A RELAÇÃO ENTRE OS TRATAMENTOS TÉRMICOS, AS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS E OS DEFEITOS NAS REDES CRISTALINAS

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FACULDADE LEONARDO DA VINCI 
 
CIÊNCIA E PROPRIEDADE DOS MATERIAIS 
 
PROFESSORA: RENATA BIANCO 
 
ACADÊMICOS: 
FILIPE DANIEL WILLIE (ENE - 0114) 
GABRIEL FELIPE CURTH PERSUHN (EME - 0183) 
GIOVAN MARIANO NONES (EPR - 0271) 
JOÃO VICTOR BÖLL DE SOUZA (EME - 0183) 
MATHIAS LUAN KUHL (ENC - 0237) 
VINICIUS LUIZ KNIPERS (EME - 0183) 
 
 
 
A RELAÇÃO ENTRE OS TRATAMENTOS TÉRMICOS, AS 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS E OS DEFEITOS NAS REDES 
CRISTALINAS 
 
 
 
 
Timbó, 15 de junho de 2020 
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SUMÁRIO 
 
INTRODUÇÃO 3 
DESENVOLVIMENTO 4 
TRATAMENTOS TÉRMICOS 23 
Têmpera 7 
Aquecimento no processo de Têmpera 16 
Resfriamento no processo de Têmpera 16 
Cementação 11 
Aquecimento no processo de Cementação 16 
Resfriamento no processo de Cementação 16 
Recozimento 14 
Recozimento total ou pleno 15 
Recozimento isotérmico ou cíclico 15 
Recozimento em caixa 15 
Recozimento para alívio de tensões 15 
Normalização 16 
ENSAIOS DE DUREZA 23 
Método de dureza Brinell 17 
Método dureza Rockwell 19 
Dureza de Vickers 21 
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 23 
Propriedades gerais 24 
Propriedades específicas 25 
DEFEITOS NA REDE CRISTALINA 28 
3 
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Defeitos pontuais 28 
Vacância 28 
Intersticial 30 
Soluções sólidas 30 
Defeitos pontuais em sólidos iônicos 31 
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO CARBONO 32 
Descrição das fases do diagrama Fe-C 34 
CONCLUSÃO 36 
REFERÊNCIAS 38 
 
1. INTRODUÇÃO 
O tratamento térmico é o processo de aquecimento e resfriamento de metais, 
usando específicos métodos predeterminados para obter as propriedades desejadas, 
sem alterar a forma do produto final. 
No conteúdo referente a propriedades dos materiais, nota-se que possui 
diferente tipos de categorização, podendo variar entre gerais e específica, nota-se 
que nas específicas existe um grande número de categorização, isto é dado por causa 
das grandes diferenças dos materiais. 
“Defeito cristalino” é uma irregularidade na rede cristalina em que uma ou mais de 
uma de suas dimensões são da ordem de um diâmetro atômico. A classificação de 
imperfeições tem a ver com a geometria ou a dimensionalidade do defeito 
(CALLISTER, 2011). 
O diagrama Fe-C permite a descoberta de informações sobre propriedades 
mecânicas e microestrutura sabendo a temperatura e composição química. Outro 
ponto importante é entender o que é a cementita, austenita e ferrita. 
 
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2. DESENVOLVIMENTO 
2.1. TRATAMENTOS TÉRMICOS 
Essa técnica pode ser dita como original dos ferreiros japoneses, pois faziam 
esta técnica nas espadas medievais. Com o tempo, muitos métodos diferentes foram 
desenvolvidos. Ainda hoje, os metalúrgicos trabalham constantemente para melhorar 
os resultados e a relação custo-benefício desses processos. Esses métodos, quando 
seguidos meticulosamente, podem produzir metais de diferentes padrões com 
propriedades físicas e químicas notavelmente específicas. 
Os benefícios do tratamento térmico vão desde modificar a dureza do material, 
até mesmo alterar sua condutividade elétrica e térmica. Além da sua tenacidade, 
ductilidade, fragilidade e resistência à corrosão. É uma ótima maneira de adaptar um 
metal às necessidades do ambiente e às demandas do trabalho em que está sendo 
usado. 
Alguns métodos de tratamento térmico aliviam tensões induzidas em 
processos de trabalho anteriores, como a têmpera que causa um elevado stress no 
material. Outros desenvolvem propriedades químicas desejáveis para os metais. 
A escolha de qual método utilizar e qual o melhor, é intrinsicamente relacionada 
às propriedades desejadas. Uma peça de metal pode passar por vários 
procedimentos de tratamento térmico. Como exemplo, podemos citar as superligas 
que são utilizadas na fabricação de aeronaves, pois podem passar por até seis etapas 
diferentes de tratamento para otimizar a sua aplicação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 1: Peças de motor a jato sendo colocadas em um forno por elétrico. 
 
Disponível em: 
https://media.defense.gov/2009/Nov/12/2000434298/780/780/0/091113-F-
4094W-001.JPG Acesso em: 02/06/2020 
 
O conhecido diagrama de fases é um imprescindível aliado ao tratamento 
térmico, pois cada liga de metal possui seu próprio diagrama. Eles mostram as 
mudanças estruturais que ocorrem em diferentes temperaturas e diferentes 
composições químicas. Utilizaremos o diagrama de fases ferro-carbono para ilustrar 
suas fases. 
O diagrama traz várias regiões onde mostra que o metal possui microestruturas 
em diferentes estados, como austenita, cementita e perlita. 
Demarcam essas regiões pelos limites A1, A2, A3 e Acm. Nessas, as 
mudanças de fase ocorrem quando a temperatura ou o valor do conteúdo de carbono 
passa por elas. Observe que o limite em que o aço se torna ferro fundido está por 
volta dos 2,11% de carbono. 
 
 
 
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Figura 2: Diagrama de Fases Ferro-Carbono 
 
Disponível em: https://reader015.docslide.net/reader015/html5/20170829/ 
55cf8e43550346703b9047df/bg2.png Acesso em 05/06/2020 
 
● A1: O limite superior da fase de Ferrita e Cementita. 
● A2: O limite em que o ferro perde seu magnetismo. Essa temperatura é 
conhecida como temperatura Curie. 
● A3: A interface que separa a fase Austenita+Ferrita da fase γ Austenita. 
● Acm: a interface que separa γ Austenita do campo Austenita+Cementita. 
O diagrama de fases é uma ferramenta importante para considerar se o 
tratamento térmico será benéfico ou não. Cada estrutura traz certas qualidades ao 
produto final e a escolha do tratamento térmico é feita com base nisso. 
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O tratamento térmico adiciona cerca de US $ 15 bilhões por ano em valor aos 
produtos de metal, conferindo propriedades específicas necessárias para que as 
peças funcionem com sucesso. 
Está intimamente ligado à fabricação de produtos siderúrgicos, cerca de 80% 
das peças tratadas termicamente são feitas de aço. Isso inclui a produção de usinas 
siderúrgicas, como barras e tubos, bem como peças fundidas, forjadas, soldadas, 
usinadas, laminadas, estampadas ou trefiladas. 
 
2.1.1. Têmpera 
A têmpera consiste em causar um rápido resfriamento de um metal para assim 
estar mantendo as propriedades mecânicas que ele adquiriu durante o seu 
aquecimento, onde se encontrava na fase de austenitização. Para executar o 
processo de têmpera, um metal é aquecido a uma temperatura maior que a das 
condições normais, normalmente acima da temperatura de recristalização, mas 
abaixo da temperatura de fusão. O metal pode ser mantido nessa temperatura por um 
tempo determinado, para que o calor "absorva" o material. Depois que o material é 
mantido na temperatura desejada, ele é temperado, resfriado, em um meio, como 
óleo, até que ele retorne à temperatura ambiente. O metal também pode ser 
temperado por um longo período de tempo, de modo que a frieza do processo de 
resfriamento seja distribuída por toda a espessura do material. 
 
 
 
 
 
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Figura 3: Gráfico do processo de têmpera 
(modificado graficamente) 
 
Disponível em: https://aco.com.br/wp-content/ 
uploads/2019/03/tempera.png 
Acesso em: 06/06/2020 
 
 
2.1.1.1. Aquecimento no processo de Têmpera 
Em geral, a maioria dos fornos utilizados na prática industrial, as peças são 
aquecidas usando gás natural ou eletricidade, incluindo indução. A peça é aquecida 
até a temperatura de austenitização e deixada de aquecida nesta temperatura por um 
certo período de tempo, depois é temperada no meio de resfriamento apropriado. Uma 
vez atingida a temperatura de austenitização, é possível obter a microestrutura 
adequada e a dureza total do aço. 
 
 
 
 
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Figura 4: Temperaturas de austenitização para determinados aços (Figura 
editada graficamente) 
 
Disponível em: https://gearsolutions.com/media/uploads/2019/03/GS- 
2019-04-HS-Table-1.jpg Acesso em: 10/06/2020 
 
Figura 5: Diagrama Ferro Carbono, com indicadores de zona, fases e estruturas 
cristalinas em funçãodo teor de carbono e tempo. 
 
Disponível em: https://4.bp.blogspot.com/-ZmRA_B4tBmQ/V5-8AwBo 
HaI/AAAAAAAABbU/_h2tcfh7uhwSPra2qp0E8COLk4543Kp0wCLcB/s1600/ Im
agem.png Acesso em: 10/06/2020 
 
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Ao visualizarmos essas duas imagens acima, podemos certamente concluir 
que, a temperatura de aquecimento é inversamente proporcional ao teor de carbono 
do material. Ou seja, quanto maior for o teor de carbono no material, que irá passar 
pelo processo de têmpera, menor será a temperatura necessária para alcançar a 
temperatura austenitização. 
 
2.1.1.2. Resfriamento no processo de Têmpera 
Para o processo de resfriamento, há vários meios que podem executar essa 
função, como exemplo temos o ar, a água, o óleo e a salmoura. Cada meio possui 
suas próprias propriedades de têmpera. 
O resfriamento, geralmente, é utilizando o processo mais rápido possível, 
porém garantindo que não interfira ou prejudique o material, respeitando assim a 
velocidade crítica de resfriamento. Ao escolher o tipo de meio a ser usado, levam-se 
em consideração a velocidade de resfriamento, as preocupações ambientais e o custo 
de determinado meio. 
Taxas de têmpera mais lentas, proporcionam às forças termodinâmicas, uma 
oportunidade maior de alterar a microestrutura, e isso, consequentemente, pode ser 
ruim se essa alteração enfraquecer o metal. Às vezes, esse resultado é o preferido, e 
é por isso que diferentes meios são usados para executar a tempera. 
O ar é o meio de resfriamento mais popular, pois a sua acessibilidade é um dos 
principais benefícios. Qualquer material pode ser considerado resfriado pelo ar, se 
deixado esfriando em temperatura ambiente. O processo se torna mais rápido, 
quando o ar é comprimido e forçado ao redor do material. Isso esfria a peça mais 
rapidamente do que o ar parado, porém, mesmo o ar comprimido ainda pode ser lento 
demais para determinados materiais, sendo incapaz de atender a demanda na 
velocidade de resfriamento desejado. 
Já o óleo é capaz de resfriar muito mais rápido do que o ar. O material 
aquecido, é imerso em um tanque com óleo, efetuando assim o resfriamento. 
Diferentes tipos de óleo são frequentemente usados, dependendo da aplicação, 
devido às suas taxas de resfriamento e pontos de inflamação variáveis. 
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A água pode resfriar um metal ainda mais rápido que o óleo. De maneira 
semelhante ao processo anterior, um tanque é enchido com água e o metal aquecido 
é submerso nele. Um benefício da água é que a inflamabilidade do meio não é uma 
preocupação. 
A salmoura é uma mistura de água e sal. Ela esfria mais rápido que o ar, o óleo 
e a água. A razão para isso, é que a mistura de sal e água desencoraja a formação 
de glóbulos do ar quando é colocada em contato com um metal aquecido. Tornando 
assim o processo mais homogêneo, pois evita a formação da camada vapor, ar, que 
se dá na fase inicial do resfriamento, desta maneira propicia aos materiais tratados, 
dureza homogênea, sem formação de pontos moles. 
Nesse sentido, faz-se necessário ilustrarmos o processo de têmpera dos aços, 
pois suas propriedades mecânicas são muito sensíveis à têmpera. O aço é elevado a 
temperaturas superiores a temperatura recristalização e resfriado rapidamente 
através de um dos meios anteriores. A têmpera rápida altera a estrutura cristalina do 
aço, em comparação ao resfriamento lento. Dependendo do seu teor de carbono e 
das suas propriedades químicas, ele pode ficar com uma microestrutura mais dura e 
frágil, como martensita ou bainita. 
Essas microestruturas resultam em maior resistência e dureza para o aço, 
porém, elas o tornam vulnerável a trincas e com uma boa redução de sua ductilidade. 
Por esse motivo, alguns aços são recozidos ou normalizados após o processo de 
têmpera, para restaurar parte da ductilidade, capacidade de suportar o estresse 
elástico, e da resistência perdida pela conversão em martensita. 
2.1.2. Cementação 
A cementação é um tratamento termoquímico em que se alcança um 
enriquecimento superficial com carbono, isso se dá pela infiltração de carbono na 
superfície do material. É um dos métodos mais utilizados para o endurecimento de 
materiais que necessitam de uma maior dureza, mas que mantenham seu núcleo 
tenaz. Ela é indicada para materiais cujo o teor original de carbono seja inferior a 
0,25%, como é o caso do aço 1010. Vale salientar que a superfície da peça de trabalho 
deve ser livre de contaminantes, tais como óxidos de óleo, soluções alcalinas, pois 
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podem impedir ou dificultar a difusão de carbono na superfície do material a ser 
cementado. 
Figura 6: Aparência de uma engrenagem após o processo de cementação (legendas 
acrescentadas graficamente). 
Disponível em: https://3.bp.blogspot.com/-
aYHbrZ_v7nM/V7sCg5CkkFI/AAAAAAAABhE/8pQR-
vgBkOEJcn7tGzadBAMs5e8rihBsgCLcB/s400/termoquimico%2B2.png Acesso 
em: 06/05/2020 
Como exemplo, temos as engrenagens, onde deseja-se um interior tenaz e 
uma superfície resistente ao desgaste. Essa região mais escura nas extremidades 
dos dentes, é o próprio carbono impregnado na superfície da engrenagem. 
 
2.1.2.1. Aquecimento no processo de Cementação 
Nesse processo, o aço é introduzido por um período de tempo, em um 
ambiente rico em carbono é aquecido a uma faixa acima da temperatura crítica, de 
850 a 950 graus Celsius, nessa faixa o material se encontra na região austenítico, 
garantindo uma elevada solubilidade do carbono no aço. Devido ao aquecimento, o 
carbono começa a se difundir na camada superficial do material. A taxa de difusão 
depende do tempo e da zona de temperatura na qual o material é mantido. 
 
 
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Figura 7: Método de cementação em caixa 
 
Disponível em: https://docplayer.com.br/docs-images/63/491526 
00/images/9-0.jpg Acesso em: 11/06/2020 
 
Após o processo de cementação, o carbono fica conectado com a superfície, e 
assim, a dureza aumenta. Enquanto o núcleo dos aços cementados, possui de 0,15 
a 0,25 por cento de carbono, na superfície podemos encontrar valores de 0,8 a 1,00 
por cento de carbono. É possível também, cementar somente uma parte específica 
de uma peça, basta revesti-la de cobre ou coberta com amianto misturado ao cimento 
queimado. 
O ponto mais benéfico por realizar o tratamento térmico por meio da cementação 
é o grande incremento na resistência da peça que é adquirido ao fim do processo, 
possibilitando assim, um material mais duradouro e resistente, evitando um desgaste 
precoce devido à abrasão e os impactos mecânicos durante sua utilização. 
Esse aumento na resistência dos materiais tratados, gera uma redução na 
necessidade de manutenção, garantindo assim, um retorno econômico de recursos 
para a sua aplicação, pois irá aumentar sua vida útil, tornando assim as atividades 
industriais mais rentáveis. 
 
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2.1.1. Resfriamento no processo de Cementação 
O resfriamento tem grande papel neste processo, pois ele é responsável pela 
variação das características finais do material cementado. Desse modo, o 
resfriamento deve ser feito de forma adequada levando em consideração as 
propriedades desejadas, suas velocidades são determinadas por alguns fatores. 
Quanto maior a complexidade geométrica da peça ou ações muito ligadas, que 
possuem um caráter frágil, mais lento possível deverá ser o resfriamento, para assim, 
evitar grandes deformações. Nesse sentido se encaixam as peças que necessitam 
um dimensionamento mais rígido. 
Por outro lado, aços com baixo teor de carbono ou baixa quantidade de elementos 
de liga, devem ser resfriados o mais rápido possível, afim de garantir as propriedades 
alcançadas na cementação. 
 
2.1.3. Recozimento 
 No geral o recozimento é utilizado a fim de alcançar alguns objetivos como: 
diminuir a dureza melhorando a usabilidade do aço, remover tensões ocasionadas por 
tratamentos mecânicos, melhorar algumas propriedades mecânicas com a ductilidade 
e a resistência, ajustar o tamanhodo grão, e definir uma microestrutura, entre várias 
outras coisas para eliminar efeitos de outros tratamentos térmicos. 
O recozimento é composto por três estágios: 
1- Recuperação: rearranja os átomos, se configurado da maneira mais estável. 
2- Recristalização: a temperatura é elevada a ponto de modificar a microestrutura 
notavelmente, mudando assim suas propriedades mecânicas. 
3- Crescimento do grão: mantendo a temperatura elevada, os grãos recristalizados 
tendem a crescer. 
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Sendo esses os estágios do recozimento, ele pode ser classificado em quatro 
tipos: 
2.1.3.1. Recozimento total ou pleno 
Aquece o aço acima da zona crítica por tempo suficiente para ter a solução do 
carbono, logo após, um resfriamento lento. O recozimento pleno necessita de uma 
grande quantidade de tempo, sendo algumas vezes substituído. 
As microestruturas resultantes desse tratamento são: para hipoeutetóides: 
ferrita e perlita; para eutetóides: perlita; e para hipereutetóides: cementita e perlita. 
2.1.3.2. Recozimento isotérmico ou cíclico 
Aquecido nas mesmas condições que o recozimento total, porém com um 
resfriamento mais rápido até uma temperatura encontrada na parte superior do 
diagrama de transformação isotérmico, seguido de um resfriamento até a temperatura 
ambiente que pode ser apressado. 
A estrutura resultante desse tratamento é mais uniforme se comparado ao de 
recozimento total, sendo possível encontrar como resultado a perlita e cementita, 
apenas a perlita e ferrita e perlita. 
2.1.3.3. Recozimento em caixa 
Esse tratamento tenta reduzir a oxidação em grandes quantidades de peças 
de aço, colocando essas peças em recipientes vedados com a temperatura próxima 
dos 600 ºC. 
 
2.1.3.4 Recozimento para alívio de tensões 
Com o objetivo de aliviar tensões adquiridas durante operações aplicadas em 
cima do aço, o material é aquecido em temperaturas abaixo do limite inferior da zona 
crítica, sendo necessário um resfriamento lento para a melhor eficácia do tratamento. 
 
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2.1.4. Normalização 
Com o objetivo de refinar a granulação grosseira das peças, o tratamento de 
normalização consiste em aquecer o aço em temperaturas acima da zona crítica, logo 
após um resfriamento por ar. 
Geralmente utilizado antes do tratamento por têmpera e revenido, as 
microestruturas encontradas após esse tratamento são: perlita fina e ferrita ou perlita 
fina e cementita. 
 
2.2. ENSAIOS DE DUREZA 
A dureza é uma propriedade mecânica utilizada em estudos e pesquisas 
mecânicas na especificação e comparação de certos tipos de materiais. 
Existem diferentes significados para o conceito de dureza, como medida de 
resistência do material, resistência à penetração, à deformação plástica e ao risco. 
O ensaio de dureza é utilizado para especificar e comparar um material. Além 
disso, é possível que, com base em tabelas, obter uma relação aproximada entre os 
métodos de determinação de dureza que são: Brinell, Rockwell e Vickers e os seus 
respectivos valores de limite de resistência à tração. 
 
Figura 8: Diferentes tipos de durômetros 
 
Disponível em: https://image.slidesharecdn.com/aula10-ensaiodedureza-150328203550-
conversion-gate01/95/aula-10-ensaio-de-dureza-45-638.jpg?cb=1427593100 
Acesso em: 13/06/2020 
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2.2.1. Método de dureza Brinell 
O método Brinell se baseia em comprimir uma esfera de diâmetro X por uma 
força Y, durante um tempo Z, contra a superfície do material que será ensaiado. Sua 
superfície necessita ser plana e polida, bem preparada. Essa compressão produz uma 
mossa, ou seja, uma impressão permanente no metal, de modo que pode ser medida 
por uma lupa graduada ou por um micrômetro óptico acoplado ao durômetro. 
Figura 9: Demonstrativo de esfera para 
aplicação do método de Brinell 
 
 
Disponível em: 
https://infosolda.com.br/biblioteca-
digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-
mecanicos-livros-senai/212-ensaio-mecanico-
dureza Acesso em: 15/06/2020 
A unidade padrão Kgf/mm2 é omitida e o número de dureza Brinell é seguida 
pelo símbolo HB. As condições padrão para o experimento são: diâmetro da esfera 
igual a 10mm; carga aplicada 3000Kgf; duração da aplicação da carga de 10 a 15 
segundos. Para condições diferentes da condição padrão, o símbolo HB recebe um 
sufixo que representa as condições nas quais o teste foi realizado. Exemplo: 100HB 
20/500/20 em que o resultado do teste de dureza Brinell é de 100HB, realizado com 
esfera de diâmetro de 20mm e carga de 500 Kgf aplicada durante 20 segundos. 
 
 
 
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Figura 10: Formulação para cálculo de dureza de Brinell 
 
Disponível em: https://infosolda.com.br/biblioteca-
digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos-
livros-senai/212-ensaio-mecanico-dureza Acesso em: 
13/06/2020. 
 
O equipamento de ensaio Brinell se baseia em um sistema de aplicação de 
força e um penetrador, podendo ter um sistema de medidas com possibilidade de 
ampliação entre 20 e 80 vezes. 
O penetrador deve possuir uma dureza bastante superior à do material a 
ensaiar; para materiais com durezas não muito altas, utilizam-se esferas de aço 
temperado como penetrador; para materiais com durezas maiores, empregam-se 
esferas de carboneto de tungstênio sintetizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 11: Tabela referência dureza de Brinell 
 
Disponível em: https://www.materiais.gelsonluz.com/2017/12/ensaio-de-dureza-brinell.html 
Acesso em: 13/06/2020. 
2.2.2. Método dureza Rockwell 
O método de dureza Rockwell, apresentado pelo símbolo HR (Hardness 
Rockwell), leva em consideração a profundidade que o penetrador atingiu. Nesse 
método, o resultado é lido diretamente na máquina de ensaio, além de ser 
extremamente mais rápido, este método elimina o possível erro humano de medição. 
Podemos encontrar dois tipos de penetradores utilizados no ensaio de dureza 
Rockwell: penetrador de tipo esférico, que é uma esfera de aço temperado, ou 
penetrador cônico, um cone de diamante com conicidade de 120°. 
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Este método é realizado em três etapas. Na primeira, o corpo de prova é 
submetido a uma pré-carga, garantindo assim um melhor contato do penetrador com 
a superfície do material a ser ensaiado. Na segunda etapa, aplica-se uma carga maior 
que, somada à pré-carga, tem uma carga total do ensaio. Na terceira etapa, retira-se 
a carga, e a profundidade da impressão é mostrada diretamente no mostrador sob 
forma de um número de dureza, lido em uma escala apropriada ao penetrador e à 
carga utilizada. A espessura mínima da peça ensaiada deve ser pelo menos 10 vezes 
maior que a profundidade da mossa utilizada no ensaio. 
O equipamento de dureza Rockwell é formado por um sistema de aplicação de 
força, por um penetrador cônico com diâmetro de 120° de conicidade ou esférico com 
possíveis diâmetros variados, e por um comparador para medição de profundidade 
de penetração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 12: Tabela referência dureza de Rockwell 
 
Disponível em: https://www.cursosguru.com.br/como-
acontece-o-ensaio-de-dureza-rockwell/ Acesso em: 
13/06/2020. 
 
2.2.3. Dureza de Vickers 
O método de dureza Vickers, com abreviação HV (Hardness Vickers), é um 
ensaio em que um penetrador de diamante com formato piramidal e de base quadrada 
e com ângulos entre faces de 136° é comprimido contra a o material a ser ensaiado 
por uma força pré-determinada. Após a remoção da força, é medida as diagonais da 
impressão e o número de dureza Vickers é calculado dividindo o valor da carga de 
ensaio pela área de impressão. O método de dureza Vickers fornece escala contínua 
de dureza. A carga para o ensaio precisa ser aplicada continuamente, sem nenhum 
tipo de choque ou vibração, por meio de um pistão movido por alavanca, e mantida 
por um período entre 10 a 15 segundos. Em seguida, é preciso retirar a carga e 
movimentarmanualmente microscópio para focalizar a impressão deixada pelo 
penetrador. O penetrador que é feito de diamante, possui um índice de 
deformabilidade muito pequeno, com isso, permite realizar impressões não 
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importando a carga aplicada, ou seja, para todo tipo de carga utilizada, o valor de 
dureza será o mesmo para materiais homogêneos. 
O método de dureza Vickers tem aplicação em qualquer dureza encontrada em 
diversos tipos de materiais, além disso, devido à utilização de cargas relativamente 
baixas e do tipo de penetrador, o ensaio pode ser aplicado para qualquer espessura, 
para determinar também durezas superficiais. 
O equipamento para o ensaio de dureza Vickers é composto por um sistema 
de aplicação de forças (pode ser um pistão), um penetrador de diamante com formato 
piramidal de base quadrada e um sistema de medição por microscópio de grande 
ampliação acompanhado por um micrômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 13: Tabela comparativa entre as três conversões 
(Brinell, Rockwell e Vickers) 
 
Disponível em: 
https://pt.slideshare.net/kaualopeslima/tabela-de-
converses-de-durezas Acesso em: 13/06/2020. 
 
2.3. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 
Para realizar-se o estudo das propriedades dos materiais necessita-se do 
conhecimento de alguns conceitos gerais. A propriedade de um material é definida 
por um conjunto de características que definem uma espécie do material, a mesma 
pode-se dividir em dois grupos principais: específicas e gerais. 
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2.3.1. Propriedades gerais 
Este grupo é dividido em oito propriedades, em outras palavras, são as 
oito características comuns a toda e qualquer porção da matéria. São 
denominadas como: inércia, massa, extensão, impenetrabilidade, 
compressibilidade, elasticidade, divisibilidade e descontinuidade. 
Inércia: esta propriedade é dada pelo conceito de preservar o estado 
de repouso ou de movimento da matéria. 
Massa: é relacionada com a quantidade de matéria possuída, 
geralmente medida em quilogramas. É a medida da inércia, quanto maior for a 
massa de um objeto, maior será sua inércia. Uma observação que se pode dar 
é que massa e peso são completamente diferente uma da outra, massa mede 
a quantidade de matéria que um corpo possui, já o peso, é uma relação 
calculada entre a massa e a gravidade local, calculada pela seguinte fórmula: 
P = m.g 
onde: 
p= peso 
m= massa 
g= gravidade 
Extensão: nada mais é do que todo o espaço ocupado pela matéria. 
Toda a matéria possui sua ocupação no espaço, logo, todo corpo possui sua 
extensão. 
Impenetrabilidade: diz respeito ao fato de que duas porções de matéria 
não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. Para comprovar utiliza -
se o exemplo de encher uma banheira com água até o topo dela e logo em 
seguida uma pessoa entrar na banheira, vê-se que a banheira irá transbordar, 
comprovando então que as duas porções de matéria (água da banheira e a 
pessoa) não podem ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo. 
25 
25 
Compressibilidade: é a diminuição da matéria quando sofre a ação de 
uma força. A maioria da utilização é encontrada na manipulação dos gases. 
Elasticidade: é a propriedade da matéria voltar ao seu volume inicial ao 
término da compressão. Um exemplo comum podemos citar os desodorantes 
corporais, em seu interior temos um gás comprimido, ao acionar o sistema de 
trava, liberamos o gás em seu interior e o mesmo volta ao seu tamanho inicial. 
Divisibilidade: essa propriedade afirma que uma matéria pode ser 
dividida em partes cada vez menores, sem que ela perca suas características. 
Descontinuidade: afirma-se que toda a matéria é descontínua, mesmo 
que ela esteja extremamente compacta, sempre irá existir espaços entre as 
moléculas, estes espaços podem ser maiores ou menores, tornando-as mais 
ou menos duras. 
 
2.3.2. Propriedades específicas 
 Nesta etapa analisa-se as características exclusivas de cada matéria. Esta 
propriedade identifica e classifica com exclusividade algumas matérias, diferenciando-
as das demais. Estas são divididas em quatro grupos de propriedades: químicas, 
físicas, organolépticas e funcionais. 
 Propriedades químicas: são obtidas através de transformação/reação 
química. Podemos analisar as seguintes reações: 
● Combustível: Capacidade de reagir com oxigênio e liberar energia. 
● Oxidante: Capacidade de retirar elétrons de uma substância. 
● Corrosivo: Capacidade de danificar ou desgastar um material por meio 
de uma reação química. 
● Explosivo: Capacidade de expandir e liberar ondas de pressão 
acompanhadas de gases e calor em um curto espaço de tempo. 
● Efervescência: Capacidade de produzir gás e liberá-lo em meio líquido. 
26 
26 
● Fermentação: Capacidade de transformar a matéria orgânica e produzir 
energia. 
Um exemplo que se pode citar seria de uma barra de ferro que fica à chuva e acaba 
enferrujando/corroendo. 
Propriedades física: são inerentes a matéria, não dependendo das 
transformações. Tem-se por sua vez os as seguintes propriedades: 
● Ponto de fusão: temperatura em que a substância muda do estado 
sólido para o estado líquido. 
● Ponto de ebulição: temperatura em que a substância muda do estado 
líquido para o estado gasoso. 
● Densidade: é a quantidade de matéria em determinado volume. 
Calculada pela seguinte fórmula: 
D = m / V 
● Solubilidade: capacidade de uma substância se dissolver, ou não, em 
um determinado líquido. 
● Condutividade elétrica: Refere-se ao caráter elétrico dos materiais, 
classificando-os em: condutores, semicondutores e isolantes. 
● Maleabilidade: permite a moldagem de um material em finas lâminas. 
● Magnetismo: propriedade de atração e repulsão de determinados 
metais e ímãs. 
● Ductilidade: capacidade do material suportar a deformação sem se 
romper. 
● Dureza: resistência de um material à deformação pela aplicação de uma 
força. 
● Viscosidade: resistência de um fluido ao escoamento. 
● Fragilidade: é o oposto de ductilidade e maleabilidade: a fratura ocorre 
com pequenas deformações permanentes. 
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27 
Um exemplo que se pode citar seria que um cubo de gelo flutua em um copo com 
água, quanto um iceberg flutua sobre o oceano devido a diferença de densidade. 
Propriedades organolépticas: são aquelas capazes de impressionar os 
nossos sentidos, como a cor, que impressiona a visão, o sabor e o odor, que 
impressionam o paladar e o olfato respectivamente, e a fase de agregação da matéria, 
que pode ser sólida (pó, pasta), líquida ou gasosa e que impressiona o tato. 
● Odor: o cheiro classifica as substâncias em odorantes, enquanto as 
inodoras não possuem cheiro, ou seja, não é sentido pelas células 
olfativas. 
● Sabor: as substâncias podem ser classificadas em doces, amargas, 
azedas ou salgadas pelo reconhecimento do sabor nas papilas 
gustativas. 
● Cor: a cor de um material é gerada pela frequência de onda luminosa 
que é refletida e percebida pela visão. 
● Brilho: essa é a capacidade que um material tem de refletir ou absorver 
luz que incide sobre ele. 
● Textura: a superfície de um material pode ter um aspecto liso, rugoso, 
áspero ou macio de acordo com a percepção do tato. 
● Som: são vibrações que ao penetrarem no nosso ouvido produzem 
sensações auditivas. 
É característico dos metais serem brilhosos, enquanto que outros materiais são 
opacos como a madeira. 
Propriedades funcionais: são características funcionais pertencentes a um 
grupo como ácidos, bases, óxidos e sais. 
● Ácidos: são substâncias que ionizam em solução aquosa, liberam íons 
H+ e têm sabor azedo. 
● Bases: são substâncias que dissociam em solução aquosa, libera íons 
OH- e causam adstringência. 
28 
28 
● Sais: são compostos iônicos que apresentam, no mínimo, um cátion 
diferente de H+ e um ânion diferente de OH-. 
● Óxidos: são compostos binários, que têm dois elementos, sendo um 
deles o oxigênio.2.4. DEFEITOS NA REDE CRISTALINA 
 Defeito cristalino pode ser definido por uma imperfeição ou “erro” no arranjo 
atômico cristalino regular. Efetivamente, os cristais não possuem uma rede 
inteiramente pura e contêm vários tipos de defeitos e imperfeições, que acabam por 
alterar suas características físicas e mecânicas, afetando propriedades como a 
plasticidade, condutividade elétrica, a velocidade de migração dos átomos em ligas 
(ocasionada pelas impurezas), cor, luminescência e outras. Além disso, as 
imperfeições na rede também acabam por ocasionar a corrosão dos metais e ligas 
metálicas. Mesmo em proporções baixas, as impurezas podem ocasionar uma 
expressiva mudança nas propriedades de um material, de tal forma que em sua forma 
“pura” seria possível metais possuírem muito mais resistência mecânica bem como 
nenhuma cor e cerâmicas seriam teriam mais tenacidade, tornando-os menos frágeis. 
As imperfeições numa rede cristalina são classificadas de acordo com sua forma e 
geometria, podendo abranger irregularidades na posição dos átomos ou no tipo dos 
mesmos. 
2.4.1. Defeitos pontuais 
 Os cristais podem apresentar defeitos em pontos isolados da rede cristalina, 
dando lugar às impurezas pontuais, ou seja, são defeitos associados a um ou dois 
átomos da estrutura regular. Dentre os defeitos pontuais, podemos destacar: as 
vacâncias (ou defeitos de lacuna), os átomos intersticiais e os átomos substitucionais. 
2.4.1.1. Vacância 
 É o tipo de imperfeição mais simples, sendo configurados como a ausência de 
átomos em alguns pontos da rede cristalina. Esse tipo de defeito pode ser produzido 
através da solidificação de um cristal, a partir de perturbações locais durante o 
29 
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crescimento do mesmo. Também pode ser ocasionado pelo rearranjo atômico de um 
cristal, devido à mobilidade atômica. As vacâncias podem ainda ser introduzidas pela 
deformação plástica, do resfriamento rápido e do bombardeamento da rede cristalina 
por partículas atômicas, como nêutrons. 
 Nos metais, a vacância dificilmente ocorre mais de uma vez a cada 10 mil 
átomos da rede. É considerada um defeito de equilíbrio dos metais e sua energia de 
formação é aproximadamente 1eV (energia necessária para transferir um átomo do 
interior do cristal para a superfície). As lacunas de não-equilíbrio têm tendência a se 
agrupar, formando lacunas duplas ou triplas, podendo se mover trocando sua posição 
com átomos vizinhos. 
Figura 14: Defeito de lacuna ou vacância. 
 
Disponível em: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2087211/mod_resource/content/0/5imperfei%C3%A7%C3%A
3o%20no%20s%C3%B3lido.pdf. Acesso em: 15/06/2020 
 
30 
30 
2.4.1.2. Intersticial 
 Um átomo do cristal pode também ocupar um interstício entre os átomos 
vizinhos regulares. Este defeito pode ser designado como auto-intersticial ou 
intersticial. Portanto, um defeito intersticial é caracterizado por um átomo do cristal 
localizado numa posição intersticial, que normalmente estaria vaga. Geralmente, 
esses defeitos ocorrem através da irradiação. 
Figura 15: Defeito auto intersticial ou intersticial. 
 
Disponível em: http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap7.pd f 
Acesso em: 15/06/2020 
 
2.4.1.3. Soluções sólidas 
 As ligas metálicas, por exemplo a dos aços, são obtidos da adição de 
elementos de liga (átomos diferentes do metal básico). Esses átomos podem 
propositalmente formar soluções sólidas ou criar uma segunda fase. As soluções 
sólidas ocorrem quando a adição de átomos de soluto (menor concentração) não 
modifica a estrutura cristalina. Podem ser divididas em duas: 
● Soluções sólidas intersticiais: quando os átomos de defeito são muito menores 
que os da rede cristalina, eles acabam por ocupar os interstícios existentes no 
reticulado. Esse tipo de defeito significa uma distorção na estrutura devido ao 
31 
31 
desajuste causado pela presença do átomo, tendo efeito endurecedor. Como por 
exemplo, pode-se citar a concentração de Carbono em ligas de ferro. Esses 
defeitos, depois de um certo ponto acabam por transformar uma liga de ferro 
puro em aço. Entretanto, são soluções sólidas até o ponto de limite de 
solubilidade do solvente com o soluto. 
 
● Soluções sólidas substitucionais: quando os átomos têm tamanho próximos aos 
do solvente (elemento matriz), ocupando a posição de um átomo regular da rede. 
Gera distorção no reticulado, introduzindo tensões, atuando como barreira ao 
movimento e aumentando a resistência do material. 
Figura 16: Soluções sólidas substitucionais (esquerda) e intersticiais (direita). 
Disponível em: https://docplayer.com.br/62624737-Materiais-e-sua-propriedades-aula-5.html 
Acesso em: 15/06/2020 
2.4.1.4. Defeitos pontuais em sólidos iônicos 
 Nos cristais iônicos, os defeitos pontuais possuem maior complexidade, devido 
a necessidade de se estabilizarem eletronicamente. Mesmo assim, pode-se observar 
defeitos estruturais. Pode-se destacar os íons de cargas opostas perdidos que entram 
em contato, criando uma vacância dupla, sendo conhecido como imperfeição de 
Schottky (lacuna aniônica + lacuna catiônica). Há também o caso em que o íon 
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32 
positivo move-se para um sítio intersticial do cristal iônico, criando uma “vacância 
cátion”, conhecida como imperfeição de Frenkel (cátion intersticial + lacuna catiônica). 
Ambos defeitos, em cristais iônicos, aumentam a condutividade elétrica dos mesmos. 
Figura 17: Defeitos pontuais de Schottky e Frenkel em sólidos iônicos. 
 
Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/4083306/ Acesso em: 15/06/2020 
2.5. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO CARBONO 
O carbono e o ferro não formam uma boa solução sólida, pelo fato do carbono 
ser maior que o vão da estrutura do ferro, fazendo com que apenas 2% de carbono 
seja incorporado no ferro e isso em 1148ºC. 
A junção dos dois elementos da vida aos aços comuns, aços pouco ligados, 
aços nobres e ferros fundidos: 
Os aços comuns são produzidos em grande escala e são vendidos a partir de 
sua resistência mecânica, dando pouco valor a sua composição química. Eles acabam 
tendo pequenos teores de manganês e silício, que acaba sendo considerado 
impurezas e só é feito algum tratamento térmico caso necessite chegar em uma 
resistência específica, se não são vendidos com no máximo um recozimento. São 
muitos usados em construção civil, na indústria naval e na produção de peças simples 
para a indústria automotiva. 
33 
33 
Os aços pouco ligados já usam de base sua composição química para 
comercialização. Estes materiais contêm elementos de liga para melhorar suas 
propriedades mecânicas, porém acabam piorando sua usinabilidade em muitos casos 
por terem durezas maiores que a liga permite o material alcançar com um tratamento 
térmico. Normalmente são usados na produção de peças que necessitam de alta 
resistência da indústria automotiva. 
Os aços nobres têm alto controle sobre sua composição química atingindo 
assim um alto teor de pureza. Para exemplos de aços nobres temos os aços-
ferramenta e aços resistentes à corrosão e estes aços são usados principalmente na 
produção de ferramentas que irá cortar outros materiais e até outros aços. 
Os ferros fundidos são divididos em 4 classes: Ferro fundido branco, cinzento, 
maleável e Nodular (dúctil). 
O ferro fundido branco tem esse nome por exibir superfícies fraturadas 
brancas, devido à presença de cementita. Ele tem um baixo custo, porém, é 
extremamente frágil e devido a isso ele não pode ser utilizado em componentes 
estruturais, mas por ter uma boa resistência à abrasão ele é usado em superfícies de 
desgaste. 
O ferro fundido cinzento se diferencia dos outros ferros fundidos por ter na sua 
composição o grafite. Ele é muito usado na indústria por ter baixo custo, estabilidade 
dimensional na produção e por ter facilidade na produção. Por ter uma boa resistência 
mecânica ele pode ser usado em muitas áreas da indústriaautomotiva como blocos 
de motores, engrenagens, máquinas agrícolas e carcaças de máquinas. 
O ferro fundido maleável é fabricado a partir do ferro fundido branco, quando é 
realizado um tratamento térmico de grafitização e assim os carbonetos de ferro se 
transformam em grafita. O ferro fundido maleável por ser maleável e apresentar mais 
de 10% de alongamento é conhecido como uma liga intermediária entre o ferro 
fundido e os aços. 
O ferro fundido nodular tem esse nome pois na sua estrutura aparecem nódulos 
de grafite e cementita. Com esses nódulos ele tem uma boa usinabilidade e razoável 
estabilidade dimensional. Por ter uma faixa de composição química estreita ele tem 
seu custo elevado. Ele é utilizado na indústria automotiva em peças que necessitem 
de maior resistência ao impacto, além de maior resistência à tração. 
34 
34 
Além de todas essas informações eles ainda são divididos em perlítico e 
ferrítico, e isso acontece devido ao tipo de resfriamento, conforme imagem abaixo: 
Figura 18: Tipo de resfriamento utilizado para o ferro fundido ser perlítico ou ferrítico. 
 
Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/3040673/ Acesso em: 15/06/2020 
 
2.5.1 Descrição das fases do diagrama Fe-C 
Quando falamos do diagrama Fe-C temos 5 principais fases: 
Ferrita (α): representada pela letra grega alfa e também chamada de ferro alfa, 
é uma solução sólida do carbono em ferro (CCC), que existe até a temperatura 912˚C. 
Sua solubilidade do carbono no ferro é de no máximo 0,0218%, isso a 727˚C, pois em 
temperatura ambiente a solubilidade é de 0,008%. 
Austenita (γ): representada pela letra grega gama, e é uma solução sólida do 
carbono em ferro (CFC) e existe entre as temperaturas de 912 a 1485˚C. Sua 
35 
35 
solubilidade máxima do carbono no ferro é de 2,11% a 1148˚C, que também é usado 
como informação para separar os dois produtos, aço e ferro fundido. 
Ferrita (δ): representada pela letra grega delta e conhecida como ferrita delta, 
ela volta a ser cúbica de corpo centrado (CCC) para teores baixos de carbono, estável 
até 1538˚C. A ferrita alfa (α) e a ferrita delta (δ) tem os mesmos nomes, mas 
diferenciados pela letra grega que os indica, e isso acontece para indicar a mesma 
solução sólida de carbono em ferro (CCC), porém em diferentes faixas de 
temperaturas. 
Cementita (Fe3C): é um carboneto de ferro com estrutura ortorrômbica de alta 
dureza. É um material duro e quebradiço e normalmente é utilizada na fabricação de 
esponjas de aço devido a boa maleabilidade. A cementita representa a linha de 6,67% 
de carbono. 
 
 
Figura 19: Demonstração de como é formado cada fase com relação a 
porcentagem de carbono e temperatura. 
 
Fonte: Os autores 
36 
36 
3. CONCLUSÃO 
Embora os metais ferrosos sejam responsáveis pela maioria dos materiais 
tratados termicamente, ligas de cobre, magnésio, alumínio, níquel, latão e titânio 
também podem ser tratados termicamente. Evidentemente, nem todos os materiais 
são adequados para as formas de tratamento térmico. Da mesma forma, um único 
material não se beneficiará necessariamente de cada método. Portanto, todo material 
deve ser estudado separadamente para alcançar o resultado desejado. O uso dos 
diagramas de fases e das informações disponíveis sobre o efeito dos métodos 
mencionados acima é o ponto de partida. 
Os tipos mais complexos de estudos feitos com os metais ferrosos podem 
muito bem ser aplicados às mais simples técnicas, como a dureza. É de extrema 
importância aplicar o teste de dureza em um metal, para assim saber o melhor dos 
atributos para o melhor uso do mesmo. As escalas de durezas apresentadas acima 
formam uma gama enorme de conversões que se diverge entre Brinell, Rockwell e 
Vickers. Apesar da dureza abrir um leque enorme de possibilidades de estudos dos 
metais ferrosos, outros estudos aplicados junto à dureza podem auxiliar ainda mais 
em seu conhecimento. 
Os defeitos cristalinos, em especial os pontuais, contribuem para a formação 
das soluções sólidas, que no diagrama Fe-C é responsável principalmente por 
explicar o aumento da resistência das ligas com o aumento da porcentagem de 
carbono nas fases. Como os átomos de carbono são menores que os de ferro, a 
inserção dos mesmos na liga acaba originando defeitos pontuais intersticiais, 
responsáveis pelo aumento proporcional da resistência das ligas, uma vez que 
causam distorção devido ao desajuste causado pela presença do átomo, dando assim 
mais dureza ao material. 
Entendendo o diagrama ferro carbono podemos predizer as transformações de 
fases feitas por um determinado material, ajudando a obter um material com as 
propriedades requeridas e sua finalidade. O diagrama ferro carbono também funciona 
como um mapa para a determinação das fases de um determinado material, 
37 
37 
relacionando sua composição química e temperatura obtendo assim as informações 
microestruturas de um determinado material. 
38 
38 
4. REFERÊNCIAS 
 
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06/06/2020. 
 
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em: <https://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6420-defeitos-
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<https://www.youtube.com/watch?v=RdWM5qzv7Ag&t=40s> Acesso em: 
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<https://www.colegioweb.com.br/quimica/propriedades-dos-materiais.html>. Acesso 
em: 15/06/2020. 
 
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mecânicas. Disponível em: 
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