CETEPIS_Apostila de Tecnologia dos Materiais e das Máquinas

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Sumário
Propriedades dos Materiais .....................................................................................................................5
2.2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS .......................................................................................................7
2.3 PROPRIEDADES TÉRMICAS ...............................................................................................................7
2.4 PROPRIEDADES ELÉTRICAS ..............................................................................................................8
2.5 PROPRIEDADES ELETROMAGNÉTICAS ...............................................................................................8
2.6 PROPRIEDADES FÍSICAS ...................................................................................................................8
2.7 PROPRIEDADES QUÍMICAS ...............................................................................................................8
PROPRIEDADES ÓPTICAS .......................................................................................................................8
ESTRUTURA DOS MATERIAIS ..................................................................................................................8
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA ..................................................................................................................9
3.2 SISTEMAS CRISTALINOS ...................................................................................................................9
3.3 ESTRUTURA CRISTALINA DOS PRINCIPAIS METAIS ............................................................................9
3.4 ALOTROPIA OU POLIMORFISMO .....................................................................................................11
MATERIAIS METÁLICOS ........................................................................................................................11
4.1 METAIS FERROSOS .........................................................................................................................11
4.1.1 USINAS INTEGRADAS ..................................................................................................................11
4.1.1.5 Operações siderúrgicas ..............................................................................................................13
4.1.2 USINAS MINI-MILLS .....................................................................................................................16
4.1.3 PRODUTOS SIDERÚRGICOS .........................................................................................................17
4.1.3.1 AÇOS .......................................................................................................................................19
4.1.3.2 FERROS FUNDIDOS ..................................................................................................................25
4.2 METAIS NÃO-FERROSOS .................................................................................................................26
4.2.3 NÍQUEL E SUAS LIGAS .................................................................................................................33
4.2.4 MAGNÉSIO E SUAS LIGAS ............................................................................................................35
4.2.6 TITÂNIO E SUAS LIGAS ................................................................................................................35
MATERIAIS POLIMÉRICOS ....................................................................................................................36
5.1 PLÁSTICOS ....................................................................................................................................37
5.2 ELASTÔMEROS ...............................................................................................................................40
INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................42
Artigo I. Desbalanceamento ..................................................................................................................49
Artigo II. Desalinhamento .....................................................................................................................49
Métodos de Medição: ...........................................................................................................................51
TECNOLOGIA DOS ENSAIOS EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS ............................................................55
PROJETOS DE MELHORIAS DE EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES .............................................................62
Exercícios: Sobre Tecnologia das Máquinas.............................................................................................69
Exercícios: Sobre Tecnologia dos Materiais .............................................................................................70
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INTRODUÇÃO
1.1 PERSPECTIVA HISTÓRICA
Os materiais estão profundamente enraizados em nossa 
cultura que a maioria de nós nem percebe sua presença. Nos 
transportes, nas casas, nas roupas, nos meios de comunicação, 
na recreação, e até na produção de alimentos. Inevitavelmente 
todos os segmentos de nossas vidas são infl uenciados de uma 
maneira ou de outra pelos materiais. Historicamente, o desenvol-
vimento e o avanço das sociedades tem sido intimamente ligado 
à habilidade dos seus membros em produzir e manipular os ma-
teriais para satisfazer suas necessidades. De fato, as primeiras 
civilizações foram designadas pelo nível do desenvolvimento de 
seus materiais (isto é, Idade da Pedra, Idade do Bronze, etc.).
No início da civilização, os homens tinham acesso a 
um número muito limitado de materiais, todos retirados dire-
tamente da natureza. Descobriram técnicas para produção de 
materiais com propriedades superiores aos naturais, alterando-
-as através de tratamentos térmicos ou pela adição de outras 
substâncias. Nesses novos materiais incluem-se a cerâmica e 
vários metais. Neste ponto, os materiais eram escolhidos atra-
vés de um processo de seleção, ou seja, eram selecionados 
dentre um número restrito de materiais, os que possuíam as 
melhores propriedades para determinada aplicação. Somente 
em tempos recentes os cientistas vieram a entender as rela-
ções entre as estruturas dos materiais e suas propriedades. 
Assim, dezenas de milhares de materiais diferentes 
evoluíram com características bastante específi cas que satis-
fazem às necessidades de nossa sociedade moderna e com-
plexa, tais como, metais, plásticos, vidros, etc.
O desenvolvimento de tecnologias que propiciam maior 
conforto estão intimamente associadas ao acesso a materiais 
adequados. Um avanço na compreensão de um tipo de mate-
rial é muitas vezes o precursor de um grande desenvolvimen-
to tecnológico. Por exemplo, os automóveis não teriam sido 
possíveis sem a disponibilidade de aço barato ou algum outro 
substituto adequado. Em nossos dias, sofi sticados equipamen-
tos eletrônicos utilizam componentes fabricados com certos 
materiais chamados semicondutores, surgidos após a IIº Guer-
ra Mundial.
1.2 IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DOS MATERIAIS
Todo projetista, seja ele cientista, engenheiro ou mes-
mo designer, estará exposto a problemas de projeto que envol-
vem materiais. Como exemplo, podemos mencionar uma en-
grenagem de transmissão, a superestrutura dos arranha-céus, 
um componente de uma refi naria de petróleo, ou um circuito 
integrado de um “chip”. E os cientistas e engenheiros de ma-
teriais são os profi ssionais que estão totalmente envolvidos na 
investigação e desenvolvimento dos materiais utilizados em 
todos esses projetos. Muitas vezes, o problema relacionado 
com materiais é selecionar corretamente apenas um dentre os 
milhares disponíveis. Há viários critérios em que a decisão fi nal 
é normalmente baseada. Em primeirolugar, deve-se analisar 
as condições de trabalho para determinar a ordem das proprie-
dades que o material deve possuir. Muito raramente o material 
possui a combinação das propriedades ideais exigidas. Assim, 
pode ser necessário optar por uma característica ou outra. O 
exemplo clássico envolve a dureza e a ductilidade; normal-
mente, um material de alta dureza possui baixa ductilidade. 
Em certos casos, é necessário que duas ou mais propriedades 
estejam de acordo para seu aproveitamento. Em segundo lu-
gar, está a deterioração à qual o material sofrerá durante sua 
operação de serviço. Por exemplo, um material pode sofrer 
uma signifi cante redução na sua resistência mecânica se for 
exposto a temperaturas elevadas ou ambientes corrosivos. Fi-
nalmente, a viabilidade econômica. Daí surge a típica pergun-
ta: Quanto custará o produto fi nal? Um material que possuir as 
qualidades ideais para o uso, poderá tornar-se inviável devido 
ao seu elevado custo. Novamente aqui, é inevitável a neces-
sidade da combinação de fatores na escolha. O preço fi nal de 
uma peça acabada inclui todas as despesas necessárias à sua 
formação por completo. Assim, com o estudo aprofundado dos 
materiais, pode-se escolher prudentemente os que mais se 
adaptam à sua realidade seguindo estes critérios.
1.3 CIÊNCIA DOS MATERIAIS
A Ciência dos Materiais envolve a investigação da re-
lação existente entre estrutura e propriedades dos materiais. 
Assim, com base nessa correlação entre estrutura e proprie-
dades, desenvolve-se ou cria-se a estrutura de um material 
para produzir um conjunto de pré-determinadas propriedades. 
“Estrutura” de um material diz respeito ao arranjo de seus com-
ponentes internos. A estrutura subatômica envolve os elétrons 
dentro dos átomos e a interação com seus núcleos. Em um 
nível atômico, estrutura diz respeito à organização dos átomos 
ou moléculas uns em relação aos outros.
Alguns tipos de estruturas são formadas por um grande 
número de átomos ou moléculas que formam grandes aglo-
merados possíveis de serem observados através de um mi-
croscópio. Estas estruturas são denominadas ”microscópicas”. 
Finalmente, a estrutura que pode ser observada diretamente 
com os olhos, sem nenhum equipamento especial, é chamada 
de estrutura “macroscópica”.
A noção de “propriedade” também merece um escla-
recimento. Durante o uso, todos os materiais são expostos a 
estímulos externos que provocam algum tipo de resposta. Por 
exemplo, um espécime submetido a uma força sofrerá uma de-
formação; ou a superfície de um metal quando polido refl etirá 
a luz. Portanto, propriedade é uma característica dos materiais 
em termos do tipo e magnitude da resposta para cada estímulo 
específi co. Geralmente, defi nições de propriedades são cria-
das independentemente da forma e do tamanho do material.
Inevitavelmente as propriedades mais importantes dos 
materiais sólidos podem ser agrupadas em seis categorias: me-
cânicas, eletro-magnéticas, químicas, ópticas e tecnológicas.
Para cada propriedade, há um tipo de estímulo que 
provoca uma resposta diferente. A propriedade mecânica re-
laciona deformação do material a uma força aplicada sobre ou 
por ele. Neste caso, estão descritos os módulos de elasticidade 
e força. Para as propriedades elétricas, como a condução e 
constante dielétrica, o estímulo é o campo elétrico. O compor-
tamento térmico dos sólidos pode ser representado em termos 
de capacidade calorífi ca e condutibilidade térmica.
As propriedades magnéticas demonstram a resposta 
de um material à aplicação de um campo magnético. Para as 
propriedades ópticas, os estímulos podem ser uma radiação 
eletromagnética ou luminosa e, o índice de refração e refl exão, 
representam as propriedades em si. 
As propriedades químicas estão muitas vezes relacio-
nadas à reatividade química dos materiais. Finalmente, as pro-
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priedades tecnológicas estão relacionadas à adequabilidade 
do material diante dos processos de fabricação aos quais é 
submetido.
1.4 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Os materiais sólidos são geralmente classifi cados em 
três grupos básicos: metais, polímeros e cerâmicas. Este es-
quema é baseado principalmente em sua composição química 
e estrutura atômica, e os materiais entram em um ou outro gru-
po distinto, embora hajam alguns intermediários.
Além destes, há mais outros três grupos importantes 
para a Engenharia de Materiais, são eles: os compósitos, bio-
materiais e os semicondutores.
Metais - Metais são elementos químicos sólidos à tem-
peratura ambiente (exceto o mercúrio), opacos, lustrosos, bons 
condutores de eletricidade e calor e, quando polidos refl etem a 
luz. A maioria dos metais é forte, dúctil e maleável, e, em geral, 
de alta densidade. Possuem um grande número de elétrons 
livres; ou seja, estes elétrons não são ligados a nenhum áto-
mo em particular. Muitas das propriedades dos metais estão 
diretamente ligadas a estes elétrons. Metais são os materiais 
estruturais primários de toda a tecnologia e incluem um grande 
número de ligas ferrosas (por exemplo, ferro-fundido, aço car-
bono, ligas de aços, etc.).
Polímeros - Dentre os polímeros incluem-se borrachas, 
plásticos, e muitos outros tipos de adesivos. São produzidos a 
partir da criação de grandes estruturas moleculares provenien-
tes de moléculas orgânicas em um processo conhecido como 
polimerização. Os polímeros têm baixa condutividade térmica 
e elétrica, tem baixa resistência mecânica comparado a outros 
materiais utilizados em Engenharia, e não são adequados para 
utilização em altas temperaturas. Polímeros termoplásticos, 
nos quais as longas cadeias de moléculas não são rigidamen-
te conectadas, tem boa ductilidade e formabilidade. Polímeros 
termofi xos são normalmente mais resistentes, porém, podem 
apresentar-se quebradiços pela sua cadeia molecular ser de 
forte conexão. Os materiais poliméricos são utilizados em inú-
meras aplicações: embalagens, componentes de eletrodomés-
ticos, brinquedos, peças técnicas e etc.
Cerâmicos - Esta classe pode ser defi nida como qual-
quer material sólido inorgânico, não-metálico, usado ou pro-
cessado em temperaturas altas. Quando falamos em cerâmica, 
imediatamente nos vem a mente coisas tais como louças sani-
tárias, pisos, azulejos, porcelana de mesa, etc. Frequentemen-
te esquece-se das aplicações tecnológicas mais avançadas.
Compósitos - Compósitos consistem na combinação 
de dois ou mais materiais diferentes. O Fiberglass é um exem-
plo bem familiar, onde as fi bras de vidro são adicionadas a um 
material polimérico. Um compósito é desenvolvido para combi-
nar as melhores propriedades dos materiais que o constituem. 
O Fiberglass, por exemplo, adquire a dureza do vidro e a fl exi-
bilidade do polímero. Muitos dos recentes materiais desenvol-
vidos atualmente são compósitos.
Semicondutores - Semicondutores podem ser definidos 
como materiais que conduzem corrente elétrica melhor que os 
isolantes mas, não melhor que os metais. Um grande número 
de materiais satisfaz a estas condições. Em temperatura am-
biente, a condutividade característica dos metais é da ordem 
de 104 a 106 ohm-1 cm-1, enquanto nos isolantes é da ordem 
de 10-25 a 10-9 ohm-1 cm-1. Os materiais classificados como 
semicondutores possuem condutividade entre 10-9 e 104 ohm-
1 cm-1. Normalmente a condutividade dos metais diminui com 
o aumento da temperatura. Com os semicondutores ocorre o 
contrário, a condutividade aumenta com o aumento da tem-
peratura. Nos semicondutores o processo de condução pode 
ocorrer de modo não iônico onde há o transporte de carga ou 
de massa (de elétrons). As propriedades únicas dos semicon-
dutores dependem, acima de tudo, do número de portadores 
de corrente elétrica. Estes portadores podem ser de dois tipos: 
elétrons ou ”buracos”. O número de portadores pode variar de-
pendendo da temperatura, luminosidade, partículas nucleares, 
campos elétricos, ou imperfeições no cristal, na forma de áto-
mos de impurezas ou do sistema cristalino.
Biomateriais - Biomateriaissão materiais empregados 
em componentes destinados ao implante no corpo humano, 
substituindo partes doentes ou danifi cadas. Esses materiais 
não devem produzir substâncias tóxicas e deve ser compatível 
com os tecidos do corpo, isto é, não deve produzir reações 
biológicas adversas. Todas as classes de materiais podem ser 
utilizadas como biomateriais - metais, cerâmicos, polímeros, 
semicondutores, compósitos - desde que sejam cuidadosa-
mente selecionados. 
Propriedades dos Materiais
Todo projetista está vitalmente interessado nos mate-
riais que lhe são disponíveis. Quer seu produto seja uma ponte, 
um computador, um veículo espacial ou um automóvel, deve ter 
um profundo conhecimento das propriedades características e 
do comportamento dos materiais que pode usar. Considere-se, 
por exemplo, a variedade de materiais usados na manufatura 
de um automóvel: ferro, aço, vidro, plásticos, borracha, apenas 
para citar alguns. E, somente para o aço, há cerca de 3000 
tipos ou modificações. Com que critério é feita a escolha do 
material adequado para uma determinada peça?
Ao fazer a sua escolha, o projetista deve levar em con-
ta propriedades tais como resistência mecânica, condutividade 
elétrica e/ou térmica, densidade e outras. Além disso, deve con-
siderar o comportamento do material durante o processamento 
e o uso, onde plasticidade, usinabilidade, estabilidade elétrica, 
durabilidade química, devem ser observadas. Muitos projetos 
avançados em engenharia dependem do desenvolvimento de 
materiais completamente novos. Por exemplo, o transistor nun-
ca poderia ter sido construído com os materiais disponíveis há 
40 anos atrás; o desenvolvimento da bateria solar requereu um 
novo tipo de semicondutor; e, embora os projetos de turbinas a 
gás estejam muito avançados, ainda se necessita de um material 
barato e que resista a altas temperaturas, para as pás da turbina.
Visto que, obviamente, é impossível para o projetis-
ta ter um conhecimento detalhado dos milhares de materiais 
agora disponíveis, assim como manter-se a par dos novos de-
senvolvimentos, ele deve ter um conhecimento adequado dos 
princípios gerais que governam as propriedades de todos os 
materiais. Dentre estas propriedades, pode-se destacar:
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2.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS
São aquelas que definem o comportamento do material 
segundo um determinado esforço a que ele pode ser subme-
tido. O conjunto de propriedades mecânicas é baseado nas 
seguintes características do material:
Resistência mecânica: É a propriedade apresenta-
da pelo material em resistir a esforços externos, estáticos 
ou lentos. Tais esforços podem ser de natureza diversa, 
como sejam: tração, compressão, flexão, torção, cisalha-
mento.
Assim, os esquemas abaixo representam os esforços 
referidos:
Figura 2.1: Esforços mecânicos aos quais os corpos estão sujeitos.
Elasticidade: Propriedade apresentada pelos materiais 
em recuperar a forma primitiva tão depressa cesse o esforço 
que tenha provocado a deformação.
A deformação elástica é reversível e desaparece quan-
do a tensão aplicada é removida.
Uma característica da deformação elástica é que esta é 
praticamente proporcional à tensão aplicada.
O módulo de elasticidade (módulo de Young) é quo-
ciente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resul-
tante. Ele está relacionado com a rigidez do material. O módulo 
de elasticidade resultante de tração ou compressão é expresso 
em unidade de tensão (psi ou kgf/mm2). O valor deste módulo 
é primordialmente determinado pela composição do material e 
é apenas indiretamente relacionado com as demais proprieda-
des mecânicas. O módulo de Young é determinado a partir do 
ensaio de tração.
Plasticidade: É a propriedade que apresentam certos 
materiais de se deixarem deformar permanentemente assumin-
do diferentes tamanhos ou formas sem sofrerem rupturas, ra-
chaduras ou fortes alterações de estrutura quando submetidos 
a pressões ou choques compatíveis com as suas propriedades 
mecânicas. A plasticidade é influenciada pelo calor (o aço ao 
rubro torna-se bastante plástico). O inverso da plasticidade é 
a fragilidade ou quebrabilidade; assim, um material é dito frágil 
ou quebradiço quando o mesmo ao romper-se apresenta uma 
pequena deformação. A plasticidade pode ser subdividida em:
• Maleabilidade: É a maior ou menor facilidade apre-
sentada pelo material em se deformar sob ação de uma pres-
são ou choque, compatível com a sua resistência mecânica.
Um material é maleável quando sob ação do laminador 
ou do martelo da forja, não sofre rupturas ou fortes alterações 
na estrutura (endurecimento inadmissível).
A maleabilidade pode ser a quente ou a frio. Se a ma-
leabilidade a frio é muito grande o material é chamado plástico.
• Ductilidade: É a capacidade que os materiais pos-
suem de se deformar plasticamente até a ruptura. Deformação 
plástica é aquela que impõe ao material uma deformação per-
manente.
Assim sendo, o seu valor pode ser expresso como 
alongamento e nas mesmas unidades de deformação. Um 
comprimento comum (embora não universal) para a medida 
do alongamento é 50 mm. Como mostrado na Figura a seguir, 
o comprimento considerado é importante, pois a deformação 
plástica normalmente é localizada. 
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Figura 2.2: Corpo de prova sujeito ao alongamento
Uma segunda medida da ductilidade é a estricção que 
é a redução na área de seção reta do corpo, imediatamente an-
tes da ruptura. Os materiais altamente dúcteis sofrem grande 
redução de área da seção reta antes de romperem-se. 
Dureza: É definida pela resistência da superfície do 
material à penetração, ao desgaste, e ao atrito, embora a pri-
meira definição seja a mais comumente aceita. Como se pode 
esperar, a dureza e a resistência à tração estão intimamente 
relacionadas. A determinação da dureza é obtida a partir de 
uma série de ensaios destinados especificamente para tal in-
tento.
Fluência (creep): Fenômeno de alongamento con-
tínuo e que pode conduzir à ruptura é denominado fluência. 
Esta característica é típica de materiais ferrosos quando sub-
metidos a cargas de tração constantes por longo tempo a 
elevadas temperaturas. Deformam-se continuamente mesmo 
quando a solicitação é menor do que a tensão de escoamen-
to do material naquela temperatura. A fluência ocorre mesmo 
quando o material é solicitado na temperatura ambiente, mas 
nessa temperatura a fluência é praticamente desprezível com-
parada com a que ocorre em temperaturas elevadas.
O fenômeno da fluência ocorre nos instrumentos de 
corda, violão, por exemplo. É importante frisar que certas pe-
ças ficam inutilizadas se alongarem apenas 0,01%. 
Resiliência: É a maior ou menor reação do material às 
solicitações dinâmicas, isto é, a propriedade do material resistir 
a esforços externos dinâmicos (choques, pancadas, etc.) sem 
sofrer deformação permanente. Como exemplo, citamos as pe-
ças de um britador de mandíbulas, uma matriz para forjamento, 
uma ferramenta de corte, molas, etc. Assim, as molas são fei-
tas de materiais de elevada resiliência.
Tenacidade: É dada pela energia consumida para fratu-
rá-lo. Em outras palavras, tenacidade mede a capacidade que 
o material tem de absorver energia até fraturar-se incluindo a 
deformação elástica e plástica quando essa energia é absorvi-
da progressivamente. A tenacidade é, pois, medida pela área 
total do diagrama tensão-deformação. Em geral diz-se que um 
material é tanto tenaz quanto maior é a sua resistência à ruptu-
ra por tração ou distensão; isto nem sempre é verdadeiro, pois 
alguns aços doces, por exemplo, são mais tenazes que os aços 
duros, isto porque os aços duros apresentam, na ruptura uma 
pouquíssima deformação.
A tenacidade tem alguma relação com a resistência ao 
choque, porém os valores da energia medidos para ambos os 
casos não concordam para todos os materiais ou condições 
de ensaio.
2.2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS
São as que conferem ao material uma maior ou menor 
facilidade de se deixar trabalhar pelos processos de fabricação 
usuais. Aspropriedades tecnológicas são:
Fusibilidade: É a propriedade que o material 
possui de passar do estado sólido para o líquido sob ação 
do calor. Todo metal é fusível, mas, para ser industrialmente 
fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente 
baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações 
profundas, nem alterações na sua estrutura e homogeneidade. 
Em se tratando de metais convém conhecer as temperaturas 
correspondentes à colocação que tomam quando aquecidas:
Principais temperaturas de fusão.
Alumínio 650 °C
Ferro Puro 1530 °C
Aços 1300 ºC a 1500 
°C
Zinco 420 °C
Gusa e fofo 1150 °C a 1300 
°C
Chumbo 330 °C
Cobre 1080 °C
Estanho 235 °C
Soldabilidade: É a propriedade que certos metais pos-
suem de se unirem, após aquecidos e suficientemente com-
primidos. A soldabilidade depende do tempo em que o metal 
permanece num estado sólido-plástico, sob o efeito do calor 
produzido pela ação soldante. O metal ou liga que passar ins-
tantaneamente do estado sólido para o líquido é dificilmente 
soldável (ferro fundido, por exemplo).
Temperabilidade: Propriedade que possuem al-
guns metais e ligas de modificarem a sua estrutura cristalina 
(endurecimento) após um aquecimento prolongado seguido de 
resfriamento brusco.
Tal propriedade caracteriza o aço com certo teor de 
carbono, assim, como determinadas ligas de alumínio, trans-
formando a estrutura cristalográfica do material que, em conse-
qüência, altera todas as propriedades mecânicas.
Usinabilidade (ou maquinabilidade): E a propriedade 
de que se relaciona com a resistência oferecida ao corte e é 
medida pela energia necessária para usinar o material no tor-
no, sob condições padrões.
A usinabilidade de um material é obtida comparando-se 
com a de um material padrão cuja usinabilidade é convenciona-
da igual a 100.(aço B1112). O conhecimento da usinabilidade 
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de um material permite calcular os tempos necessários às ope-
rações de usinagem que é, portanto, indispensável na progra-
mação de uma fabricação. 
A usinabilidade é um fator que influi bastante na esco-
lha de um material que deve ser usinado; assim, as máquinas 
automáticas dão grande produção quando usinam os chama-
dos aços de corte fácil (free cutting steels) também chamados 
de usinagem fácil, que são materiais com alta percentagem de 
enxofre, fósforo ou chumbo.
Fadiga: Fadiga não chega a ser uma propriedade do 
material mais sim, um problema característico de materiais 
sujeitos a esforços cíclicos. Quando um material é sujeito a 
esforços dinâmicos durante um longo tempo, é observado um 
“enfraquecimento” das propriedades mecânicas ocasionando 
a ruptura. A fadiga pode ser também superficial, ocasionando 
desgaste de peças sujeitas a esforços cíclicos, como comu-
mente ocorre em dentes de engrenagens.
2.3 PROPRIEDADES TÉRMICAS
Propriedades térmicas estão vinculadas às caracterís-
ticas dos materiais quando submetidos às variações de tempe-
ratura. Dentre estas propriedades destacam-se:
Condutividade térmica: São propriedades que 
possuem certos corpos de transmitir mais ou menos calor. 
Neste caso, materiais bons condutores de calor, na ordem 
decrescente de condutibilidade, são: Ag (prata), Cu (cobre), Al 
(alumínio), latão, Zn (zinco), Aço e Pb (chumbo). Corpos maus 
condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: 
pedra, vidro, madeira, papel, etc.
Dilatação: Propriedade pela qual um corpo aumenta 
quando submetido à ação do calor. A capacidade de dilatação 
de um material está relacionada ao chamado coeficiente de di-
latação térmica, que pode ser: linear, superficial e volumétrico. 
Esta característica dos materiais deve ser considerada quando o 
mesmo é submetido a variações consideráveis de temperatura.
2.4 PROPRIEDADES ELÉTRICAS
A mais conhecida propriedade elétrica de um material 
é a condutividade elétrica. A condutividade elétrica é a proprie-
dade que possuem certos materiais de permitir maior ou me-
nor capacidade de transporte de cargas elétricas. Os corpos 
que permitem a eletricidade passar são chamados condutores, 
sendo uma característica dos materiais metálicos. Já os que 
não permitem tal fenômeno são os chamados materiais isolan-
tes. O cobre e suas ligas e o alumínio conduzem bem a eletri-
cidade, sendo empregados na fabricação de linhas elétricas e 
aparelhagens; as ligas Cr-Ni, Fe-Ni conduzem mal, servindo 
para construção de resistências elétricas, como reostatos, etc. 
Dentre os materiais isolantes destacam-se: madeira seca, ba-
quelite, ebonite, etc.
2.5 PROPRIEDADES ELETROMAGNÉTICAS
A característica mais comumente associada às proprie-
dades eletromagnéticas é: 
Suscetibilidade magnética: É a propriedade que carac-
teriza a maior ou menor facilidade com que os metais reúnem 
ou dispersam as linhas de força de um campo magnético. Os 
metais que reúnem de modo acentuado as linhas de força de 
um campo magnético se denominam “ferromagnéticos”. Exem-
plo: Fe (ferro), Ni (níquel) e Co (cobalto). Os metais que reú-
nem facramente as linhas de força de um campo magnético 
são denominados “paramagnéticos”. A maioria dos metais é 
paramagnético. Os metais que dispersam as linhas de força 
de um campo magnético são denominados “diamagnéticos”.
2.6 PROPRIEDADES FÍSICAS
Dentre o conjunto de propriedades físicas destacam-se:
Densidade: É a relação entre o peso de certo volume 
de um corpo e o peso de igual volume de água. É um número 
abstrato. Exemplo: Pb = 11,4 Cu = 8,9 Al = 2,7 Mg = 1,7
Peso específico: É o peso da unidade de volume 
do corpo. Por exemplo: o peso específico do aço é 7,8 kg/dm3.
2.7 PROPRIEDADES QUÍMICAS
Resistência à corrosão: Quase todos os materiais usa-
dos pelos projetistas são suscetíveis à corrosão por ataque 
químico. Para alguns materiais, a solubilização é importante. 
Em outros casos, o efeito da oxidação direta de um metal ou 
de um material orgânico como a borracha é o mais importante. 
Além disso, a resistência do material à corrosão química, de-
vido ao meio ambiente, é da maior importância. A atenção que 
damos aos nossos automóveis é um exemplo óbvio da nossa 
preocupação com a corrosão. É muito difícil medir a corrosão, 
porque o seu aparecimento é irregular. A unidade mais comum 
para a corrosão é polegadas de superfície perdida por ano.
PROPRIEDADES ÓPTICAS
Embora entre as propriedades ópticas importantes 
para a engenharia incluem-se o índice de refração, a absorção 
e a emissividade, apenas a primeira delas será discutida aqui, 
porque as outras duas já são mais especializadas. O índice de 
refração n é a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a 
velocidade da luz no material, Vm:
η = c
 Vm (2.1)
O índice também pode ser expresso em termos do 
ˆangulo de incidência i e do ângulo de refração r:
η = sin i
 sin r (2.2)
ESTRUTURA DOS MATERIAIS
A matéria apresenta um aspecto descontínuo no mo-
mento em que se acha constituída por partículas elementares, 
átomos e moléculas. Quando se consideram as características 
de uma substância não se leva somente em consideração o 
comportamento dos átomos isolados mas, também, os fatores 
que intervém na formação da substância.
Segundo o estado físico da substância, esses agrupa-
mentos atômicos se apresentam com características distintas; 
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nos estados gasoso e líquido, os átomos têm grande mobilida-
de o que lhes permite adaptar-se a qualquer conformação ex-
terna que o contenha. No estado sólido os átomos apresentam 
certa permanência em suas posições o que confere ao material 
certo grau de indeformabilidade, característico do estado sóli-
do.
Os materiais encontrados na natureza, ou mesmo fabri-
cados podem ser classificados de acordo com a sua estrutura 
molecular (maneira como os átomos estão organizados entre si).
Assim, podemos encontrar:
• Materiais Cristalinos;
Um material cristalino apresenta uma ordem de átomos 
que se repete periodicamente até grandes distâncias atômicas. 
Esta ordem de átomos se forma durante a solidificação do 
material, em três dimensões,e cada átomo é vinculado com 
átomos vizinhos.
Dentre os materiais cristalinos podemos destacar:
– todos os metais;
– muitos materiais cerâmicos;
– alguns polímeros.
• Materiais amorfos (não-cristalinos)
Dentre os materiais amorfos (materiais literalmente 
“sem-forma”) encontramos os gases, os líquidos e os vidros. 
Os dois primeiros são fluidos e são de maior importância em 
engenharia, já que incluem muitos dos nossos combustíveis e 
o ar necessário à combustão, como também a água. O vidro, 
o último dos três materiais amorfos, é considerado um líquido 
rígido; entretanto, quando considerarmos a sua estrutura, ve-
mos que ele é mais do que apenas um líquido super-resfriado.
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA
Uma molécula tem uma regularidade estrutural, porque 
as ligações covalentes determinam um número específico de 
vizinhos para cada átomo e a orientação no espaço dos mes-
mos. A maioria dos materiais de interesse para a engenharia 
tem arranjos atômicos, que também são repetições, nas três di-
mensões, de uma unidade básica. Tais estruturas são denomi-
nadas cristais. Um exemplo desta regularidade estrutural pode 
ser observada no NaCl, conforme apresentado na Figura 3.1.
Figura 3.1: Estrutura cristalina do cloreto de sódio
3.2 SISTEMAS CRISTALINOS
Define-se um sistema cristalino como a forma do ar-
ranjo da estrutura atômica. A sua representação consiste em 
substituir átomos e rede espacial por conjunto de pontos.
Chama-se célula unitária a menor porção constituinte de 
um reticulado cristalino, conforme apresentado na Figura 3.3.
A ordem tridimensional dos átomos (arranjo das células 
unitárias) se repete simetricamente até os contornos dos cris-
tais (também chamados contornos de grãos).
Na natureza é observado que os átomos, de forma ge-
ral, se arranjam de sete maneiras possíveis.
3.3 ESTRUTURA CRISTALINA DOS PRINCIPAIS 
METAIS
Os principais metais apresentam estruturas conforme 
apresentado abaixo.
• CCC
Ba, Cr, Cs, Feα, Feδ, K, Li, Mo, Na, Nb, Ta, Ti b, V, W, 
Zrβ
• CFC
Ag, Al, Au, Ca, Co b, Cu, Fe g, Ni, Pb, Pt, Rh, Sr
• HC
Be, Cd, Co a, Hf a, Mg, Os, Re, Ru, Ti a, Y, Zn, Zrα
Estas estruturas cristalinas podem ser melhores obser-
vadas na Figura 3.6.
10
Figura 3.2: Representação esquemática de um 
reticulado cristalino
Figura 3.3: Rep. esquemática de uma célula unitária
Figura 3.4: contorno de grãos
Figura 3.5: Sistemas cristalinos.
11
Figura 3.6: Estruturas cristalinas mais comuns.
3.4 ALOTROPIA OU POLIMORFISMO
É a propriedade que possui um corpo de apresentar-se 
em dois ou mais estados cristalinos diferentes, seja pela sime-
tria, seja pela estrutura reticular, de acordo com a mudança de 
temperatura.
Assim, o ferro apresenta-se em três estados alotrópi-
cos, conforme a temperatura em que é considerado. Essas três 
formas alotrópicas são definidas como:
Ferro a (CCC); Ferro g (CFC); Ferro d (CCC).
Em temperatura ambiente, a forma alotrópica do fer-
ro caracteriza-se pela estrutura CCC, sendo conhecido como 
ferro-a. Quando este é aquecido a 910°C, observa-se uma 
mudança radical na estrutura cristalina do ferro, passando en-
tão a estrutura CFC, sendo denominado então ferro-g. Caso o 
material seja aquecido até 1400°C, a estrutura volta a ser CCC. 
Neste caso o ferro passa ser chamado de ferro-d.
MATERIAIS METÁLICOS
São substâncias simples que apresentam 1 a 3 elé-
trons no nível mais externo e que, nas combinações químicas, 
cedem elétrons periféricos transformando-se em cátions.
Apresentam, em linhas gerais as seguintes proprieda-
des:
• Cor e brilho:
Os metais, com exceção do ouro (amarelo) e cobre 
(vermelho) apresentam coloração que varia do branco ao cin-
zento.
• Densidade:
Os metais, quanto à densidade, classificam-se em le-
ves (densidade menor que 6 - alcalinos, alcalinos terrosos, Mg 
- magnésio, Be - berílio, Al - alumínio); e pesados (densidade 
superior a 6).
• Estrutura cristalina:
Característica observada em todos os metais.
• Classifi cação:
Os materiais metálicos são classificados em: Metálicos 
ferrosos e Metálicos não-ferrosos.
4.1 METAIS FERROSOS
O ferro é um metal cuja utilização pelo homem é muito 
antiga. As civilizações antigas da Assíria, Babilônia, Egito, Pér-
sia, China, Índia e, mais tarde, da Grécia e de Roma já fabri-
cavam, por processos primitivos, armas e inúmeros utensílios 
de ferro e aço.
A importância do ferro como metal é tal que fundamen-
ta a classificação dos materiais metálicos, além de possuir um 
ramo da ciência dos materiais específico para seu estudo. Por-
tanto, siderurgia, é a ciência que estuda a metalurgia do ferro 
(Fe), enquanto que metalurgia é a ciência que estuda a extra-
ção dos metais, seus minerais e suas ligas.
Os produtos siderúrgicos comuns são ligas ferro-carbo-
no com teor de carbono compreendido entre 0 e 6,7%, sendo 
que industrialmente, essa faixa de teor de carbono varia so-
mente entre 0 e 4,5%.
Os materiais metálicos ferrosos são, portanto, produtos 
siderúrgicos que se classificam exclusivamente em função do 
teor de carbono encontrado na liga. Desta forma, os materiais 
metálicos ferrosos são classificados como:
Aços: Liga Fe-C cujo teor de carbono varia de 0 a 
2,1%C;
Ferros fundidos: Liga Fe-C com o teor de carbono 
situando-se entre 2,1 e 6,7%C.
A produção dos aços e dos ferros fundidos pode ser 
definida segundo dois padrões mundiais, cujas estruturas dife-
rem significativamente.
Tem-se, portanto, dois modelos de usinas siderúrgicas:
• Usinas integradas
• Usinas mini-mills
4.1.1 USINAS INTEGRADAS
As usinas integradas abrangem todas as etapas ne-
cessárias para, a partir das matérias-primas, produzir-se ferro 
e aço. O processo clássico e mais usado para a redução do 
minério de ferro utiliza o equipamento denominado alto forno, 
cujo produto consiste numa liga ferro-carbono de alto teor de 
carbono, denominado ferro gusa, o qual, ainda no estado líqui-
12
do, é encaminhado à aciaria, onde, em fornos adequados, é 
transformado em aço. Este é vazado na forma de lingotes, os 
quais, por sua vez, são submetidos à transformação mecânica, 
por intermédio de laminadores, resultando blocos, tarugos e 
placas. Estes, finalmente, ainda por intermédio de laminado-
res, são transformados em formas estruturais com perfis em “ T 
”, “ I ”, cantoneiras, trilhos, chapas, tarugos, etc.
O fluxograma apresentado na Figura 4.1, representa 
esquematicamente, as principais etapas para a fabricação do 
aço a partir do modelo de processos adotado pelas usinas in-
tegradas.
4.1.1.1 Matéria-Prima
As matérias-primas básicas da usinas integradas são:
• minério de ferro;
• carvão;
• calcário.
Figura 4.1: Fluxograma representativo do processo utilizado pelas usinas integradas para produção do aço.
13
Figura 4.2: Esquema representativo do alto-forno.
4.1.1.1.2 Minério de ferro
O minério de ferro constitui a matéria-prima essencial 
para a manufatura dos processos siderúrgicos. Os minerais 
que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, 
carbonatos, sulfetos e silicatos. Os primeiros são os mais im-
portantes sob a ótica dos processos siderúrgicos. Os principais 
óxidos encontrados na natureza são:
• Magnetita (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe3O4, con-
tendo 72,4% Fe.
• Hematita (óxido férrico), de fórmula Fe3O3, contendo 
69,9% Fe
• Limonita (óxido hidratado de ferro), de fórmula 2Fe2O-
33H2O, contendo, em média, 48,3% Fe.
A magnetita é encontrada principalmente na Suécia, 
ao passo que a hematita é o minério mais comum, sendo en-
contrado, entre outros países, na França, EUA, Rússia, Índia, 
Austrália, Canadá e Brasil.
O minério de ferro antes de ser inserido no alto-forno sofre 
um processo de beneficiamento, que compreende uma série de 
operações a que os minérios de ferro de várias qualidades podem 
ser submetidos, com o objetivo de alterar seus característicos físi-
cos ou químicos e torná-los mais adequados para a utilização nos 
alto-fornos. Essas operações são, geralmente: britamento, penei-
ramento, mistura, moagem, classificação eaglomeração.
Os processos de aglomeração visam melhorar a perme-
abilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvão e 
acelerar o processo de redução. Dentre os processos de aglo-
meração os mais importantes são: sinterização e pelotização.
4.1.1.1.3 Carvão
O carvão, utilizado nos alto-fornos, pode ser tanto de 
origem mineral quanto de origem vegetal.
Tem várias funções dentro do processo que são:
• atuar como combustível gerando calor para as reações;
• atuar como redutor do minério, que é basicamente consti-
tuído de óxidos de ferro;
• atuar como fornecedor de carbono, que é o principal ele-
mento de liga dos produtos siderúrgicos.
Da mesma forma que o minério, o carvão também sofre 
um pré-processamento antes de ser introduzido no alto-forno. 
Esta operação consiste no processo de coqueificação, que por 
sua vez consiste no aquecimento a altas temperaturas, geral-
mente em câmaras hermeticamente fechadas, portanto com 
ausência total de ar, exceto na saída dos produtos voláteis, do 
carvão mineral.
4.1.1.4. Calcário
O calcário atua como fundente, ou seja, reage, pela 
sua natureza básica, com substâncias estranhas ou impurezas 
contidas no minério e no carvão (geralmente de natureza áci-
da) diminuindo seu ponto de fusão e formando a escória, sub-
produto, por assim dizer, do processo clássico do alto-forno.
4.1.1.5 Operações siderúrgicas
a) Operação do alto-forno (produção do ferro gusa)
O alto-forno constitui ainda o principal equipamento uti-
lizado na metalurgia do ferro. A partir dos primeiros fornos, dos 
tipos rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmos-
14
fera, constantes aperfeiçoamentos técnicos foram introduzidos 
e a capacidade diária paulatinamente elevada, aproximando-
-se, nos dias atuais, de 10.000 toneladas de ferro gusa por dia.
O alto-forno é uma estrutura cilíndrica, revestida inter-
namente por tijolos refratários, de grande altura, constituída por 
três partes fundamentais: o fundo, chamado de cadinho, a parte 
mediana, conhecida como rampa, e a parte superior denominada 
cuba. 
O cadinho é o lugar onde o gusa líquido é depositado. 
A escória (conjunto de impurezas que devem ser separadas do 
gusa), que se forma durante o processo, flutua sobre o ferro 
que é mais pesado. No cadinho há dois furos: o furo de corrida, 
aberto de tempos em tempos para que o ferro líquido escoe, e 
o furo para o escoamento da escória. Como a escória flutua, o 
furo para seu escoamento fica acima do furo de corrida. Assim, 
sobra espaço para que uma quantidade razoável de ferro seja 
acumulada entre as corridas.
Na rampa, acontecem a combustão e a fusão. Para 
facilitar esses processos, entre o cadinho e a rampa ficam 
as ventaneiras, que são furos distribuídos uniformemente por 
onde o ar pré-aquecido é soprado sob pressão.
A cuba ocupa dois terços da altura total do alto-forno. 
É nela que é colocada, alternadamente e em camadas suces-
sivas, a carga, compostos de minério de ferro, carvão e os fun-
dentes (cal e calcário).
Figura 4.3: Alto-forno e suas partes.
Na operação do alto forno são inseridos, em sua parte 
superior, o carvão (na forma de coque ou carvão vegetal), o 
minério de ferro (sínter ou pelotas) e os fundentes.
A redução dos óxidos de ferro acontece a medida que 
o minério, o agente redutor (coque ou carvão vegetal) e os 
fundentes descem em contra-corrente, em relação aos gases. 
Esses gases são o resultado da queima do coque (CO) com o 
oxigênio do ar quente (em torno de 1000oC) soprado pelas ven-
taneiras, e que escapam da zona de combustão. Este processo 
ocorre na rampa do alto-forno.
Conforme o coque vai se queimando, a carga vai des-
cendo para ocupar os pedaços vazios. Esse movimento de 
descida vai se espalhando lateralmente pela carga, até atingir 
toda a largura da cuba. As reações de redução, carbonetação 
e fusão geram dois produtos líquidos: escória e o ferro gusa. 
Ambos são empurrados para os lados, pelos gases que estão 
subindo e escorrem para o cadinho, de onde saem pelos furos 
de corrida da escória e do gusa respectivamente.
O ferro gusa, também conhecido como “ferro fundido 
de primeira fusão”, é uma liga ferro-carbono com elevados teo-
res de carbono (3,4 a 4,5% C) que é vendido em blocos como 
matéria-prima para a produção de aços e ferros fundidos (fo-
fos). O ferro gusa é extremamente frágil devido à significativa 
quantidade de impurezas presentes na liga (fósforo, silício, 
enxofre, etc). Por esse motivo, ele tem praticamente nenhu-
ma aplicação na indústria. Basicamente, o uso do ferro gusa 
se resume, além de servir de matéria-prima para a produção 
de outros produtos siderúrgicos, ao uso em contra-pesos de 
guindastes e na fabricação de pouquíssimas peças fundidas 
de pouca responsabilidade.
Este material quando refundido, num forno como o 
cubilô, junto com sucatas de ferro fundido e aço, dá origem ao 
“ferro fundido de segunda fusão” ou ferro fundido propriamen-
te dito. Por outro lado, ele também pode ser encaminhado às 
aciarias onde se dá a produção do aço. 
b) Fabricação do aço
Sendo o ferro gusa uma liga ferro-carbono em que o 
carbono e as impurezas normais – Silício (Si), Manganês (Mn), 
Fósforo (P) e Enxofre (S) - se encontram em teores elevados, 
a sua transformação em aço, que é uma liga de mais baixos te-
ores de Carbono (C), corresponde a um processo de oxidação, 
por intermédio do qual a porcentagem daqueles elementos é 
reduzida a valores desejados.
15
A fabricação do aço, na usina siderúrgica, ocorre dentro de um setor específico conhecido como aciaria. Há diversos 
modelos de aciaria, cada uma utilizando processos distintos para a produção do aço. 
O equipamento utilizado nas aciarias, conhecido como conversor, é o responsável pelo método de obtenção, sendo os 
mais tradicionais:
• conversor Bessemer/Thomas sopro pelo fundo;
• conversor Tropenas sopro lateral;
• conversor L-D (Linz-Donawitz) sopro superior.
Figura 4.4: Tipos de conversores.
Dentre os modelos apresentados, o mais utilizado no Brasil é o Linz-Donawitz. O conversor L-D, também conhecido como 
BOP (“basic oxygen process”) é constituído de uma carcaça cilíndrica de aço resistente ao calor, revestido internamente por ma-
teriais refratários de dolomita ou magnesita, conforme indica a Figura 4.5.
Figura 4.5: Conversor L-D (Linz-Donawitz)
16
Neste processo, introduz-se oxigênio, praticamente 
puro, através de uma lança posicionada pouco acima da super-
fície do gusa líquido, que o sopra provocando um impacto na 
superfície líquida. Este sopro de oxigênio promove uma reação 
de oxidação eliminando o carbono e outras impurezas: silício 
(Si), fósforo(P) e enxofre(S).
O carbono eliminado da liga Fé-C forma com o oxigê-
nio, o CO e o CO2. O silício oxidado, forma SiO2. O fósforo 
é eliminado antes do carbono pela ação da cal, que introdu-
zida no conversor após a introdução do oxigênio pela lança. 
Forma-se uma escória que garante a fixação do P2O5 resultante 
da oxidação. O enxofre é facilmente eliminado, devido à forte 
agitação do banho e pelo fato da escória apresentar-se mais 
quente e mais fluida.
O fim do sopro é determinado através de cálculos que 
indicam o teor de carbono a ser atingido. A lança é então re-
tirada sendo, em seguida, o forno basculado para a posição 
horizontal de modo a proceder-se ao vazamento do aço.
c) Fabricação do Ferro Fundido
O ferro fundido é obtido no forno cubilô usando como 
matéria-prima o ferro gusa e sucatas de aço e ferros fundidos 
(fofos). É um forno vertical cilíndrico revestido de tijolos refratá-
rios e equipado com ventaneiras na parte inferior.
A carga, que é feita por uma abertura lateral, na parte 
superior e consiste de ferro gusa, sucatas de ferro fundido e 
aço, carvão coque e calcário. Essas matérias-primas são de-
positadas em camadas alternadas. O metal fundido se reúne 
no fundo do forno, de onde é escoado pela bica a determina-
dos intervalos de tempos. A escória é previamente retirada por 
outro orifício situado em um nível mais alto. O fundodo forno 
cubilô também pode ser removido para a limpeza e reparação 
da sola.
.4.1.2 USINAS MINI-MILLS
4.1.2.1 MATÉRIA-PRIMA
Este tipo de processo utiliza basicamente sucata (de 
aço ou ferro fundido) e cal. Pode-se também, a partir da aquisi-
ção do gusa proveniente das usinas integradas, trabalhar com 
este material.
4.1.2.2 Operações Siderúrgicas
O conceito de fabricação do aço, observado nas usinas 
mini-mills, parte do princípio que não é necessário incorporar 
ao processo as operações realizadas no alto – forno. Pode-se, 
portanto segundo este conceito americano, trabalhar-se com 
sucata promovendo a fusão deste metal e adicionando os ele-
mentos de liga necessários à fabricação de um aço novo.
Desta forma, usinas tipo mini-mills iniciam seu proces-
so a partir do que se identifica como as operações da aciaria 
observadas nas usinas integradas.
O princípio é transformar a energia elétrica em energia 
térmica, por meio da qual, promove-se a fusão do gusa e/ou da 
sucata, onde as condições de temperatura e oxidação do metal 
líquido são severamente controladas. 
Os fornos elétricos são basicamente de dois tipos: a 
arco elétrico e de indução.
a. Fornos de arco elétrico 
Em geral estes fornos são basculantes e têm o aspecto 
conforme apresentado na Figura 4.7.
Figura 4.7: Forno de arco elétrico
Figura 4.6: Forno cubilô
17
Os fornos a arco elétrico são constituídos de uma car-
caça de aço feita de chapas grossas de aço soldadas e rebi-
tadas, de modo a formar um recipiente cilíndrico com fundo 
abaulado. Essa carcaça é revestida na parte inferior (chamada 
soleira) por materiais refratários.
A carga é feita por uma porta diametralmente oposta 
à bica por onde é vazado o metal. O calor é fornecido pelo 
arco elétrico que se forma entre os três eletrodos verticais e o 
banho. A escória pode ser removida e substituída através da 
porta de carga. 
O tamanho dos fornos elétricos variam muito, havendo 
instalações capazes de produzir desde 500 kg até 100 tonela-
das de aço em cada corrida. A duração de cada corrida de 60 
toneladas é de cerca de 8 horas.
Durante o processo, ocorre a oxidação das impurezas 
e do carbono e reações de desoxidação, ou retirada dos óxi-
dos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfuração, 
quando o enxofre é retirado. É um processo que permite o con-
trole preciso das quantidades de carbono presentes no aço.
Os fornos elétricos contam com os óxidos de ferro (ferru-
gem) presentes nas sucatas de aço e de ferro fundido para promo-
ver a oxidação das impurezas contidas na matéria-prima. Essas 
impurezas são eliminadas, posteriormente, junto com a escória.
b. Fornos de indução.
O conjunto que compõe esse forno é formado de um 
gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensa-
dores e uma câmara de aquecimento. Essa câmara é bascu-
lante e tem, na parte externa, a bobina de indução, conforme 
indicado na Figura 4.8.
O cadinho é feito de massa refratária socada dentro 
dessa câmara, onde a sucata se funde por meio de calor pro-
duzido dentro da própria carga.
O fenômeno químico observado nos fornos de indução 
é semelhante àquele existente nos fornos de arco elétrico.
4.1.3 PRODUTOS SIDERÚRGICOS
Os produtos da indústria siderúrgica são classificados, 
conforme mencionado anteriormente, em função do teor de 
carbono encontrado na liga Fe-C.
O teor de carbono, como elemento de liga principal, 
exerce influência significativa sobre as propriedades dos ma-
teriais. Tal influência se explica pelos diferentes níveis de so-
lubilidade do ferro em função da temperatura, que altera a sua 
forma alotrópica e modifica a capacidade de formar solução 
com o carbono.
Pode-se compreender melhor este fenômeno a partir 
de uma análise do diagrama de fases Fe-C, apresentado na 
Figura 4.9.
As principais considerações a serem feitas a respeito 
do diagrama binário Fe-C, com relação às reações que ocor-
rem em equilíbrio e das estruturas resultantes, são as seguin-
tes:
• o ponto A corresponde ao ponto de fusão do ferro 
puro – 1538 oC e o ponto D, impreciso, ao ponto de fusão do 
Fe3C;
• na parte superior esquerda do diagrama, numa faixa 
estreita, ocorre uma reação especial chamada “peritética”, na 
passagem do estado líquido ao sólido, em torno de 1495oC. A 
qual, contudo, não apresenta importância sob o ponto de vista 
prático. Nesse trecho, ao solidificar-se, o ferro adquire a estrutura 
cúbica centrada - chamada, nesse caso, de d (delta), passando, 
entretanto, quase a seguir, à estrutura cúbica de face centrada 
gama (g), que caracteriza o ferro a alta temperatura. A 912oC há 
a passagem da forma cúbica de face centrada para cubo centra-
do até a temperatura ambiente, na forma alotrópica alfa (a);
Figura 4.8: Forno de indução.
18
Figura 4.9: Diagrama de equilíbrio Fe-C.
• na faixa de temperaturas em que o ferro está na forma 
alotrópica gama, ele tem capacidade de dissolver o carbo-
no presente;
• entretanto, essa solubilidade do carbono do ferro gama 
não é ilimitada: ela é máxima a 1.148 °C e corresponde a 
um teor de carbono de 2,11%. À medida que cai a tempera-
tura, a solubilidade do carbono no ferro gama decresce; as-
sim, a 727oC, a máxima quantidade de carbono que pode 
ser mantido em solução sólida no ferro gama é 0,77%. Es-
ses fatos são indicados no diagrama pelas linhas JE e Acm, 
esta última representando, portanto, a máxima solubilidade 
do carbono ou do Fe3C no ferro gama, nas condições de 
equilíbrio;
• as linhas JE e ECF correspondem à linha “solidus” do 
diagrama;
• o carbono afeta, por outro lado, a temperatura de trans-
formação alotrópica gama-alfa: a partir de 0% de carbono, 
essa temperatura de transformação decresce paulatina-
mente, até que para 0,77% ela se situa a 727oC. Abaixo 
de 727oC não poderá existir, em nenhuma hipótese, nas 
condições de equilíbrio, ou seja, esfriamento muito lento, 
ferro na forma alotrópica gama; tal fato é indicado pela li-
nha PSK ou A1;
• o ponto C, conforme estudado anteriormente, é o conhe-
cido ponto eutético do diagrama Fe-C. Observa-se que o 
ponto S assemelha-se ao C sendo chamado de ponto eu-
tetóide.
• entre teores de carbono 0 e 0,77% ocorre não apenas o 
abaixamento da temperatura de transformação alotrópica 
gama-alfa, esta transformação é paulatina ou se dá em 
duas etapas: começa na linha GS ou A3 e termina na linha 
PS ou A1. Somente a 727oC ela é instantânea;
• a solubilidade do carbono no ferro alfa não é, de fato, 
nula: cerca de 0,008% de carbono dissolvem-se a tempe-
ratura ambiente, e a 727oC, a solubilidade aumenta para 
0,02%; de 727oC para cima, decresce novamente a solubi-
lidade do carbono até 912oC torna-se nula. 
Nesse instante, entretanto, o ferro alfa passa a gama, 
que pode manter em solução sólida o carbono em teores bem 
mais elevados, como se viu; os fatos acima estão indicados pe-
las linhas QP e PG. Pode-se chamar a liga Fe-C com carbono 
até 0,008% no máximo de ferro comercialmente puro;
• acima de 2,11% de carbono, na faixa dos ferros fundi-
dos, duas linhas predominam, na fase sólida: a linha ECF 
“solidus”e a linha SK, indicada por A1, abaixo da qual não 
pode existir ferro na forma alotrópica gama;
• a solução sólida do carbono no ferro gama chama-se 
“austenita”; portanto, na zona limitada pelas linhas JE, ES, 
SG e GNJ só existe austenita; essa zona é denominada 
“austenítica”; esta austenita (nome derivado do metalurgis-
ta inglês Roberts Austen) é um constituinte estrutural de 
boa resistência mecânica e apreciável tenacidade e não-
19
-magnético; na zona limitada pelas linhas SE (Acm), ECF e 
SK (A1) existe simultaneamente austenita e carbono, este 
último na forma de F e3C, porque, como se viu, a solubili-
dade do carbono no ferro gama não é ilimitada;
• o Fe3C é um carboneto contendo 6,67% de carbono, 
muito duro e frágil. Este constituinte é denominado “cementi-
na”.
As linhas que marcam o início e o fim das transforma-
ções chamam-se linhas de transformação e elas limitam zonas 
chamadas zonas críticas.
Industrialmente,pode-se, portanto distinguir, a partir do 
diagrama de fases a caracterização da liga Fe-C como:
• Aço-Carbono: 0,008% a 2,11% de Carbono;
• Ferro fundido: 2,11 a 4,5% de Carbono.
4.1.3.1 AÇOS
Os aços utilizados na construção mecânica se dividem 
em três grandes categorias:
• Aços-carbono ou comuns;
• Aços-liga;
• Aços especiais.
Estes últimos contêm elementos anexados proposital-
mente com a finalidade de fornecer ou melhorar as caracterís-
ticas dos aços: resistência mecânica, resistência à corrosão ou 
ao calor, qualidades magnéticas, etc.
O aço é, talvez, o material mais empregado na maioria 
das construções mecânicas, pelas suas ótimas características 
mecânicas e sua adaptabilidade. 
Comercialmente são encontrados sob a forma de aços 
fundidos, laminados e trefilados.
a) Aço-carbono (ou comum)
Quando o único elemento de liga é o carbono, o mate-
rial é designado aço-carbono ou aço comum.
Grandes variações de resistência e de dureza são obti-
das pela modificação das percentagens de carbono ou por tra-
tamentos térmicos. Com base no diagrama de equilíbrio Fe-C, 
pode-se interpretar as reações que ocorrem na faixa de com-
posições correspondentes aos aços, que são responsáveis por 
tais variações.
Na zona austenítica, após a solidificação das ligas, só 
ocorre austenita. 
No caso de um aço hipoeutetóide - entre 0,008% e 
0,77% de carbono, o ferro gama da austenita começa a trans-
formar-se em ferro alfa que se separa, visto que ele não pode 
manter em solução sólida senão quantidades irrisórias de car-
bono; assim a composição estrutural da liga vai se modificando 
a medida que cai a temperatura: de um lado, tem-se ferro puro 
alfa separando-se continuamente e do outro lado a austenita, 
cujo teor de carbono vai aumentando, em direção ao ponto S.
No instante que a liga atinge a temperatura corres-
pondente a 727oC, têm-se, portanto, em equilíbrio, dois cons-
tituintes estruturais: ferro puro na forma alotrópica alfa e uma 
solução sólida de 0,77% de carbono no ferro gama (ou seja, 
austenita com 0,77% de C). Nesse momento, todo o ferro 
gama remanescente transforma-se abruptamente em ferro 
alfa. A transformação é, contudo, tão repentina que não há 
tempo suficiente para que ocorra uma separação nítida entre 
o carbono (na forma de Fe3C ou cementita) e o ferro, na forma 
alotrópica alfa. Resulta um constituinte de forma lamelar, for-
mado por lâminas muito delgadas e muito próximas umas das 
outras, de ferro alfa e Fe3C, dispostas alternadamente. Com 
aumentos microscópicos relativamente pequenos, não dá para 
perceber tais lâminas. Com maiores aumentos, acima de 1000 
vezes, por exemplo, elas são visíveis. Esquematicamente o 
aspecto dessa estrutura está representada na Figura 4.10 (aço 
eutetóide). Devido à nuance de madrepérola que esse consti-
tuinte adquire, quando examinado ao microscópio, é chamado 
“perlita”. Suas propriedades são intermediárias entre as do fer-
ro puro (pouco resistente, mole e muito dúctil) e a cementita 
(muito resistente, muito dura e muito frágil).
Figura 4.10: Representação esquemática das estrutu-
ras das ligas Fe-C, na faixa correspondente aos aços, resfria-
dos lentamente, conforme o diagrama de equilíbrio Fe-C.
O ferro puro, na forma alotrópica alfa, corresponde a 
uma estrutura chamada “ferrita” (do latim “ferrum”). A ferrita, 
como já se mencionou, pode manter em solução sólida até 
0,008% de carbono.
Os aços hipoeutetóides, com teor de carbono entre 
0,008% e 0,77%, apresentam, pois, à temperatura ambiente, 
uma estrutura composta de ferrita e perlita, como a Figura 
4.10(b) mostra esquematicamente. A quantidade de perlita au-
menta e a de ferrita diminui à medida que a composição do aço 
cresce em direção ao ponto eutetóide.
Ao resfriar-se lentamente um aço com a composição 
exatamente eutetóide (0,77%C), a única transformação que 
ocorre é no ponto S, quando a austenita passa bruscamente 
à perlita, cuja estrutura está representada esquematicamente 
na Figura 4.10(c).
Para os aços hipereutetóides, entre 0,77 e 2,11% de 
carbono as reações que ocorrem podem ser assim explicadas: 
a austenita, ao atravessar a linha SE ou Acm, de máxima so-
lubilidade do carbono no ferro gama, começa a expulsar o ex-
cesso de carbono que não pode ser mantido em solução. Em 
conseqüência, numa temperatura intermediária entre Acm e A1, 
20
haverá em equilíbrio duas fases: uma, representada pela auste-
nita que vai se empobrecendo em carbono e outra, pelo carbono 
paulatinamente expulso, na forma de Fe3C ou cementita.
 À temperatura de 727Cº (linha A1), as fases que 
estão em equilíbrio serão, portanto: de um lado o Fe3C e do 
outro a austenita com 0.77% de carbono, a qual se transforma 
imediatamente em perlita ao atingir e ultrapassar a linha A1. A 
estrutura correspondente, que permanece até a temperatura 
ambiente, como nos casos anteriores, é perlita mais cementita; 
esta última vai localizar-se nos contornos dos grãos, como a 
Figura 4.10(d) esquematicamente indica. Assim, em resumo, 
para os aços, têm-se as seguintes estruturas à temperatura 
ambiente (ou abaixo da linha A1):
• ferro comercialmente puro: “ferrita”, mole, dúctil, e pouco 
resistente;
• aços hipoeutetóides: “ferrita mais perlita”, cuja resistência 
e dureza vão aumentando e cuja ductilidade vai diminuin-
do, à medida que se caminha em direção ao teor 0,77% 
de carbono;
• aços hipereutetóides: “perlita mais cementita”; a quanti-
dade desta, disposta nos contornos dos grãos, aumenta 
à medida que se caminha para teores mais elevados de 
carbono; essa estrutura é dura, resistente e pouco dúctil, 
característicos que se acentuam à medida que aumenta o 
teor de carbono.
Em função dessas propriedades das estruturas, os 
aços têm suas propriedades modificadas, à medida que o teor 
de carbono aumenta, conforme mostra o gráfi co da fi gura 4.1.1.
Figura 4.11: Propriedades mecânicas dos aços em fun-
ção do teor de carbono
O aço-carbono é o mais barato dos aços, razão pela 
qual ele é preferível aos demais, exceto quando condições se-
veras de serviço exigem características especiais, ou quando 
há necessidade de pequenas dimensões.
 Os aços-carbonos, de um modo geral, cobrem todas 
as faixas das necessidades da prática. Com teor de 0,3% ou 
mais, pode ser tratado termicamente, melhorando suas pro-
priedades de resistência e dureza. Mas surgem dificuldades 
em peças de grandes seções devido ao resfriamento lento do 
núcleo, o que impede as mudanças metalúrgicas requeridas 
para endurecimento e resistência.
 O principal inconveniente do aço comum é a sua pe-
quena penetração de endurecimento, estendido apenas a uma 
fina camada. O resfriamento deve ser muito rápido, resultando 
tensões residuais internas, distorções, perda de ductilidade e, 
eventualmente, trincas.
 Os aços comuns podem ser classificados, quanto 
à composição ou teor de carbono. A classificação americana, 
praticamente adotada no mundo inteiro, define os seguintes 
padrões:
• Aços de baixo teor de carbono até 0,25% de carbono
• Aços de médio teor de carbono de 0,25% a 0,6% de car-
bono
• Aços de alto teor de carbono de 0,6% a 2,0% de carbono
De um modo geral, aços com baixo teor de carbono 
(até 0,25%) constituem cerca de 90% da produção total de aço.
A tabela 4.1 apresenta algumas indicações de utiliza-
ção encontradas comumente na prática.
A ABNT padroniza os aços para construção mecânica 
segundo o teor de carbono, baseando-se nas normas SAE, ex-
cetuados alguns aços que são indicados precedidos pela letra 
”D”e são baseados nas normas DIN.
A representação é feita por quatro algarismos 
(classificação SAE), o primeiro algarismo indicando:
1 = aço-carbono
2 = aço-níquel
3 = aço-níquel-cromo
4 = aço-molibidênio
5 = aço-cromo
6 = aço-cromo-vanádio
7 = aço-tungstênio
8 = aço-silício-manganês
Tabela 4.1: Aplicações típicas dos aços carbono co-
mum
21
Carbono(%) Emprego
0,05 a 0,10 Estampas, chapas, rebites, arames, peças trefiladas
0,10 a 0,20 Peças estruturais, de máquinas e cementadas; parafusos0,20 a 0,30 Engrenagens; árvores e eixos; alavancas, tubos soldados.
0,30 a 0,40 Peças a serem tratadas termicamente; tubos sem costura; árvores e eixos; bielas; ganchos; parafusos.
0,40 a 0,50 Forjamento; engrenagens e pinos.
0,50 a 0,70 Matrizes de marteletes; parafusos de fixação; aros de rodas; arruelas de fixação; arames para molas.
0,70 a 0,80 Vigas e discos de arado; bigornas; serra de fita; martelos; chaves; molas; árvores; partes de máquinas pesadas.
0,80 a 0,90 Implementos agrícolas; punções; brocas para pedra; talhadeiras; ferramentas manuais; molas de lâminas.
0,90 a 1,00 Molas, facas; eixos; matrizes.
1,00 a 1,10 Brocas, alargadores; fresas; facas.
1,10 a 1,20 Brocas, bedames.
1,20 a 1,30 Limas; alargadores; ferramentas de corte.
1,25 a 1,40 Raspadores, serras.
O segundo algarismo indica a percentagem aproximada do elemento predominante da liga. Os dois últimos algarismos 
indicam o teor médio de carbono contido, em percentagem. O tabela 4.2 apresenta as padronizações indicadas pela ABNT.
Tabela 4.2: Especificação de aços a ABNT (SAE)
Classe Designação Composição
10XX Aços-carbono comum Mn-máximo 1,00%
11XX Aço ressulfurado, também conhecido como aços de usinagem e corte Mn-1,75%
12XX Aço ressulfurado e refosfatado Nb-0,10%
13XX Aço-manganês Mn-1,00 e 1,65%
14XX Aços com adição de nióbio Ni-3,5%
15XX Aço carbono Ni-5,0%
23XX Aço-níquel Ni-1,25% Cr-0,65%
25XX Aço-níquel Ni-3,50% Cr-1,57%
31XX Aço-níquel-cromo Mo-0,25%
33XX Aço-níquel-cromo Cr-0,50 ou 0,95%Mo-0,12 ou 0,25%
40XX Aço-molibdênio Ni-1,82%Cr-0,50 ou 0,80%Mo-0,25%
41XX Aço-cromo-molibdênio Ni-1,57 ou 1,82%Mo-0,20 ou 0,25%
43XX Aço-níquel-cromo-molibdênio Ni-1,05%Cr-0,45%Mo-0,20%
46XX Aço-níquel-Molibdênio Ni-3,50% Mo-0,25%
47XX Aço-níquel -cromo-molibdênio Cr-0,27 ou 0,50%
48XX Aço-níquel -molibdênio Cr-0,80 a 1,05%
50XX Aço-cromo Cr-0,80 ou 0,95%V-0,10 ou 0,15%
51XX Aço-cromo Ni-0,55%Cr-0,50%Mo-0,20%
61XX Aço-cromo-vanádio Mn-0,85% Si-2,00%
86XX Aço-níquel-cromo-molibdênio Ni-3,25% Cr-1,20%Mo-0,12%
92XX Aço-silício-manganês Ni-1,00%Cr-0,80%Mo-0,25%
93XX Aço-níquel-cromo-molibdênio B-0,0005% mínimo
98XX Aço-níquel-cromo-molibdênio Pb-0,15 a 0,35%
XXBXX Aço-boro Mn-1,75%
XXLXX Aço-chumbo Nb-0,10%
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A tabela 4.3 apresenta algumas características mecânicas do aço-carbono especificadas pela ABNT.
Tabela 4.3: Especificação de aços segundo ABNT
ABNT
Tração (kgf/mm2) Along
(%)
Dureza
BrinellRuptura Escoamento
1010
33 18 28 95
37 31 20 105
1020
35 19 28 101
39 33 18 111
1025
41 22 25 116
45 38 15 126
1030
48 26 20 137
53 45 12 149
1040
53 29 18 149
60 50 12 170
1045
57 32 16 163
64 54 12 179
1050
63 35 15 179
70 59 10 197
1060 69 38 12 201
1070 71 39 12 212
1080 78 43 10 229
1090 85 47 10 248
* Os primeiros valores são para os laminados a quente e os segundos para os laminados a frio.
b) Aço-liga
Existem três possibilidades para melhorar a resistência 
mecânica de qualquer metal: aplicar processos de fabricação 
por conformação mecânica, como prensagem e laminação; tra-
tar o metal termicamente, ou seja, submetê-lo a aquecimento 
e resfriamento sob condições controladas; ou acrescentar ele-
mentos de liga.
A caracterização de um aço como aço-liga se dá quan-
do a quantidade dos elementos adicionados for muito maior 
do que as encontradas nos aços-carbono comuns, sendo esta 
adição responsável por significativa modificação e melhoria em 
suas propriedades mecânicas.
Dependendo da quantidade dos elementos de liga adi-
cionados, o aço-liga pode ser um aço de baixa liga, se tiver 
até 5% de elementos de adição, ou um aço de liga especial, 
se tiver quantidades de elementos de liga maiores do que 5%.
Os elementos de liga mais comumente adicionados ao 
aço são: níquel, manganês, cromo, molibdênio, vanádio, tungs-
tênio, cobalto, silício e cobre, sendo possível adicionar mais de 
um elemento de liga para se obter um aço-liga.
A tabela 4.4 apresenta a influência dos elementos de 
liga na estrutura e nas propriedades do aço.
Alguns dos aços-liga obtidos a partir de um ou mais 
elementos apresentados no Quadro 4.4, são padronizados 
pela ABNT e foram apresentados no Quadro 4.2.
Tabela 4.4: Influência dos elementos de liga nas propriedades dos aços.
Elementos Características 
Alumínio
Desoxidante. Reduz o crescimento do grão. Em pequena quantidade 
aumenta a resistência, mas, em quantidade grande produz 
fragilidade. Adicionado de 2 a 5% aumenta o poder refratário e 
antioxidante.
Chumbo Produz a formação de fibras e partículas finamente divididas. Em pequenas quantidades favorece a usinabilidade.
23
Cromo
Produz: carbonetos duros que fazem aumentar a dureza; têmpera 
muito profunda e grande resistência ao desgaste. Pequenas adições 
de cromo dão tenacidade ao aço, aumentando sua resistência e 
sua resiliência; diminui a usinabilidade; reduz a zona de têmpera 
se não vem acompanhado de níquel. Conserva a dureza a maiores 
temperaturas; proporciona melhoria da resiliência à oxidação e à 
corrosão.
Cobalto
Aumenta a dureza ao rubro. A altas temperaturas, os carburetos 
mantêm ainda a dureza, mas, tendem a descarburar o aço no 
tratamento térmico. Faz aumentar a dureza e a tenacidade, mas 
em excesso faz diminuir a resiliência. Faz aumentar o magnetismo.
Nióbio
Utilizado para diminuir a corrosão intergranular nos aços inoxidáveis. 
Pode formar carburetos para aumentar a resiliência e a dureza, mas 
em geral, não se faz uso desta possibilidade. Quando adicionado 
aos aços com certo teor de cromo reduz o tempo de recozimento 
por sua ação suavizadora.
Níquel
Aumenta a dureza, resistência, ductilidade e resiliência. Afina 
a estrutura sem prejuízo da usinagem. Atrasa o crescimento do 
grão. Em grandes quantidades produz resistência à oxidação a altas 
temperaturas.
Lítio
Poderoso desoxidante e desgaseificante. Aumenta o limite de 
escoamento dos aços-carbono. Aumenta a fluidez dos aços 
inoxidáveis, produzindo fundições densas com limites elásticos 
elevados.
Manganês
Desoxidante e dessulfurante. Adicionado em pequenas quantidades 
aumenta a dureza, a resistência ao desgaste e a resistência à tração. 
Faz aumentar a solubilidade do carbono. Produz um aço austenítico 
quando a composição de Manganês oscila em torno de 12%. O aço 
com muito manganês é muito duro e é não-magnético. Aumenta 
o coeficiente de dilatação. Em pequenas quantidades aumenta a 
profundidade e a velocidade de têmpera.
Molibdênio
Nas altas temperaturas aumenta a resistência e a resiliência, e a 
dureza e a fragilidade em baixa temperaturas. Evita o crescimento 
do grão. Aumenta a resistência à deformação por cargas 
permanentes em altas e baixas temperaturas. Aumenta a facilidade 
de usinabilidade dos aços-carbono. Aumenta a resistência à corrosão 
dos aços inoxidáveis.
Nitrogênio
Normalmente indesejável. Aumenta ligeiramente a dureza e reduz 
a ductilidade. Em pequena quantidade afina o grão e aumenta a 
resistência dos aços de alto cromo.
Fósforo Favorece a contração com o resfriamento. Em pequenas quantidades aumenta ligeiramente a resistência à tração e à corrosão.
Silício
Desoxidante. Favorece a formação de grafite. Separa o carbono 
da solução. Em pequenas quantidades aumenta a resiliência 
e até 1,75% aumenta o limite elástico. Aumenta a resistência 
dos aços pobres em carbono. Em quantidade média, aumenta a 
permeabilidade magnética. Em pequena quantidade produz forte 
dureza, resistência ao desgaste e resistência aos ácidos.
Tântalo Utilizado em alguns aços especiais para ferramentas, para aumentar a dureza em elevadas temperaturas.
Titânio
Desoxida e separa o nitrogênio. Aumenta a resistência e a dureza. 
Reduz ao mínimo a corrosão intergranular nos aços de alto teor de 
carbono.
24
um determinado valor e em contato com o oxigênio, permite a 
formação de uma película finíssima de óxido de cromo sobre 
a superfície do aço, que é impermeável e insolúvel nos meios 
corrosivos usuais. Assim podemos definir como aço inoxidável 
o grupo de ligas ferrosas resistentes à oxidação e corrosão, 
que contenham no mínimo12% de cromo.
O cromo favorece o endurecimento produzido pela 
têmpera em óleo, e refina os grãos, dificulta
a ferrugem, mantendo o material brilhante na atmos-
fera.
Os aços inoxidáveis são resistentes ao ataque de vá-
rios elementos, tais como o ácido acético e nítrico, os álcalis, 
sumos de frutas, etc. Com cerca de 17% Cr, ou 18% Cr + 8% 
Ni, não escamam nas altas temperaturas como outros aços.
A alta resistência dos aços inoxidáveis, combinada com 
a boa ductilidade, desenvolveu o seu emprego onde resistên-
cia e leveza são importantes.
Os aços inoxidáveis são classificados em três grupos 
de acordo com a microestrutura básica formada: aço inoxidável 
martensítico, aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável austeníti-
co.
Os aços inoxidáveis martensíticos são obtidos após 
resfriamento rápido quando aquecidos a altas temperaturas. 
Mostram uma estrutura caracterizada pela alta dureza e fragili-
dade. Contém de 12 a 17% de Cromo e 0,l a 0,5% de carbono 
(em certos casos até 1% de carbono) e podem atingir diversos 
graus de dureza pela variação das condições de aquecimento 
e resfriamento (tratamento térmico).
São dificilmente atacados pela corrosão atmosférica no 
estado temperado e se destacam pela dureza, sendo também 
ferromagnéticos.
Apresentam trabalhabilidade inferior às demais classes 
e soldabilidade pior, especialmente com carbono mais elevado, 
devido à formação de martensita no resfriamento.
A padronização deste tipo de aço segue a norma AISI 
na qual a numeração distingue os teores de carbono, cromo e 
outros elementos de liga adicionados. Os tipos mais comuns 
são os aços 403, 410, 414, 416, 420, 420F, 431, 440A, 440B, 
440C e 440F.
Os tipos 403, 410, 414, 416 e 420 caracterizam-se por 
baixo teor de carbono e um mínimo de 11,5% de cromo, que, 
no tipo 431, pode chegar a 17%. Embora o carbono seja baixo, 
esses aços possuem boa temperabilidade, devido à presença 
do cromo. Esses aços são chamados “tipo turbina” e é apro-
priado em aplicações como: lâminas de turbina e compressor, 
Tungstênio
Aumenta a dureza do aço ao rubro e a estabilidade dos carburetos 
duros, a altas temperaturas. Aumenta a profundidade de têmpera. 
Aumenta a resistência à tração e a resistência ao desgaste. Em 
pequenas quantidades produz uma estrutura de grão fino. Forma 
partículas duras resistentes à abrasão, nos aços de alto carbono. 
Aumenta a resistência aos ácidos e à corrosão. Permite alcançar um 
elevado magnetismo remanescente e uma grande força coerciva no 
aço especial para eletros-ímã.
Vanádio
Desoxidante. Aumenta a tenacidade e resistência dos aços. Forma 
carburetos duros. Afina o grão. Conserva a dureza dos aços em 
temperaturas elevadas. Evita o crescimento do grão. Aumenta a 
resistência à fadiga e a resistência ao choque.
c) Aços especiais
c.1) Aços Hadfield
O aço Hadfield é um material que quando deformado 
endurece bastante na zona deformada, endurecimento este 
causado pela precipitação da martensita. A martensita é uma 
microestrutura típica observada no aço quando é submetido ao 
tratamento térmico de têmpera. Tais características são obtidas 
a partir da adição do manganês na proporção de 11 a 14% 
e carbono estando entre 1,1 e 1,4%. A adição do manganês 
neste teor dá ao aço a notável propriedade de ser, quando 
solubilizado, completamente austenítico, sendo então, muito 
resistente a choques.
Este aço é aplicado em mandíbulas de britadeiras e 
bolas de moinho.
c.2) Aços silício
São empregados quando são necessários materiais 
com boa permeabilidade magnética. Este fenômeno ocorre 
porque o material tem a sua resistência bastante elevada. São 
empregados em motores, alternadores, transformadores, etc. 
A composição desses aços varia dentro dos seguintes teores:
• C - 0,07
• Mn - 0,4
• Si - 2,4
c.3) Aços inoxidáveis
A expressão aço inoxidável, como é usualmente co-
nhecido, nos dá uma idéia de um material que não se destrói 
mesmo quando submetido a severas condições de trabalho. 
Na verdade este tipo de aço não é eterno e sim apresenta uma 
maior resistência à corrosão, quando submetido a um determi-
nado meio ou agente agressivo. Apresenta também uma maior 
resistência à oxidação a altas temperaturas em relação a ou-
tras classes de aços, quando, neste caso em particular, recebe 
a denominação de aço refratário.
A resistência à oxidação e à corrosão do aço inoxidável 
se deve principalmente à presença do cromo, que a partir de 
25
molas, eixos e hélices de bombas, hastes de válvulas, parafu-
sos, porcas, etc.
O tipo 420F possui carbono entre 0,30 e 0,40% e nos 
tipos 440A, 440B e 440C, o teor de carbono é mais elevado, 
mínimo de 0,60% no tipo 440A e máximo 1,20% no tipo 440C. 
O teor de cromo varia de 12,0 a 18,0%. São denominados “tipo 
cutelaria” e empregados em cutelaria, instrumentos cirúrgicos, 
molas, mancais antifricção, etc.
Os aços inoxidáveis ferríticos após o resfriamento rá-
pido de alta temperatura mostram uma estrutura macia e te-
naz, altamente homogênea. Contém de 16 a 30% de Cromo. 
Não podem ser endurecidos por tratamento térmico e são ba-
sicamente usados nas condições de recozido. Possuem uma 
maior usinabilidade e maior resistência à corrosão que os aços 
martensíticos devido ao maior teor de cromo. Possuem boas 
propriedades físicas e mecânicas e são efetivamente resisten-
tes à corrosão atmosférica e às soluções fortemente oxidantes, 
sendo ferromagnéticos.
As aplicações principais são aquelas que exigem boa 
resistência à corrosão, ótima aparência superficial e requisitos 
mecânicos moderados. Apresentam, tendência ao crescimento 
de grão após soldagem, particularmente para seções de gran-
de espessura, experimentando certas formas de fragilidade.
A designação AISI indica como tipos principais: 405, 
406, 430, 430F, 442, 443 e 446. São aplicados em equipa-
mentos para a indústria química, em equipamentos para res-
taurantes e cozinhas, peças de fornos e em componentes ar-
quitetônicos ou decorativos. Podem ser aplicados também em 
queimadores e radiadores devido à sua resistência à corrosão 
em altas temperaturas.
Os aços inoxidáveis austeníticos são obtidos a partir da 
introdução do níquel como elemento de liga, que proporciona 
uma alteração na sua estrutura capaz de elevar a sua resis-
tência mecânica e tenacidade. Este aço apresenta excelente 
resistência à corrosão em muitos meios agressivos. Outros 
elementos como molibdênio, titânio e nióbio, se adicionados 
podem melhorar sua resistência à corrosão.
Dos três grupos, estes aços são os que apresentam 
maior resistência à corrosão. Eles combinam baixo limite de 
escoamento com alta resistência à tração e bom alongamento, 
oferecendo as melhores propriedades para trabalho a frio.
Não podem ser endurecidos por tratamento térmico, 
mas suas resistências à tração e dureza podem ser aumenta-
das por encruamento, não sendo ferromagnéticos.
Possuem uma ampla faixa de propriedades mecânicas, 
oferecendo boa ductilidade e resistência a altas e/ou baixíssi-
mas temperaturas, além de boa usinabilidade e soldabilidade.
Os tipos AISI mais comuns são designados pelos nú-
meros 301, 302, 302B, 303, 304, 308, 309, 309S, 310, 316, 
317, 321 e 347. As aplicações desses aços inoxidáveis são 
as seguintes: peças decorativas, utensílios domésticos, peças 
estruturais, componentes para a indústria química, naval, ali-
mentícia, de papel e inclusive componentes que devam estar 
sujeitos a temperaturas elevadas, como peças de estufas e 
fornos, devido à boa resistência à oxidação que apresentam.
c.4) Aços Rápidos
Os aços rápidos são aqueles que, depois de endure-
cidos por tratamento térmico, mantém a dureza mesmo em 
temperaturas mais elevadas do que a temperatura de início de 
amolecimento dos aços comuns.
Apresenta como elementos de liga o vanádio, tungstê-
nio e cromo. Um aumento extraordinário de eficiência dos aços 
rápidos foi conseguido pela adição do cobalto. A adição de 
5% de cobalto ao aço com 18% de tungstênio faz aumentar a 
eficiência em 100%. Com o aço rápido com cobalto