3 - TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS - VOL 1

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SÉRIE METALMECÂNICA - METALURGIA
TRATAMENTO 
TÉRMICO DOS 
METAIS
VOLUME 1
SÉRIE METALMECÂNICA - METALURGIA
TRATAMENTO 
TÉRMICO DOS 
METAIS
VOLUME 1
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI
Robson Braga de Andrade
Presidente
Diretoria de Educação e Tecnologia - DIRET
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educação e Tecnologia
Júlio Sérgio de Maya Pedrosa Moreira
Diretor Adjunto de Educação e Tecnologia
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial - SENAI
Robson Braga de Andrade
Presidente do Conselho Nacional
SENAI – Departamento Nacional
Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor Geral
Júlio Sérgio de Maya Pedrosa Moreira
Diretor Adjunto
Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operações
SÉRIE METALMECÂNICA - METALURGIA
TRATAMENTO 
TÉRMICO DOS 
METAIS
VOLUME 1
SENAI
Serviço Nacional de 
Aprendizagem Industrial
Departamento Nacional
Sede
Setor Bancário Norte . Quadra 1 . Bloco C . Edifício Roberto 
Simonsen . 70040-903 . Brasília - DF . tel.: (0xx61) 3317-9001
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© 2016. SENAI - Departamento Regional de Minas Gerais
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SENAI Departamento Regional de Minas Gerais
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FICHA CATALOGRÁFICA
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Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional.
Tratamento térmico dos metais: volume 1 / Serviço Nacional de 
Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional, Serviço Nacional de 
Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de Minas Gerais. Brasília: 
SENAI/DN, 2016. 
188 p. il. (Série Metalurgia)
Inclui referências.
ISBN 978 85 505 0109 3
1. Tratamento térmico - Metais. 2. Tratamento térmico - Metalurgia. I. 
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de 
Minas Gerais. II Título. III. Série.
 CDU: 621.78
Lista de ilustrações
Figura 1 - Estrutura Cristalina de um metal ............................................................................................................26
Figura 2 - Estruturas Cristalinas Bravais ....................................................................................................................27
Figura 3 - Estrutura Cúbica de Corpo Centrado ....................................................................................................28
Figura 4 - Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada (CFC) ........................................................................28
Figura 5 - Estrutura Hexagonal Compacta (HC) ....................................................................................................29
Figura 6 - Coordenação atômica de uma estrutura HC ......................................................................................30
Figura 7 - Polimorfismo do Ferro ................................................................................................................................31
Figura 8 - Processo de solidificação de um sólido policristalino .....................................................................32
Figura 9 - Sólido Cristalino e Sólido Amorfo: a) Sólido amorfo constituído por sílica (SiO2) 
e b) Sólido cristalino constituído de sílica ...........................................................................................32
Figura 10 - Interstício na rede Cristalina ..................................................................................................................33
Figura 11 - Soluções Sólidas: a) Substitucional e b) Intersticial .......................................................................34
Figura 12 - Sistema bifásico água e sal, temperatura ambiente .....................................................................34
Figura 13 - Sistema monofásico, solução água e sal, alta temperatura ........................................................35
Figura 14 - Sistema Isomorfo de Cobre e Níquel ..................................................................................................36
Figura 15 - Região bifásica do diagrama de fase Ni-Cu ......................................................................................37
Figura 16 - Representação esquemática do desenvolvimento da microestrutura 
de uma liga de Cu-Ni em condições de equilíbrio ........................................................................39
Figura 17 - Desenvolvimento da microestrutura de uma liga de CU-Ni 
em condições fora do equilíbrio ..........................................................................................................39
Figura 18 - Diagrama Binário de Cu-Ag ....................................................................................................................40
Figura 19 - Diagrama de Fases Cu-Zn .......................................................................................................................41
Figura 20 - Diagrama Ferro – Carbono .....................................................................................................................43
Figura 21 - Microestrutura Ferritica. Ataque Nital 2%. Aumento de 400x ...................................................44
Figura 22 - Resfriamento de uma Liga Eutetoide a Partir do Campo Austenítico ....................................46
Figura 23 - Formação esquemática da formação da perlita .............................................................................47
Figura 24 - Microestrutura Perlítica. Aumento de 2000x ...................................................................................47
Figura 25 - Resfriamento de uma Liga Hipoeutetoide .......................................................................................48
Figura 26 - Microestrutura Composta por Ferrita Proeutetoide e Perlita. ...................................................49
Figura 27 - Representação Esquemática da Transformação de uma Liga Hipoeutetoide .....................49
Figura 28 - Representação de uma Microestrutura de um aço hipereutetoide ........................................50
Figura 29 - Microestrutura de um ferro fundido branco hipoeutético .........................................................51
Figura 30 - Representação esquemática das transformações que ocorrem 
em Ferro Fundido Branco .......................................................................................................................52
Figura 31 - Influência dos elementos de liga na austenita. a) Manganês e b) Cromo.............................54
Figura 32 - Influência dos elementos de liga: a) na Temperataura e b) composição eutetoide ..........54
Figura 33 - Desenho esquemático de uma discordância ..................................................................................55
Figura 34 - Movimentação das discordâncias .......................................................................................................56
Figura 35 - Desenho Esquemático de Contorno de Grão ..................................................................................56
Figura 36 - Movimentação da discordância dentro do grão ............................................................................57
Figura 37 - Interação das discordâncias com átomos de soluto: a) átomo hospedeiro maior que o 
átomo do soluto e b) átomo hospedeiro menor que o átomo de soluto .............................57
Figura 38 - Efeito de elementos de ligano limite de escorregamento de ligas de cobre......................58
Figura 39 - Influência do trabalho a frio nas propriedade mecânicas de um aço baixo carbono ......59
Figura 40 - Métodos de obter melhor resistência mecânica por meio do endurecimento 
por precipitação .........................................................................................................................................60
Figura 41 - Macrografia de uma junta soldada com corte transversal .........................................................67
Figura 42 - Desenho esquemático de dois cortes longitudinais diferentes em barras cilíndricas .....67
Figura 43 - Policorte: a) equipamento e b) disco de corte ................................................................................68
Figura 44 - Politriz/Lixadeira ........................................................................................................................................69
Figura 45 - Limpeza Ultrassônica: Aparelhagem de Ultrassom 
para Limpeza de Corpos de Prova Metalográficos ........................................................................71
Figura 46 - Desenho Esquemático da Mudança de Direção da Amostra ....................................................72
Figura 47 - Amostras lixadas: aspecto do acabamento da superfície lixada 
nos papéis abrasivos de 240, 400 e 600 Mesh, respectivamente. Aumento: 100 X ...........72
Figura 48 - Sílica Coloidal ..............................................................................................................................................73
Figura 49 - Solução de Alumina ..................................................................................................................................73
Figura 50 - Panos para Polimento ..............................................................................................................................74
Figura 51 - Caudas de cometa. Defeito característico dos polimentos mecânicos ..................................75
Figura 52 - Desenho esquemático do processo de embutimento a frio .....................................................76
Figura 53 - a) Desenho esquemático do processo de embutimento a quente e b) Equipamento ....76
Figura 54 - Ranhura em imagem microscópica ....................................................................................................77
Figura 55 - Maneira correta de secar o corpo de prova ......................................................................................79
Figura 56 - Ilustração esquemática dos modos de iluminação em microscópio ......................................82
Figura 57 - Micrografias de alguns produtos siderúrgicos ................................................................................83
Figura 58 - Seção transversal de uma barra quadrada: a) sem ataque e 
b) com ataque com reativo de iodo ....................................................................................................84
Figura 59 - Macrografia de junta soldada: a) antes do repolimento e b) depois do repolimento ......85
Figura 60 - Cabeçalho do Relatório de Metalografia ...........................................................................................86
Figura 61 - Desenho esquemático da seção transversal do trilho .................................................................86
Figura 62 - Desgaste prematuro na superfície do trilho mediante 
o contato com as rodas do trem ..........................................................................................................87
Figura 63 - Seção transversal do trilho atacada com reativo de iodo ...........................................................87
Figura 64 - Formação de um embrião ......................................................................................................................93
Figura 65 - Nucleação a partir dos contornos de grão .......................................................................................94
Figura 66 - Gotículas de água surgindo na superfície de um copo gelado ................................................94
Figura 67 - Curva de reação isotérmica de transformação da austenita 
em perlita de um aço eutetoide mantido a 675 °C........................................................................96
Figura 68 - Representação esquemática do diagrama TTT de um aço eutetoide ....................................96
Figura 69 - Diagrama de transformação isotérmica para um aço hipoeutetoide ....................................97
Figura 70 - Curva TTT de um aço hipereutetoide .................................................................................................98
Figura 71 - Diagrama de resfriamento contínuo para um aço eutetoide ....................................................99
Figura 72 - Representação esquemática de curvas de resfriamento em um 
diagrama TRC de um aço eutetoide....................................................................................................99
Figura 73 - Curvas TTT dos aços baixa liga: a) AISI 5140 e b) AISI 4340 ..................................................... 101
Figura 74 - Influência do cromo e do carbono na temperatura de início 
de formação da martensita, (Mi) ....................................................................................................... 102
Figura 75 - Curva TTT do aço SAE 1050 ................................................................................................................. 104
Figura 76 - Meios e Severidade do Resfriamento .............................................................................................. 109
Figura 77 - Curva TRC para recozimento pleno .................................................................................................. 110
Figura 78 - Curva TTT para recozimento isotérmico ........................................................................................ 111
Figura 79 - Ciclo Térmico do tratamento de esferoidização. A) Tratamento subcrítico, 
B) Tratamento alternado e C) Tratamento acima de A1 ............................................................ 112
Figura 80 - Influência do tempo de tratamento no processo de esferoidização a 625 °C .................. 113
Figura 81 - Normalização de um aço eutetoide ................................................................................................. 113
Figura 82 - Faixa de aquecimento dos tratamentos térmicos de recozimento, 
normalização e esferoidização........................................................................................................... 115
Figura 83 - Curva TRC de um aço eutetoide em um tratamento de têmpera ......................................... 116
Figura 84 - Estrutura cristalina da martensita ..................................................................................................... 117
Figura 85 - Influência do teor de carbono na temperatura Ms e na morfologia da martensita ....... 118
Figura 86 - Microestrutura martensítica de um aço baixa liga ..................................................................... 118
Figura 87 - Desenho esquemático de um Ensaio Jominy............................................................................... 121
Figura 88 - Gráfico de dureza x distância da extremidade para Ensaio Jominy ..................................... 121
Figura 89 - Comparação entre duas curvas de temperabilidade ................................................................ 121
Figura 90 - Aço SAE 4340 temperado a 870°C e revenido: a) 200°C b) 500°C. Aumento de 400X. .. 122
Figura 91 - Espiras para aquecimento indutivo ................................................................................................. 123
Figura 92 - Têmpera superficial ................................................................................................................................ 124
Figura 93 - Têmpera por chama ...............................................................................................................................125
Figura 94 - Ensaio de dureza Rockwell .................................................................................................................. 128
Figura 95 - Desenho esquemático da Dureza Brinell ....................................................................................... 129
Figura 96 - Desenho esquemático da dureza Vickers ...................................................................................... 130
Figura 97 - Curva TTT para processo de tratamento térmico de martêmpera ....................................... 136
Figura 98 - Curva TTT de um aço eutetoide ........................................................................................................ 138
Figura 99 - Desenho esquemático da bainita superior. 
As partículas pretas representam a cementita ............................................................................ 139
Figura 100 - Desenho esquemático da microestrutura bainita inferior. 
As partículas pretas representam a cementita .......................................................................... 139
Figura 101 - Desenho esquemático do diagrama de transformação para austêmpera ...................... 140
Figura 102 - Profundidade de cementação ......................................................................................................... 148
Figura 103 - Cementação líquida em barras de aço 1020, em diferentes temperaturas de banho 152
Figura 104 - Efeito do tempo de nitretação a gás sobre a espessura da camada endurecida .......... 154
Figura 105 - Profundidade de Nitretação pelo Tempo de Tratamento ...................................................... 155
Figura 106 - Dureza por penetração de endurecimento de aços carbonitretados ............................... 158
Figura 107 - Perfil de dureza do aço ABNT D2 boretado pela distância da superfície ......................... 159
Figura 108 - Taxa dedesgaste de aços D2 beneficiados e de aços D2 boretados .................................. 160
Figura 109 - Diagrama de equilíbrio A-B. Processo de solubilização ......................................................... 164
Figura 110 - Tratamento de solubilização e recozimento .............................................................................. 165
Figura 111 - Tratamento térmico de precipitação ............................................................................................. 166
Figura 112 - Evolução dos precipitados de acordo com o tempo de tratamento ................................. 167
Figura 113 - Diagrama de equilíbrio Al-Cu .......................................................................................................... 168
Figura 114 - Diagrama pseudobinário da liga Al- Mg2Si ................................................................................. 169
Figura 115 - Fotomicrografias de uma liga de Al-Mg-Si: a) Envelhecida e b) Superenvelhecida ..... 170
Quadro 1 - Composição dos reativos utilizados em macrografia ....................................................................79
Quadro 2 - Composição dos reativos utilizados em ensaios micrográficos .................................................80
Quadro 3 - Vantagens e desvantagens de grãos austeníticos grosseiros .................................................. 102
Quadro 4 - Vantagens de desvantagens dos meios de resfriamentos da martêmpera ........................ 137
Tabela 1 - Temperatura de normalização para aços carbono ......................................................................... 114
Tabela 2 - Comparação entre as propriedades de aços normalizados e recozidos ................................ 114
Tabela 3 - Severidade de resfriamento ................................................................................................................... 119
Tabela 4 - Influência da frequência na profundidade de têmpera 
(Densidade de potência de 1500 W/cm2) .......................................................................................... 124
Tabela 5 - Escala de dureza Rockwell ...................................................................................................................... 127
Tabela 6 - Escala de dureza Rockwell Superficial ................................................................................................ 128
Tabela 7 - Propriedade mecânica do aço SAE 1095 submetido a tratamentos térmicos distintos .. 141
Tabela 8 - Composição química de banhos de sal ............................................................................................. 151
Tabela 9 - Misturas empregadas em banhos de sal para cianetação .......................................................... 156
Tabela 10 - Efeito da temperatura de solubilização nas 
propriedades mecânicas da liga 6061-T6 após o envelhecimento ........................................ 170
Tabela 11 - Recozimento de ligas de cobre ........................................................................................................... 172
Sumário
1 Introdução ........................................................................................................................................................................15
2 Introdução a Tratamentos Térmicos ........................................................................................................................19
3 Correlação entre microestrutura dos metais e suas propriedades mecânicas ........................................25
3.1 Estrutura cristalina dos metais ...............................................................................................................26
3.2 Transformações de fases ..........................................................................................................................33
3.3 Tamanho de grão ........................................................................................................................................53
3.4 Dureza .............................................................................................................................................................53
3.5 Efeito dos elementos de liga nas propriedades mecânicas dos metais ..................................53
3.6 Mecanismos de endurecimento ............................................................................................................55
4 Prática metalográfica ....................................................................................................................................................65
4.1 Preparação de amostras ...........................................................................................................................66
4.2 Manipulação de reagentes ......................................................................................................................77
4.3 Considerações finais sobre micrografia ..............................................................................................81
4.4 Macrografia ...................................................................................................................................................84
4.5 Relatório de análise metalográfica .......................................................................................................85
5 Curvas TTT ........................................................................................................................................................................91
5.1 Curvas de transformação .........................................................................................................................92
6 Tratamento térmico dos aços ................................................................................................................................. 107
6.1 Recozimento .............................................................................................................................................. 109
6.1.1 Pleno ...........................................................................................................................................110
6.1.2 Isotérmico ................................................................................................................................. 111
6.1.3 Subcrítico ou para alívio de tensões ............................................................................... 111
6.2 Tratamento térmico de esferoidização ou coalescimento ........................................................ 112
6.3 Tratamento térmico de normalização .............................................................................................. 113
6.4 Tratamento térmico de têmpera ........................................................................................................ 115
6.4.1 Formação da martensita ..................................................................................................... 116
6.4.2 Ensaio de temperabilidade Jominy ................................................................................. 120
6.5 Revenimento ............................................................................................................................................. 122
6.6 Têmpera Superficial ................................................................................................................................. 123
6.6.1 Têmpera superficial por indução ...................................................................................... 123
6.6.2 Têmpera superficial por chama ........................................................................................ 125
6.6.3 Revenimento pós-têmpera superficial ........................................................................... 126
6.7 Ensaios de dureza .................................................................................................................................... 126
7 Tratamentos Isotérmicos .......................................................................................................................................... 135
7.1 Martêmpera ............................................................................................................................................... 136
7.2 Austêmpera ................................................................................................................................................ 137
8 Tratamento Termoquímicos .................................................................................................................................... 145
8.1 Introdução .................................................................................................................................................. 146
8.2 Cementação ............................................................................................................................................... 147
8.2.1 Cementação sólida ................................................................................................................ 148
8.2.2 Cementação gasosa .............................................................................................................. 150
8.2.3 Cementação líquida .............................................................................................................. 151
8.3 Nitretação ................................................................................................................................................... 153
8.3.1 Nitretação a gás ..................................................................................................................... 153
8.3.2 Nitretação líquida .................................................................................................................. 155
8.4 Cianetação .................................................................................................................................................. 156
8.5 Carbonitretação ........................................................................................................................................ 157
8.6 Boretação .................................................................................................................................................... 158
9 Tratamento térmico dos metais não ferrosos ................................................................................................... 163
9.1 Solubilização .............................................................................................................................................. 164
9.2 Precipitação ou envelhecimento........................................................................................................ 165
9.2.1 Tratamento térmico das ligas de alumínio ................................................................... 167
9.2.2 Tratamento térmico das ligas de cobre .......................................................................... 171
9.2.3 Tratamento térmico das ligas de magnésio ................................................................. 173
9.2.4 Tratamento térmico das ligas de níquel ........................................................................ 174
9.2.5 Tratamento térmicos de outras ligas não ferrosas ..................................................... 175
Referências ........................................................................................................................................................................ 179
Minicurrículo do autor .................................................................................................................................................. 185
1
Introdução
Prezado aluno,
Bem-vindo à Unidade Curricular de Tratamento Térmico dos Metais. Nesses dois volumes, 
você terá a oportunidade de conhecer ou aprimorar seus conceitos sobre essa importante área 
da metalurgia.
Veremos que os tratamentos térmicos são amplamente empregados nas indústrias do setor 
metalúrgico, com a finalidade de ajustar as propriedades mecânicas das ligas metálicas, tais 
como as dos aços, ligas de alumínio, ligas de cobre, ferro fundido, entre outras, para diversas 
aplicações.
Neste primeiro volume iremos conhecer os principais tratamentos térmicos das ligas ferro-
sas (aços e ferros fundidos) e das ligas não ferrosas (ligas de alumínio, de cobre, de níquel, etc.). 
Os processos de tratamentos termoquímicos destinados a aços baixos carbono também serão 
estudados, assim como as maneiras corretas de administrar essas atividades.
Você aprenderá que, para as ligas de ferro, os tratamentos térmicos mais utilizados são: o 
recozimento, a normalização, o coalescimento, a têmpera e o revenimento, além dos tratamen-
tos isotérmicos como a martêmpera e a austêmpera. Cada um desses tratamentos é aplicado 
em situações distintas.
Os tratamentos de têmpera e de martêmpera, por exemplo, são utilizados para aumentar a 
dureza e a resistência mecânica. Já os tratamentos de recozimento e de normalização podem 
elevar a tenacidade e a ductilidade do material.
Conheceremos alguns fatores que influenciam as alterações das propriedades mecânicas 
das ligas metálicas mediante as práticas de tratamentos térmicos, que são as mudanças de 
fases, o tamanho de grão, a estrutura cristalina e os elementos de liga presentes no material.
Aprenderemos que, em ligas não ferrosas, os tratamentos térmicos têm funções similares às 
encontradas nos tratamentos dos aços. Os principais tratamentos térmicos empregados nessas 
ligas são o recozimento, a homogeneização, a solubilização e a precipitação. Essa última é a 
mais importante deles, por elevar consideravelmente a resistência mecânica e a dureza dessas 
ligas.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS16
Em relação aos tratamentos termoquímicos, esses são dirigidos a aços com baixo teor de carbono com 
o intuito de aumentar a dureza superficial do metal, mantendo seu núcleo dúctil e tenaz. Os principais 
tratamentos termoquímicos aplicados na indústria são a cementação, a nitretação, a carbonitretação, a 
cianetação e a boretação.
Então, não perca tempo e comeceos seus estudo pelos tratamento térmicos dos metais.
2
Introdução a Tratamentos Térmicos
Prezado aluno,
Estamos começando o segundo capítulo do livro, que introduz de forma sucinta os trata-
mentos térmicos das ligas metálicas. Tais ligas são aplicadas em vários setores da engenharia 
e da indústria.
Apesar da importância de certas propriedades dos metais, como a resistência à corrosão, 
a resistência ao calor, as propriedades elétricas e magnéticas, de modo geral, as propriedades 
mecânicas, ou seja, a capacidade de sofrer esforços em trabalho, são as principais característi-
cas dos metais.
Mas existe alguma maneira de alterar as propriedades mecânicas dos metais?
Sim, os tratamentos térmicos tem a capacidade de ajustar as propriedades mecânicas das 
ligas ferrosas. Por meio dessa prática, é possível obter propriedades mecânicas diferentes em 
peças com a mesma composição química.
A prática de tratamentos térmicos para ligas ferrosas pode ser dividida, de forma simplória, 
em recozimento, normalização, têmpera e revenimento.
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TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS20
Tratamentos Térmicos das Ligas Ferrosas
Como você já sabe, as ligas ferrosas são divididas em aços e ferros fundidos. Os aços carbono são ligas 
formadas por ferro e carbono, com teor máximo de carbono de 2,14%. Já os ferros fundidos também são 
constituídos de ferro e carbono, contudo, com teor mínimo de carbono acima de 2,14%.
Saiba mais sobre as ligas ferro carbono lendo o seguinte livro: CALLISTER, William D.
Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 7ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
 SAIBA 
 MAIS
Mas como acontece o tratamento térmico das ligas ferrosas?
Os tratamentos térmicos de ligas ferrosas consistem em aquecer o material a certa temperatura por um 
determinado tempo, no qual chamamos de tempo de encharque e, posteriormente, o material é resfriado 
de forma controlada, dependendo do tipo de tratamento térmico e das propriedades mecânicas que se 
queira alcançar.
Tais tratamentos são baseados em alguns fatores críticos como aquecimento, tempo de permanência, 
ou tempo de encharque, resfriamento e atmosfera do forno. O controle desses fatores é de extrema impor-
tância para garantir peças tratadas com mínimos defeitos.
Tanto o aquecimento quanto o resfriamento devem ser controlados para eliminar ou minimizar os em-
penamentos1 e trincas. O tempo de encharque pode influenciar, como será visto no capítulo 6, no cresci-
mento de grão da estrutura, assim como nas taxas de distorções e trincas. E, por fim, a atmosfera do forno 
é necessária para impedir a oxidação e a descarbonetação2, fenômenos que ocorrem quando a atmosfera 
do forno tem, respectivamente, alto teor de oxigênio ou de dióxido de carbono.
Os tratamentos térmicos clássicos das ligas constituídas de ferro e carbono são o recozimento, a norma-
lização, a têmpera e o revenimento. O recozimento objetiva reduzir a dureza do material, além de aumen-
tar a ductilidade dele. Este processo consiste, basicamente, em aquecimento do material, seguido de um 
resfriamento lento, geralmente, dentro do forno. Esses tratamentos térmicos são bastante empregados em 
peças que sofrerão tratamento mecânico posterior, como as de usinagem e as de conformação mecânica.
A normalização é utilizada para aumentar a resistência mecânica e a tenacidade dos aços e ferros fun-
didos. O processo se constitui no aquecimento da peça a temperaturas elevadas, com um posterior resfria-
mento ao ar calmo.
A têmpera é o tratamento térmico de maior importância industrial cuja finalidade é aumentar a dureza 
e a resistência mecânica do material. O tratamento consiste em aquecer o material a altas temperaturas, 
seguido de resfriamento brusco, podendo ser em água, óleo, salmoura, etc. Cuidados especiais devem ser 
tomados nessa prática para garantir melhores controles das distorções e das trincas, que estão presentes 
nesse processo.
1 Empenamento: um dos tipos de distorção que promovem variação das dimensões ou de outras características estruturais da peça.
2 Descarbonetação: refere-se à perda de carbono pela superfície do metal mediante os tratamentos térmicos e termoquímicos.
2 INTRODUÇÃO A TRATAMENTOS TÉRMICOS 21
A alta dureza resultante do processo de têmpera está aliada à baixa capacidade do material em absorver 
energia, o que é um problema para as peças temperadas. Para minimizar tal problema, realiza-se a técnica 
de revenimento, que é um tratamento térmico que consiste em aquecer o material a baixas temperaturas, 
com o objetivo de devolver a tenacidade às peças temperadas.
 FIQUE 
 ALERTA
Os profissionais de indústrias de tratamentos térmicos trabalham em ambientes com 
elevadas temperaturas. Por esse motivo eles devem utilizar os EPIs apropriados a essas 
atividades. 
Para mais conhecimento das práticas de tratamento térmico dos aços carbono, veremos o capítulo 6, 
em que estudaremos “Tratamento Térmico dos Aços”.
Tratamentos Térmicos das Ligas não Ferrosas
Já é do seu conhecimento que as ligas não ferrosas são aquelas em que o Fe (ferro) não é o principal ele-
mento da liga. Podem ser formadas à base de cobre, alumínio, titânio, zircônio, manganês, níquel, estanho, 
etc. Os tratamentos térmicos de algumas ligas não ferrosas são essenciais para melhorar as propriedades 
mecânicas e para expandir o campo de aplicações delas.
Vejamos como ocorre o tratamento térmico das ligas não ferrosas.
Em geral, os tratamentos térmicos das ligas não ferrosas são classificados como: recozimento, homo-
geneização, alívio de tensões, solubilização e precipitação, sendo os dois últimos os mais relevantes para 
aumentar a resistência mecânica e a dureza do material.
De maneira similar ao aço, o recozimento é empregado em ligas não ferrosas para produzir peças de 
baixa resistência mecânica e de boa ductilidade. Já o tratamento de alívio de tensões é utilizado para mini-
mizar as tensões internas que podem estar presentes no material.
O processo de homogeneização, que se utiliza de altas temperaturas por longos períodos de tempo, 
diminui as segregações químicas ou metalúrgicas do material por meio do mecanismo de difusão. Em ligas 
de cobre, por exemplo, essa técnica é aplicada para aumentar a tenacidade, a ductilidade e a dureza de 
peças fundidas e de peças trabalhadas por laminação, a quente ou a frio.
O tratamento térmico de solubilização consiste em aquecer o metal não ferroso a uma temperatura 
elevada, que é mantida por algum tempo, de modo a propiciar a difusão3 de certos elementos na matriz 
da liga. Após o aquecimento, o material é resfriado de forma brusca a fim de resultar em um material dúctil 
com boa resistência mecânica, se comparada com metal não ferroso no seu estado bruto de fundição.
3 Difusão: é o fluxo de quaisquer espécies químicas, como íons, átomos, elétrons ou lacunas, no qual o fenômeno de transporte 
de massa (matéria) ocorre por movimentação atômica (no caso de metais), de cátions e ânions (no caso de cerâmicas iônicas) e de 
macromoléculas (no caso de polímeros).
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS22
O tratamento térmico de precipitação é uma etapa posterior ao tratamento de solubilização, em que 
uma liga solubilizada é aquecida a baixas temperaturas e, após determinado tempo, resfriada rapidamen-
te. O produto desse tratamento é uma liga de alta dureza e de alta resistência mecânica.
Os tratamentos térmicos das ligas não ferrosas serão estudados no capítulo Tratamentos Térmicos dos 
Metais não Ferrosos.
A aplicação de ligas de alumínio vem crescendo nos últimos anos na indústria 
automobilística. No ano de 1975, para a fabricação de um carro eram utilizados 35 quilos 
de ligas de alumínio, já no ano de 2012, cada carro contém aproximadamente 155 quilos 
dessa liga metálica. 
Fonte: revista Industrial Heating por DONOFRIO, Tim, em março de 2013.
 CURIOSI 
 DADES
 CASOS E RELATOS
Produção de Eixos de Transmissão de Alta Dureza
Cilindros de aços SAE 4140 fornecidos com alta dureza no estadotemperado e revenido, com 
diâmetro de 100 mm e 300 mm de comprimento, eram usinados para a fabricação de eixos de 
transmissão. Contudo, no processo havia um consumo exagerado das ferramentas de corte 
utilizadas nos processos de usinagem.
Para solucionar o problema foi enviado Bernardo, profissional de metalurgia da empresa MS-Ligas 
Especiais Ltda., que sugeriu que os cilindros fossem fornecidos, inicialmente, no estado recozido, a 
fim de facilitar o processo de usinagem com a redução da dureza do material. Portanto, o processo de 
usinagem deveria ser executado em duas etapas: primeiramente, com material no estado recozido, 
seria realizada uma pré-usinagem, deixando as peças com um sobremetal de camada mínima, que 
seria removida somente ao final do processo de fabricação, após o material ter sido submetido ao 
processo de beneficiamento, têmpera e revenimento, para ajuste da alta dureza especificada.
Posteriormente, a pré-usinagem do material seria executada no estado recozido. As peças seriam 
beneficiadas a fim de garantir a alta dureza, propriedade necessária aos eixos que estarão sujeitos 
ao desgaste por atrito ou abrasão quando colocados em uso.
2 INTRODUÇÃO A TRATAMENTOS TÉRMICOS 23
Apesar de a usinagem de acabamento, retífica do material, ser realizada com alta dureza, as 
reduções no consumo das ferramentas de corte e no tempo de usinagem foram muito signifi-
cativas, pois a sobre-espessura da camada dura de material, a ser removida ao final do processo, 
era mínima. Mesmo com a despesa adicional de logística do material, a otimização do processo, 
proposta por Bernardo, reduziu drasticamente o preço do produto final, haja vista que o consumo 
das ferramentas de corte e o tempo total gasto na usinagem das peças são muito impactantes no 
custo do produto acabado.
 RECAPITULANDO
Neste capítulo, você aprendeu que o tratamento térmico consiste no aquecimento e 
resfriamento de peças metálicas visando à adequação das propriedades mecânicas. Viu que 
os principais fatores que influenciam nessa prática são a temperatura de aquecimento, o 
tempo de permanência na temperatura programada, a velocidade de resfriamento e a 
atmosfera do forno.
Vimos que tratamentos térmicos das ligas ferrosas, aços e ferros fundidos têm importância 
fundamental para viabilização de um determinado serviço. Em situações em que se necessita 
de baixa resistência mecânica, o tratamento térmico recomendado é o recozimento. 
Em casos na qual se objetiva alta resistência ao desgaste, por exemplo, o tratamento térmico 
indicado é o de têmpera seguido de revenimento.
Você estudou também que o emprego dos tratamentos térmicos não é particularidade 
das ligas constituídas à base de ferro. Em ligas não ferrosas, essa prática é de extrema 
valia para adequar as propriedades mecânicas e expandir suas aplicações em setores que 
anteriormente eram exclusivos para os aços. Os tratamentos térmicos das ligas não ferrosas 
com maior importância comercial são os tratamentos de solubilização e de precipitação.
3
Correlação entre Microestrutura dos 
Metais e suas Propriedades Mecânicas
Prezado aluno,
Sabemos que todo componente metálico é constituído por átomos. Estes se organizam for-
mando as ligações químicas metálicas presentes no metal. Você já deve ter reparado uma va-
riedade de objetos de seu cotidiano, sendo eles simples ou complexos, formados por materiais 
metálicos, certo? Vejamos alguns exemplos:
• Simples: cadeira (aço-carbono), janela (aço-carbono), mesas (aço-carbono e aço inoxidá-
vel), torneiras (aço-carbono, ligas de alumínio e aços inoxidáveis), fios para condução de 
corrente elétrica (cobre), tubos de esgoto (ferro fundido, aço-carbono, etc.), panelas (aço 
inoxidáveis, alumínio e aço-carbono), talheres (aços inoxidáveis), entre outros.
• Complexos: asas de avião (ligas de alumínio), materiais que suportam baixas tempera-
turas (tubos e chapas à base de níquel), materiais resistentes ao calor (ligas de níquel, 
aços baixa liga contendo cromo e molibdênio e aços inoxidáveis), vasos de pressão (aço-
-carbono, alumínio, aços baixa ligas), tanques resistentes à corrosão (aço inoxidável e ligas 
de alumínio), materiais resistentes ao desgaste (aços alto teor de manganês (hadfield), 
ferro fundido, aços tratados termoquimicamente ou termicamente), bloco de motor de 
automóveis (ferro fundido e alumínio), etc.
Algumas características não visíveis dos metais podem ser novidade para você, por exem-
plo, o que são estruturas cristalinas dos metais? Como essas estruturas influenciam as proprie-
dades mecânicas dos materiais? Quais outros fatores podem modificar as propriedades dos 
materiais? E o que são elementos de liga? 
Essas e outras perguntas serão respondidas no decorrer deste capítulo, quando será mos-
trado com clareza como um mesmo metal, mesma composição química, pode ter proprieda-
des físicas, químicas e mecânicas diferentes.
Vamos prosseguir!
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS26
3.1 ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS
Os materiais sólidos podem ser classificados de acordo com a organização de seus átomos. Metais cujos 
átomos se organizam em um sistema tridimensional de forma organizada e repetida a distâncias atômicas 
são denominados de sólidos cristalinos. Todos os metais, muitos materiais cerâmicos e certos materiais po-
liméricos apresentam estrutura cristalina em condições normais de solidificação. Materiais que não apre-
sentam seus átomos, íons ou moléculas de forma organizada e a longas distâncias são denominados de 
sólidos amorfos. 
Várias propriedades dos materiais são dependentes da sua estrutura cristalina, ou seja, da maneira 
como os átomos, íons e molécula se organizam espacialmente. Existem várias estruturas cristalinas que 
apresentam diversas ordenações atômicas distintas, as mais simples, em materiais metálicos, e as mais 
complexas, em materiais cerâmicos.
Para descrever as estruturas cristalinas, estudaremos o modelo atômico de esferas rígidas, que apresen-
tará os átomos, íons e moléculas, como mostrado na Figura 1.
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Figura 1 - Estrutura Cristalina de um metal
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
A ordem atômica em sólidos cristalinos indica que pequenos grupos de átomos formam um padrão 
repetitivo. Assim, para representar uma estrutura cristalina é conveniente dividir a estrutura nesses grupos 
de átomos organizados e repetitivos que definem a estrutura cristalina com relação à sua geometria, sen-
do chamados de células unitárias.
Na representação na Figura 1 (parte escura), as células unitárias podem ser observadas. Estas pequenas 
porções repetitivas da estrutura cristalina têm todas as características encontradas no cristal inteiro.
Ao todo, existem 7 sistemas cristalinos que podem ser subdivididos em 14 reticulados Bravais, confor-
me podemos observar na Figura 2. Contudo, estudaremos neste capítulo somente as estruturas cristalinas 
mais comuns nos materiais metálicos que são: cúbica de corpo centrado, cúbica de face centrada e hexa-
gonal compacta.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 27
Os cristais cúbicos têm três tipos de reticulado: o cúbico simples (CS), o cúbico de corpo centrado (CCC) 
e o cúbico de face centrada (CFC), sendo que os dois últimos reticulados estão presente na maioria dos 
metais.
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c
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a
a
b
b
b
romboédrico
hexagonal
triclinico
cúbica de 
face centrada
cúbica de corpo
 centrado
tetragonal de
corpo centrado
tetragonal 
simples
ortorrômbica
de face
centrada
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cúbica 
simples
ortorrômbica 
simples
ortorrômbica 
de face 
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ortorrômbica 
de corpo 
centrado
monoclínico 
simples
monoclínico 
de bases 
centradas
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Figura 2 - Estruturas Cristalinas Bravais
Fonte: Adaptado de VANVLACK, 2000.
Estrutura Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
A estrutura CCC é caracterizada por um átomo no centro da célula unitária e um átomo em cada vértice 
docubo, sendo encontrada em muitos metais, conforme Figura 3. Exemplos de alguns metais que apresen-
tam esse tipo de reticulado são: Cr (cromo), Fe (ferro) a baixas temperaturas, W (tungstênio), dentre outros.
A célula unitária da estrutura cúbica de corpo centrado está associada a 2 átomos, isso porque os áto-
mos do vértice participam de oito células unitárias (1/8 x 8 átomos de vértice = 1 átomo de vértice) e o 
átomo central participa somente de uma célula, totalizando 2 átomos.
• 1/8 célula unitária x 8 átomos de vértice 1 átomo de vértice;
• 1 átomo central (totalmente inserido no interior da célula);
• Total de 2 átomos na célula unitária Cúbica de Corpo Centrado (CCC).
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS28
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Figura 3 - Estrutura Cúbica de Corpo Centrado
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
Todas as células unitárias apresentam duas características principais: o número de coordenação e o 
fator de empacotamento. O número de coordenação é definido como o número de átomos mais próximos 
a um átomo referência, ou seja, o número de vizinhos mais próximos de um determinado átomo. Já o fator 
de empacotamento representa a relação entre o volume dos átomos de uma célula unitária e o volume 
total da célula unitária. A estrutura CCC apresenta um fator de empacotamento de 68% e um número de 
coordenação igual a 8.
Estrutura Cúbica de Face Centrada (CFC)
A Estrutura Cúbica de Face Centrada tem uma célula unitária cúbica contendo átomos em cada vértice 
do cubo e um átomo localizado no centro de cada uma das seis faces do cubo. Essa estrutura cristalina 
é encontrada em muitos metais, como Ni (níquel), Al (alumínio), Cu (cobre), γ (ferro gama), Au (ouro), Ag 
(prata), entre outros, conforme Figura 4. 
Nesse reticulado, cada átomo do vértice participa de oito células unitárias distintas, e o átomo de cada 
face do cubo é compartilhado com duas células unitárias. Sendo assim, estão associados a essa célula, 4 
átomos.
• 1/8 célula unitária x 8 átomos de vértice 1 átomo de vértice;
• ½ célula unitária x 6 átomos de face 3 átomos de face;
• Total de 4 átomos na célula unitária Cúbica de Face Centrada (CFC).
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Figura 4 - Estrutura Cristalina Cúbica de Face Centrada (CFC)
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 29
O número de coordenação e o fator de empacotamento dessa estrutura são, respectivamente, 12 e 
74%. Vale ressaltar que o fator de empacotamento atômico é o máximo empacotamento possível para 
esferas rígidas de mesmo diâmetro.
A densidade de um material com estrutura cristalina do tipo CFC é maior do que o material de mesma 
composição química quando sua estrutura cristalina é do tipo CCC, pois, como vimos há uma diferença 
entre o fator de empacotamento atômico das duas estruturas. 
Além disso, a estrutura cristalina CFC está presente na maioria das ligas metálicas utilizados para tra-
balhos a baixa temperatura (< -80°C) por apresentar vários planos de escorregamentos que promovem 
manutenção da tenacidade do metal a temperaturas criogênicas.
Estrutura Hexagonal Compacta (HC)
Nem todos os metais apresentam estruturas cúbicas, como: Ti (titânio), Zn (zinco), Cd (cádmio), Mg 
(magnésio). Esses metais são formados por uma estrutura bastante comum, denominada de hexagonal 
compacta. Nesse reticulado existe um plano central situado entre dois planos hexagonais: superior e in-
ferior. Cada plano hexagonal tem um átomo em cada vértice. Os átomos do vértice superior circundam 
um átomo situado no centro da face superior, e os átomos do vértice inferior circundam o átomo central 
da face inferior, conforme a Figura 5. O plano central tem três átomos inseridos totalmente no interior da 
célula.
Esta célula unitária está associada a 6 átomos, e cada átomo do vértice do hexágono é compartilhado 
com seis células distintas. O átomo situado no centro de cada face faz parte de duas células unitárias, e os 
três átomos centrais da célula hexagonal compacta participam somente de uma célula unitária.
• 2 planos hexagonais (bases superior e inferior) x 6 átomos de vértice x 1/6 célula unitária 2 átomos 
de vértice;
• 2 planos hexagonais (bases superior e inferior) x 1 átomo de face x ½ célula unitária 1 átomo de face;
• 3 átomos de centro (inseridos totalmente na célula unitária);
• Total de 6 átomos na célula unitária Hexagonal Compacta (HC).
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Figura 5 - Estrutura Hexagonal Compacta (HC)
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS30
Como encontrado na estrutura CFC, a estrutura HC tem número de coordenação igual a 12 e um fator 
de empacotamento igual a 74%. Contudo, esta estrutura não pode ser utilizada para trabalhos a baixas 
temperaturas. 
A Figura 6 mostra um desenho esquemático que facilita a identificação do número de coordenação 
do átomo de uma das faces da célula unitária da estrutura cristalina Hexagonal Compacta (12 átomos 
vizinhos). Observe que o átomo central do hexagono é ligado a 6 átomos ao seu redor, a 3 átomos na face 
superior e a 3 átomos na face inferior, totalizando 12 átomos de vizinhos mais próximos.
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Figura 6 - Coordenação atômica de uma estrutura HC
Fonte: Adaptado de VANVLACK, 2000.
Saiba mais sobre os planos de deslocamento e direções de deslocamentos lendo o 
livro: CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 7ª ed. 
Rio de Janeiro: LTC, 2008.
 SAIBA 
 MAIS
Polimorfismo ou Alotropia
Em alguns metais, e até mesmo em alguns não metais, podem ocorrer mais de uma estrutura cristalina 
para uma mesma composição de liga, dependendo da temperatura e pressão do sistema. Este fenômeno 
é conhecido como Alotropia ou Polimorfismo. Essa transformação geralmente acompanha mudanças na 
densidade e propriedades físicas do material.
Devido a sua grande aplicação na indústria, o ferro tem destaque como elemento polifórmico. Na tempe-
ratura ambiente, o ferro apresenta estrutura cristalina do tipo CCC (ferro α). Ao ultrapassar a temperatura de 
912 °C, no aquecimento, sua estrutura se transforma em CFC (ferro γ), permanecendo com essa estrutura até a 
temperatura de 1394 °C. Dessa temperatura até a temperatura de fusão (1539 °C), sua estrutura é novamente 
CCC (ferro δ).
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 31
É possível observar na Figura 7 a mudança polimórfica do ferro.
 
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Figura 7 - Polimorfismo do Ferro
Fonte: Adaptado de CARAM, 2000.
Materiais Cristalinos e não Cristalinos
Quando o arranjo organizado e periódico de um sólido cristalino é perfeito, não existem contornos de 
grão. Ao longo da totalidade do metal, este sólido é chamado de monocristal. Nesse tipo de material, todas 
as suas células unitárias se alinham, com orientação, em uma única direção.
Atualmente, um material extremamente importante em aplicações tecnológicas, em particular os 
microcircuitos eletrônicos e semicondutores, são monocristais, por exemplo, os monocristais de silício. 
Apesar de existir os monocristais, a maioria dos metais é constituída de um conjunto de muitos cristais, 
ou seja, vários átomos que se alinham em direções paralelas, já o conjunto de cristais são chamados de 
grãos, conforme a Figura 8. 
No processo de solidificação, inicialmente, são nucleados, simultaneamente, vários grãos em diversas 
posições, como mostra a Figura 8. Esses grãos crescem, com orientações cristalográficas aleatórias, até 
se esbarrarem com outros grãos. Essas interfaces criadas no encontro de dois grãos adjacentes são 
denominadas de contornos de grão (para saber mais confira o tópico 3.6). Os contornos de grãos são 
regiões em que existem átomos desordenados e desalinhados e são considerados como imperfeições de 
interface da rede cristalina
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS32Nucleação
Cristais/Grãos
RESFRIAMENTO
Contorno de grão
 
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Figura 8 - Processo de solidificação de um sólido policristalino
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
Além dos sólidos, que têm organizações atômicas periódicas em longas distâncias, existem aqueles 
sólidos cujos átomos estão desordenados e desalinhados em longas distâncias atômicas. Estes sólidos são 
denominados como materiais não cristalinos ou amorfos, conforme apresentado na Figura 9.
O fato que define se um sólido será amorfo ou cristalino depende da facilidade de uma estrutura atômica, 
inicialmente desordenada no estado líquido, se organizar à medida que a solidificação ocorre. Os materiais 
metálicos são sólidos cristalinos, porém, somente alguns materiais cerâmicos são cristalinos, e outros, como o 
vidro, são amorfos. Os polímeros são amorfos ou semicristalinos, com grau de cristalinidade variável.
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a) b)
Figura 9 - Sólido Cristalino e Sólido Amorfo: a) Sólido amorfo constituído por sílica (SiO2) e b) Sólido cristalino constituído de sílica
Fonte: Adaptado de VANVLACK, 2000.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 33
3.2 TRANSFORMAÇÕES DE FASES
Antes de iniciar o assunto de transformações de fases, são necessários alguns conhecimentos prévios 
sobre ligas, fases e equilíbrio, que serão tratados nesta seção. 
Por definição, fase é uma porção homogênea de um sistema, cujas propriedades físicas e químicas são 
uniformes. O termo componente será bastante utilizado nessa discussão, sendo definido como os elemen-
tos e/ou compostos que compõem a liga. Neste contexto, o termo sistema está relacionado às variações de 
ligas que são formadas pelos mesmos componentes, com concentrações distintas.
A definição de solução sólida é muito importante para o conceito de fases. Logo, uma solução sólida é 
um sólido que consiste de dois ou mais elementos atomicamente dispersos em uma estrutura monofásica. 
Os átomos podem ser de soluto ou de solvente. Os átomos de solvente são aqueles presentes em maior 
quantidade, e os átomos de soluto são os átomos de menor proporção, que substituem ou se difundem 
nos interstícios na matriz de solvente. Os interstícios são espaços vazios presentes na estrutura cristalina 
dos materiais, como mostrado na Figura 10.
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Figura 10 - Interstício na rede Cristalina
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
A solução sólida pode ser dividida em dois tipos, sendo eles: soluções sólidas substitucionais e soluções 
sólidas intersticiais. 
As soluções sólidas substitucionais são aquelas em que átomos de soluto substituem os átomos de 
solvente. Um exemplo bem comum deste tipo de solução é a liga formada por Cu (cobre) e Ni (níquel), em 
que, os átomos de níquel (soluto) substituem os átomos de cobre. 
Já a solução sólida intersticial é aquela em que os átomos do soluto se alojam nos interstícios da rede 
cristalina formada pelos átomos do solvente. Um exemplo clássico ocorre nos aços carbono, nos quais os 
átomos de carbono (soluto) ficam nos interstícios da rede cristalina do ferro. A Figura 11 mostra uma solu-
ção sólida substitucional e uma solução sólida intersticial.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS34
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a) Solução Substitucional b) Solução Intersticial 
Figura 11 - Soluções Sólidas: a) Substitucional e b) Intersticial
Fonte: Adaptado de CARAM, 2000.
Para compreensão do diagrama e transformação de fases, é necessário que o conceito de fases e micro-
estrutura esteja bem claro. Metais puros, soluções sólidas, líquidas e gasosas são consideradas como fases.
Já a microestrutura é formada por uma ou mais fases e somente pode ser analisada por microscópio 
óptico ou eletrônico. Um fator relevante sobre a microestrutura é que esta influencia diretamente as pro-
priedades físicas do material, de maneira geral suas características mecânicas. A microestrutura de um 
metal é dependente de variáveis, como tratamento térmico da liga, a sua composição química e o teor de 
elementos de liga presentes. 
O Equilíbrio é um conceito essencial descrito no que se refere à energia livre de Gibbs. Essa energia livre 
é função da energia interna e da desordem atômica (entropia) do sistema. O equilíbrio de fases se refere ao 
equilíbrio do sistema em que pode coexistir mais de uma fase. 
Por exemplo, se for adicionada uma quantidade de sal maior que a solubilidade do sal em água à tem-
peratura ambiente, em uma solução de água e sal, existirá, neste sistema, duas fases: solução homogênea 
água e sal + sal não dissolvido, conforme representado na Figura 12.
TEMPERATURA
AMBIENTE
SOLUÇÃO
(ÁGUA E SAL)
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Figura 12 - Sistema bifásico água e sal, temperatura ambiente
Fonte: SENAI/MG, 2016.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 35
Nesse mesmo sistema, se a temperatura for aumentada ao ponto que todo sal se dilua na água, o novo 
sistema terá somente uma fase (solução homogênea de água e sal), conforme a Figura 13. Nos dois casos o 
sistema estará em equilíbrio termodinâmico.
ALTA
TEMPERATURA
SOLUÇÃO
(ÁGUA E SAL)
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Figura 13 - Sistema monofásico, solução água e sal, alta temperatura
Fonte: SENAI/MG, 2016.
Contudo, em uma solução sólida, algumas vezes a velocidade com que o sistema se desloca para o equi-
líbrio é extremamente baixa, ou seja, o tempo em que o sistema leva para atingir o novo equilíbrio é muito 
alto. Nesse caso, o sistema está em um estado de não equilíbrio ou metaestável.
De modo a representar as fases que estão em equilíbrio em um sistema a certa temperatura, pressão e 
composição química, foi desenvolvido o diagrama de fases, também chamado de diagrama de equilíbrio.
Os diagramas de equilíbrio podem conter somente um componente, unário, ou por mais de um com-
ponente, sendo binário ou ternário. O estudo aqui apresentado aborda somente os diagramas binários, de 
maior interesse metalúrgico.
Os diagramas binários definem a estabilidade das fases que podem ocorrer em um sistema sob pres-
são constante, tendo como variáveis a temperatura e a composição química de dois elementos químicos. 
Embora a maioria das ligas seja constituída por mais de dois elementos químicos, os diagramas binários 
são muito importantes para o estudo das ligas metálicas. Esses diagramas indicam as fases esperadas, no 
equilíbrio, a uma dada temperatura e composição química específica dos dois elementos de análise.
Sistema Isomorfo
O primeiro diagrama a ser tratado será o diagrama isomorfo, considerado o sistema mais simples for-
mado por dois componentes. Um exemplo clássico são as ligas formadas por cobre e níquel, conforme a 
Figura 14. As ligas formadas por estes componentes podem formar soluções sólidas substitucionais em 
quaisquer concentrações, ou seja, mesmo se todos os átomos de cobre forem substituídos por átomos de 
níquel, ou vice-versa, a liga continuará a ser formada por somente uma fase sólida, até a fusão parcial do 
sistema.
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1500
1400
1300
1200
1100
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2000
2200
2400
2600
2800
100806040
Composição (em peso % Ni)
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
F)
Composição (em peso % Ni) (Ni)(Cu)
200
Líquido (L) 1453ºC
Linha Sólidus 
Linha Líquidus 
A
1085ºC
α
B
α+L
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Figura 14 - Sistema Isomorfo de Cobre e Níquel
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2007.
Observe o diagrama da Figura 14, nele pode ser vista a linha dos liquidus, em que temperaturas 
superiores a essa o material se encontram inteiramente na fase líquida. 
Para temperaturas abaixo da linha solidus, o material é completamente sólido, representado pela fase α. A 
fase α, retratada no diagrama Cu-Ni, tem uma estrutura cristalina CFC,presente em todas as ligas formadas 
pelo sistema Cu-Ni, assim como para o níquel e no cobre puro.
Entre as linhas descritas, há uma região bifásica coexistindo uma fase líquida e uma fase sólida. Os locais 
em que as linhas líquidus e sólidus se encontram representam os pontos de fusão dos metais puros: níquel 
(ponto de fusão de 1453 °C) e cobre (ponto de fusão de 1085 °C).
 Por meio da análise do diagrama de fases são obtidas informações sobre quais são as fases presentes 
em uma dada temperatura e composição química, bem como a proporção de cada fase.
A identificação das fases presentes é relativamente fácil. Inicialmente, localiza-se o ponto a ser analisado 
e a partir deste ponto são relatadas as fases presentes. O ponto A da Figura 14 está situado no campo 
monofásico do diagrama, e a única fase presente é a fase α. A composição química da fase α coincide com 
a composição química da liga, representada pelo ponto A.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 37
Já o ponto B está localizado em uma região bifásica, cujas fases presentes são a fase sólida α e a fase 
líquida. Para determinar a composição química das fases presentes no ponto B do diagrama, deve-se 
localizar o ponto de análise para posterior identificação da composição química de cada fase presente. 
É fácil perceber de forma direta que o ponto A, que está no campo monofásico, contém 60% de Ni 
e 40% de cobre. Contudo, em uma região bifásica, deve-se traçar uma linha de amarração, R e S, para a 
determinação da composição química das fases presentes. O ponto B, como já discutido, tem a fase líquida e 
alfa (α). A Figura 15 mostra parte do diagrama que evidencia a região bifásica em que se encontra o ponto B.
1300
Te
m
pe
ra
tu
re
 (º
C)
Composição (em peso % Ni)
Líquido (L)
α + L
α
B
Linha de amarração
α + L
α
S
1200
20 30 40 50
CL CO Ca
R S
 Da
ni
el
 M
ac
ie
l C
os
ta
 d
a 
Si
lv
a
Figura 15 - Região bifásica do diagrama de fase Ni-Cu
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2007.
Ao tocar a linha de amarração na linha liquidus (linha R), pode-se identificar a composição química da 
fase líquida descendo uma linha perpendicular ao ponto de interseção. No ponto em que esta linha per-
pendicular tocar o eixo das abscissas revela-se a concentração da fase líquida, denominada por CL. Para 
encontrar a composição química da fase sólida, o processo é semelhante, a partir do ponto de interseção 
da linha de amarração com a linha solidus desce uma linha perpendicular. Quando essa linha perpendicu-
lar intercede na abscissa pode-se ver a composição química da fase, composição Cα, que é a composição 
nominal da liga. 
Com o intuito de determinar a quantidade de cada fase presente em um campo bifásico de uma liga a 
certa temperatura, deve-se utilizar a regra da alavanca. Contudo, para um campo monofásico, a resposta é 
bastante trivial, pois na região monofásica existe somente uma fase, ou seja, há 100% da fase, como pode 
ser visto no ponto A da Figura 14.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS38
Você deve estar se perguntando, o que seria Regra de alavanca?
A regra da alavanca é deduzida por balanço de massa entre as duas fases coexistentes. De modo a 
simplificar o entendimento, deve-se utilizar a seguinte relação para calcular a quantidade de cada fase 
analisada para o ponto B da Figura 15. 
• % F líquida = 
S
R+S
• % F sólido =
R
R+S
Para calcular a quantidade da fase líquida, é empregada a seguinte fórmula:
% F líquida = 
Cα-Co
Cα-CL
Para calcular a quantidade da fase sólida (α), é empregada a seguinte fórmula:
% F (α) = 
Co-CL
Cα-CL
• Cα Composição química da fase α;
• Co Composição química nominal da liga;
• CL Composição química da fase líquida.
A regra da alavanca pode ser aplicada em qualquer diagrama de fases desde que exista mais de uma 
fase na região analisada.
Dando sequência ao estudo das transformações de fases, a Figura 16, mostra o comportamento da liga 
isomorfa com 35% de níquel quando resfriada em condições de equilíbrio, resfriamento lento, a partir de 
1300 °C. Percebe-se que a liga está situada na fase líquida até alcançar 1260 °C, quando atinge a liga liqui-
dus. A partir desse ponto, começa a surgir uma pequena porção de fase sólida (α), que cresce à medida que 
a liga é resfriada. Quando a liga toca a linha solidus, há uma grande quantidade de sólido formado com 
alguma quantidade de líquido remanescente e, ao ultrapassar a linha, todo o líquido foi transformado em 
fase sólida. Já no campo monofásico, mesmo com a continuação do resfriamento, não ocorrem alterações 
significativas na liga.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 39
α
α α
α
α α
α α
αα
α
αα
α
1300
1200
1100
20 30 40
Composição (em peso % NI)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
C)
LLL
L (32Ni)
L (24Ni)
α (46Ni)
α + L
α (46 Ni)
α (43 Ni)
α (35 Ni)
α (35 Ni)
α
a
b
c
d
e
α (43 Ni)
(35Ni) (35Ni)
L (32 Ni)
L (24 Ni)
50
α
α
α
α
α
 
D
an
ie
l M
ac
ie
l C
os
ta
 d
a 
Si
lv
a
Figura 16 - Representação esquemática do desenvolvimento da microestrutura de uma liga de Cu-Ni em condições de equilíbrio
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2007.
Na prática, em geral, o resfriamento é mais rápido que o equilíbrio, o que resulta em certa quantidade 
de segregação4 como visto na Figura 17.
1300
1200
1100
20 30 40
Composição (em peso % NI)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
C)
LLL
L (32Ni)
L (24Ni)
L (21Ni)
L (29Ni)
α (46Ni)
α + L
α (46 Ni)
α (42 Ni)
α (46 Ni)
α (46 Ni)
α (40 Ni)
α (35 Ni)
α (40 Ni)
α
a’
b’
c’
d’
e’
f’
α 
(35Ni) (35Ni)
L (29 Ni)
L (24 Ni)
L (21 Ni)
50
α (38 Ni)
α (31 Ni)
α (35 Ni)
α (46 Ni)
α (40 Ni)
α (35 Ni)
α (31 Ni)
α (31 Ni)
α (46 Ni)
α (40 Ni)
α (35 Ni)
 
D
an
ie
l M
ac
ie
l C
os
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 d
a 
Si
lv
a
Figura 17 - Desenvolvimento da microestrutura de uma liga de CU-Ni em condições fora do equilíbrio
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2007.
4 Segregação: é um fenômeno que ocorre na solidificação não uniforme dos materiais em que no no seu interior apresenta 
gradientes de concentração dos elementos químicos que compõem a liga, ou seja, a distribuição dos elementos no material 
não é uniforme.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS40
Sistemas Eutéticos Binários
Os sistemas eutéticos binários são caracterizados por terem três regiões monofásicas: alfa (α), beta (β) e 
líquido, conforme a Figura 18. Além disso, em um sistema eutético binário há uma liga cuja fusão ocorre em 
uma temperatura mais baixa do que quaisquer outras ligas do mesmo sistema, como mostrado no ponto E. 
A figura a seguir exibe um diagrama de fases binário constituído de cobre e prata. 
1200
1000
800
600
400
200
0 20 40 60 80 100
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
100806040200
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
F)
Composição (em peso % Ag)
Sólidus
770ºC (Tg)
71.9
E b+L
G 
F
91.28.0
Solvus
A
Líquidus 
Composição (em peso % Ag)
(Ag)(Cu)
a+b
La+
a
Líquido (L)
b
C
B
H
 
D
an
ie
l M
ac
ie
l C
os
ta
 d
a 
Si
lv
a
Figura 18 - Diagrama Binário de Cu-Ag
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
A fase alfa é uma solução sólida rica em cobre que contém o elemento prata como soluto substitucional 
de estrutura cristalina CFC. Já a fase beta é uma solução sólida rica em prata que, de modo similar, 
tem o cobre como elemento substitucional. O cobre puro e a prata pura são considerados como α e β, 
respectivamente.
As linhas AE e EF são chamadas de linhas liquidus. As linhas AB e FG são denominadas linhas solidus. 
Já as linhas BC e GH são as linhas solvus, e a linha BEG é chamada de isoterma horizontal.
Percebe-se que as linhas liquidus separam uma região de fase líquida das regiões bifásicas constituídas 
por uma fase líquida e uma fase sólida. 
As linhas solidus separam as regiões bifásicas em que coexistem uma fase líquida e uma fase sólida de 
uma região formada por uma fase sólida. A linha isoterma horizontal, apesar do nome, também é uma linhasolidus especial.
As linhas que separam as regiões monofásicas sólidas de uma região bifásicas composta por duas fases 
sólidas (alfa + Beta) são denominada de solvus. 
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 41
O Ponto E é um local de extrema importância do diagrama de fases, chamado de ponto invariante Eutético. 
Nesse ponto, a liga se funde totalmente em uma única temperatura, similar ao que ocorre em ligas puras. 
Além disso, é um ponto em que podem coexistir três fases em equilíbrio (líquido, fase α e fase β), como 
mostra a reação, abaixo. O ponto E, no diagrama da Figura 18, é designado por uma composição química, 
com 71,9% de prata, e uma temperatura de 779 °C.
α + βL
Resfriamento
Aquecimento
L Fase líquida;
α Fase sólida alfa;
b Fase sólida beta.
Sendo assim, a reação eutética é aquela que ocorre quando a fase líquida se transforma em duas fases 
sólidas distintas. 
Sistemas Peritéticos e Eutetoides
Você já sabe o que é uma reação eutética, porém ela é apenas uma das reações de três fases que podem 
existir em ligas metálicas de sistema binários. Uma reação bem frequente, em que ocorre a passagem 
de um campo binário, formado por um líquido e um sólido, para outro sólido distinto, é denominada de 
reação peritética, como mostrado nos pontos A, B, e C do diagrama de fases, cobre e zinco, da Figura 19.
1200
1000
Líquido (L)
800
600
400
200
0 20 40 60 80 100
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
100806040200
(Zn)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
F)
Composição (wt% Zn)(Cu)
B
A
C
D
La+
a+b
a+b
b+c
b+c
+Lb
+Lc
c
c + e
L
 
+ e
μ
 
+ e
μ
 
b
b
e
a
 Da
ni
el
 M
ac
ie
l C
os
ta
 d
a 
Si
lv
a
Figura 19 - Diagrama de Fases Cu-Zn
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS42
Analisando o ponto C, do diagrama de fases da Figura 19, percebe-se que a reação peritética que ocorre 
é descrita da seguinte forma.
εδ + L
Resfriamento
Aquecimento
δ Fase sólida delta;
L Fase líquida;
ε Fase sólida épsilon.
De forma semelhante, podem ser analisados os pontos A e B.
Uma terceira reação que pode ocorrer em sistemas binários resulta na passagem de um sólido para 
dois outros sólidos distintos. Essa reação é denominada como eutetoide (semelhante à eutética). Como 
visto no ponto eutético, o ponto eutetoide é situado em uma linha chamada de isoterma eutetoide, como 
representado no ponto D, da Figura 19. A reação que ocorre nesse ponto está representa a seguir.
ε + γδ
Resfriamento
Aquecimento
δ Fase sólida delta;
ε Fase sólida épsilon;
γ Fase sólida gama.
O desenvolvimento da microestrutura em ligas eutéticas e eutetoides será tratado posteriormente no 
tópico a seguir (Sistema Ferro - Carbono).
Sistema Ferro – Carbono
Dos sistemas binários, possivelmente, o mais importantes industrialmente é o sistema ferro carbono. 
As ligas deste sistema podem ser divididas em três tipos clássicos: ferro comercialmente puro, aços e ferros 
fundidos.
As ligas de ferro carbono, em que o teor de carbono é abaixo de 0,008%, são consideradas de ferro puro. 
As ligas desse sistema, que contêm teor de carbono entre 0,008% e 2,14%, são denominadas de aços car-
bonos. Já os ferros fundidos assumem teores de carbono acima de 2,14%C e abaixo de 6,67%C.
O estudo dos constituintes das ligas de ferro carbono deve começar com o diagrama de equilíbrio Fe-C. 
Esse diagrama favorece um conjunto de informações fundamentais para a compreensão dos aços- carbo-
no e aços ligados, como as fases e microconstituintes presentes no equilíbrio termodinâmico.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 43
Por meio da análise da Figura 20, percebe-se que as fases presentes no diagrama são: líquido, austenita 
(γ), ferrita (α e δ), e cementita (Fe3C). A ferrita e a austenita são soluções sólidas intersticiais de carbono em 
uma matriz de ferro, constituindo fases que têm, respectivamente, estrutura cristalina CCC e CFC. Já a ce-
mentita é um composto intermetálico formado por uma estrutura cristalina ortorrômbica.
A ferrita α é estável a baixas temperaturas, abaixo de 727 °C, enquanto a ferrita δ está presente a altas 
temperaturas, como mostra o diagrama da Figura 20.
1600
1400
1200
1000
800
600
400
0 1 2 3 4 5 6 6.70
1000
1500
2000
2500
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
ºC
)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (
ºF
)
A
B
A3
Acm
A1
Composição (em peso % C)
a+Fe3C
c+Fe3C
L+Fe3C
Líquido (L)
c+L
c+a
a
c
d
d+L
d+c
 Da
ni
el
 M
ac
ie
l C
os
ta
 d
a 
Si
lv
a
Figura 20 - Diagrama Ferro – Carbono
Fonte: Adaptado de CALLISTER, 2008.
A austenita é capaz de acomodar uma maior quantidade de carbono do que a ferrita em virtude de 
sua microestrutura. A solubilidade do carbono na austenita, a 727 °C, é de 0,76%C, enquanto que na 
ferrita, na mesma temperatura, é de 0,022%C. As fotomicrografias representadas na Figura 21, mostram 
a microestrutura da ferrita.
William Chandler Roberts-Austen nasceu em Londres, em 1843, foi um metalurgista inglês 
que dedicou seus estudos para as propriedades físicas dos metais e de suas ligas. Atuou 
como professor de metalurgia na Royal Scholl of Mines em London. Em sua homenagem, 
a fase gama (CFC) dos diagramas de fases foi batizada de Austenita.
 CURIOSI 
 DADES
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS44
 Ma
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H
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 S
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Figura 21 - Microestrutura Ferritica. Ataque Nital 2%. Aumento de 400x
Fonte: SENAI/MG, 2016.
A ferrita alfa é uma fase dúctil, com baixa resistência mecânica e magnética. Enquanto a autenita, fase 
em equilíbrio acima de 727 °C em ligas constituídas de ferro e carbono, é não magnética. A ferrita δ também 
é uma fase não magnética, e somente é estável a temperaturas acima de 1394 °C, não apresentando, 
portanto, valor comercial. Sua solubilidade máxima de carbono é de 0,09% e ocorre a 1495 °C. 
Em aços carbono, a resistência da austenita não é muito relevante, em virtude do seu campo de existência 
ocorrer em temperaturas mais elevadas (acima de 727°C). Contudo, em aços inoxidáveis austeníticos, em 
que esta fase está presente à temperatura ambiente, pode se dizer que sua resistência mecânica, apesar de 
baixa, é mais elevada do que a ferrita e sua ductilidade é bastante alta. 
A austenita é de extrema importância para o estudo dos tratamentos térmicos, que será abordado no 
capítulo 6, tendo em vista a sua influência nas propriedades mecânicas das microestruturas que são obtidas 
no resfriamento dos aços, quando estes são submetidos a temperaturas de austenitização (temperaturas 
do campo monofásico da austenita previsto no diagrama ferro carbono).
A cementita se forma quando o limite de solubilidade do carbono nas fases austenita e ferrita é 
ultrapassado. Mecanicamente esta fase é extremamente dura e frágil. Contudo a resistência mecânica de 
alguns aços se torna mais elevada devido à presença dessa fase.
Em termos práticos e de forma a facilitar o entendimento dos tratamentos térmicos dos aços, a ser 
tratado no capítulo 6, o conhecimento da existência da linha A1, A3 e Acm é de suma importância. A linha 
A1 é uma isoterma, que contém o ponto eutetoide do diagrama. Essa linha pode ser referenciada como 
linha crítica inferior ou linha eutetoide. Já as linhas A3 e Acm são as chamadas linhas críticas superiores e 
delimitam a autenitização total do aço em análise. 
No diagrama Fe-C são visíveis três pontos invariantes: ponto eutético, eutetoide e peritético. O ponto 
peritético, por ocorrer próximo à temperatura de fusão dos aços, não tem nenhuma importância industrial. 
Contudo, os pontos eutético (A) e eutetoide (B), apresentados na Figura 20, são muito importantes para o 
estudo dos processos de obtenção e de tratamentos térmicos dos ferros fundidos e aços carbono.
3 CORRELAÇÃO ENTRE MICROESTRUTURA DOS METAIS E SUAS PROPRIEDADES MECÂNICAS 45
Para a reação eutética, ponto A, apresentada na Figura 20, ocorre a transformação da fase líquida em 
dois sólidos