conferir a presença e quantidade de fases 
em aços (denominados aços multifásicos), sendo a combinação dos microconstituintes responsáveis 
por determinar o comportamento mecânico da liga (ROCHA, ZOCH, 2017). 
 
 
 
 
Figura 01 – Gráfico TTT originado através de métodos empíricos de austêmpera para determinada liga bainítica. 
 Fonte: adaptado de Krelling, 2018. 
 
Enquanto o recozimento se limita ao aquecimento do material até determinada temperatura de 
austenitização acima do teto N da Figura 01 seguido de arrefecimento durante o processo de 
conformação mecânica, a austêmpera é destinada a obtenção da bainita. O processo convém do 
aquecimento até determinada temperatura de austenização acima do teto N seguida de resfriamento 
até temperatura de formação bainítica, mantendo temperatura constante durante tempo especificado. 
Sendo que, o microconstituinte bainita possui sua formação abaixo do teto N. Na continuidade do 
tratamento, a liga é resfriada até temperatura ambiente (RAMOS et al., 2014; COLPAERT, 2008; 
KRELLING, 2018). O tempo especificado deve ser rápido suficiente para formar bainita e lento o 
bastante para evitar a formação de outro constituinte, obtendo assim de 0% a 100% de bainita entre 
as curvas inicial (1) e final (2). Durante o tempo de temperatura constante, ocorrerá formação da 
bainita através da nucleação de ripas de ferrita bainítica nos contornos de grão da austenita (RAMOS 
et al., 2014; HUPALO et al., 2012). Parte não transformada em bainita fica retida e parte se transforma 
em martensita no arrefecimento até temperatura ambiente. A nucleação de ripas de ferrita bainítica 
classifica-se de acordo com a faixa de temperatura mantida isotermicamente,bainita superior (3) entre 
300ºC e 540℃ e bainita inferior (4) entre 200ºC e 300℃ (KRELLING, 2018). 
Analisando as morfologias superior e inferior, a superior possui formato parecido com 
“penas” e carbonetos entre as placas da ferrita enquanto a inferior se difere por ter aspecto de 
 
 
martensita (formato de agulha) e carbonetos dispersos nas placas (COLPAERT, 2008). Essas 
formações são derivadas de distintas taxas de resfriamento, o que difere os tamanhos de grão obtidos, 
destacando assim a inferior por possuir uma microestrutura mais refinada e consequentemente maior 
dureza e menor tenacidade (COLPAERT, 2008). A distinção clara entre os tipos da bainita só é 
possível com microscópio eletrônico de varredura (MEV) pois é necessário saber com exatidão a 
posição dos carbonetos. 
Contudo, caracterizar esse tipo de aço é de suma importância pois a variação dos 
microconstituintes causa alteração das propriedades mecânicas, a bainita é responsável por 
determinar o alongamento, a austenita por conferir a tenacidade e a martensita por conceder a 
resistência mecânica e dureza da liga (COLPAERT, 2008; EILISES et al., 2008). Deste modo, a 
capacidade de caracterização permite monitorar os testes empíricos de tratamento térmico que visam 
aperfeiçoar ligas para as mais diversas funções. Um reagente muito útil é o LePera pois possibilita a 
distinção dos microconstituintes através da coloração, a bainita apresenta tonalidade marrom, a ferrita 
bainítica/ferrita tom azul-esverdeado, a austenita retida e martensita tom branco (COLPAERT, 2008; 
FUKUGAUCHI, 2010; GIRAULT et al., 1998). 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Através do aço bainítico europeu DIN 18MnCrSiMo64, foram realizados ensaios de 
tratamento térmico de austêmpera, metalografia e microdureza Vickers. Inicialmente, foi realizado o 
planejamento da austêmpera tendo como base a análise química da Tabela 01 e estudos bibliográficos. 
 
Tabela 01 – Composição química do aço DIN 18MnCrSiMo64. 
Elementos químicos identificados (%) no Laboratório de Metalurgia Física - LAMEF 
C Si Mn P S Ni Cr Cu Mo Al Fe 
0,189 1,16 1,35 0,0097 0,0147 0,0582 1,14 0,0901 0,263 0,0136 95,7 
Fonte: os autores. 
 
A partir da análise, o tratamento térmico de austêmpera seguiu a Tabela 02 com a finalidade 
de obter uma diferente formação microestrutural em relação ao seu estado recozido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 02 – Referente ao tratamento térmico de austêmpera. 
Etapas Processos 
1ª Austenitização à 900 ºC durante 30 minutos. 
2ª 
Resfriamento até a temperatura do banho 
(335ºC) e mantido durante 30 minutos. 
3ª Arrefecimento em óleo. 
Fonte: os autores. 
 
Após a austêmpera, foi realizado a caracterização microestrutural de acordo com a norma 
ASTM E3-11 com os reagentes químicos LePera e Nital 2% a fim de demonstrar a complexidade das 
microestruturas e visualizar as diferentes morfologias obtidas através do microscópico OPTIKA Italy 
B – 1000MET. Ainda, a dureza da liga em estado austemperado e recozido foi identificado seguindo 
a norma ASTM E 384 com o microdurômetro EQUILAM EQMHV – 2000z. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
As microestruturas obtidas, tanto da liga em estado recozido quanto austemperado, são 
demonstradas na sequência de figuras a seguir com aumento de 500x (Figura 02 a Figura 05), aonde 
é notável a formação de diferentes microestruturas irregulares e assimétricas. Através das Figuras 02 
e 03, as quais foram atacadas com Nital 2%, não é possível visualizar a presença de diferentes fases, 
somente é possível a visualização de diferentes morfologias devido às distintas taxas de resfriamento 
aplicadas em cada caso. A caracterização das fases fica por conta do reagente LePera, este foi 
utilizado nas Figuras 04 e 05 aonde a bainita (B) apresentou tonalidade marrom, a ferrita bainítica 
(FB) e ferrita (F) azul-esverdeado, a austenita retida e martensita tom branco (MA). 
 
 
 
 
Figura 02 – Liga recozida com aumento 500x, ataque 
químico nital 2%. 
Fonte: os autores. 
 
 
Figura 03 – Liga austemperada com aumento 500x, 
ataque químico nital 2%. 
Fonte: os autores. 
 
Figura 04 – Liga recozida com aumento 500x, ataque 
químico LePera. 
Fonte: os autores. 
 
Figura 05 – Liga austemperada com aumento 500x, 
ataque químico LePera. 
Fonte: os autores. 
 
Analisando as Figuras 04 e 05, é notória a maior quantidade de bainita formada e menos 
repuxada no caso do estado recozido, também é visível a presença de ferrita e ferrita bainítica e 
relativamente pouca austenita retida/martensita. Já para o estado austemperado, fica evidenciado a 
não presença de ferrita e a presença de ferrita bainítica mais repuxada além de alta formação de 
austenita retida/martensita. 
A presença de ferrita bainítica em ambos os casos é lógico, pois a formação da bainita ocorre 
através da nucleação de ripas de ferrita bainítica nos contornos de grão da austenita, logo, a não 
formação de ferrita significa que o resfriamento foi rápido o suficiente para evitar esse 
 
 
microconstituinte. Também, as morfologias mais repuxadas evidenciadas no estado austemperado 
são esperados, visto que as taxas de resfriamento aplicadas oferecem maior contração microestrutural 
durante o resfriamento e arrefecimento quando comparado ao estado recozido. 
A austenita retida é claramente perceptível (tom branco) em ambos os casos, mas a 
identificação e distinção da possível presença de martensita só é possível com MEV. Tendo em vista 
que a austenita retida em excesso é comprometedor à resistência mecânica, uma hipótese plausível 
seria a defasagem mecânica da liga austemperada quando submetidas a diferentes esforços 
solicitantes em relação ao estado recozido. 
Em relação as durezas, a Tabela 03 traz os resultados da microdureza Vickers realizado em 
cada estado da liga. A liga austemperada demonstra 46 HV de superioridade em relação ao recozido, 
valor não muito significativo e além disso, pode haver grande inferioridade das propriedades 
mecânicas da mesma devido à alta concentração de austenita retida evidenciada. 
 
Tabela 03 – Microdureza vickers (HV) da liga DIN 18MnCrSiMo64 em estado recozido e austemperado. 
Medições Estado recozido Estado austemperado 
1ª 328 HV 371 HV 
2ª 325 HV 377 HV 
3ª 326 HV 369 HV 
4ª 329 HV 377 HV 
5ª 333 HV 378 HV 
Média 328 HV 374 HV 
Desvio padrão 3,11 4,1 
Fonte: os autores. 
 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Através da liga DIN 18MnCrSiMo64, foi possível avaliar a viabilidade do tratamento térmico 
de austêmpera para este aço por meio da caracterização microestrutural com o reagente LePera e 
ensaio de microdureza Vickers. A liga demonstrava estado inicial recozido e através de estudos de 
curva de austêmpera e aplicação da mesma, foi conclusivo que: 
A) Quando comparado ao estado austemperado, o recozido demonstra maior formação 
bainítica, presença de ferrita, ferrita bainítica e pouca formação de austenita 
retida/martensita. A liga austemperada possui microestrutura mais repuxada devido as 
taxas de resfriamento superiores, menor formação de bainita, sem formação de ferrita, 
maior formação de ferrita bainítica além de demasiada presença de austenita 
retida/martensita. 
 
 
B) A liga austemperada demonstrou dureza semelhante ao estado recozido, cerca de 46 HV 
de superioridade. 
C) O tempo mantido isotermicamente durante a austêmpera deveria ser superior a fim de 
proporcionar maior formação de bainita e consequentemente menor quantidade de 
austenita retida. 
Devido a diferenciação da austenita retida e martensita ser possível apenas com MEV e as 
durezas obtidas serem semelhantes, verifica-se a inviabilidade do tratamento para este aço. As 
indústrias teriam gastos extra com consumo energético e tempo para alterar características do aço e 
obter microestrutura semelhante, e nesse caso, devido a excessiva presença de austenita retida que é 
prejudicial aos aços, possível propriedades mecânicas inferiores.AGRADECIMENTOS 
Ao Instituto Federal Catarinense – Campus Luzerna, responsável por financiar todos os 
recursos para o desenvolvimento do artigo. 
Ao programa BRAGECRIM e a Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Porto Alegre 
por parcerias e compartilhamento de estudos para evolução da comunidade científica. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
ABDALLA, A.J. et.al, 2006, “Formação da fase bainítica em aços de baixo carbono”, Revista 
Brasileira de Aplicações de Vácuo, Guaratinguetá, p.175-181, 23 ago. 2006. Disponível na Internet 
via WWW. URL: http://www.sbvacuo.org.br/rbav/index.php/rbav/article/view/64. Arquivo 
capturado em 15 de julho de 2018, às 14h 00. 
BHADESHIA, S.R. et al., 2001, “Emprego dos Aços bainíticos”, University Of Cambridge: Bainite 
in Steels, Cambridge. Disponível na internet via WWW. URL: https://www.phase-
trans.msm.cam.ac.uk/port/bainitepk.html. Arquivo capturado em 20 de julho de 2018, às 10h 00. 
COLPAERT, H., 2008, “Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns”, 4. ed. São Paulo: E. 
Blücher, 2008. xx, 652 p. + 1 DVD. - ISBN 9788521204497; 
EILISES, C.C.A. et al., 2008, “Caracterização mecânica e microestrutural de um aço baixo carbono 
microligado com estrutura multifásica”, Revista Matéria, v. 13, n. 2, pp. 398 – 404, 2008, São Paulo. 
Disponível na internet via WWW. URL: http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo11011. 
Arquivo capturado em 11 de julho de 2018. 
FUKUGAUCHI, C.S., 2010, “Metodologia para caracterização metalográfica de um aço TRIP por 
microscopia óptica”, 122 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de 
Engenharia de Guaratinguetá, 2010. Disponível via WWW. URL: http://hdl.handle.net/11449/94424. 
Arquivo capturado em 20 de dezembro de 2018. 
 
 
GIRAULT, E. et al, 1998,” Metallographic Methods for Revealing the Multiphase Microstructure of 
TRIP-Assisted Steels”, Materials Characterization, Vol. 40, no. 2, p. 111-118. Disponível na internet 
via WWW. URL: https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/67021/2-s2.0-
0036412204.pdf?sequence=1&isAllowed=y. Arquivo capturado em 05 de janeiro de 2019. 
HUPALO, M.F. et al., 2012, “Aspectos cinéticos e microestruturais da transformação bainítica 
incompleta em ferros nodulares austemperados”, Rem: Rev. Esc. Minas [online], vol.65, n.2, pp.217-
224. ISSN 0370-4467. Disponível na internet via WWW. URL: http://dx.doi.org/10.1590/S0370-
44672012000200010. Arquivo capturado em 13 de julho de 2018. 
KRELLING, A., 2018, “Diagramas TTT”, Joinville: Ifsc 35 slides, color. Disponível na internet via 
WWW. URL: 
http://joinville.ifsc.edu.br/~anael.krelling/T%C3%A9cnico%20em%20Mec%C3%A2nica%20Integ
rado/TTT/1%20-%20Diagramas%20TTT.pdf. Arquivo capturado em 25 de julho de 2018. 
RAMOS, D.S. et al., 2014, “Efeito da composição química na cinética e morfologia da transformação 
bainítica em aços de alto carbono contendo teores variáveis de Si, Mn e Ni”. 21º CBECIMAT - 
Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Cuiabá, MT, Brasil. Disponível na 
Internet via WWW. URL: http://www.metallum.com.br/21cbecimat/CD/PDF/304-080.pdf. Arquivo 
capturado em 07 de julho de 2018, às 17h 00. 
ROCHA, A.S. e ZOCH, H.W., 2017, “Manufatura Energicamente Eficiente para Aços Bainíticos 
Avançados Baseada no Processo Termomecânico”, 2017. 20 f. - Universidade Federal do Rio Grande 
do Sul, Porto Alegre.