MATERIAIS E ENSAIOS

Prévia do material em texto

Curso Técnico em Mecânica
Materiais e Ensaios
Armando de Queiroz Monteiro Neto
Presidente da Confederação Nacional da Indústria
José Manuel de Aguiar Martins
Diretor do Departamento Nacional do SENAI
Regina Maria de Fátima Torres
Diretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI
Alcantaro Corrêa
Presidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina
Sérgio Roberto Arruda
Diretor Regional do SENAI/SC
Antônio José Carradore
Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC
Marco Antônio Dociatti
Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC
Confederação Nacional das Indústrias
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Curso Técnico em Mecânica
Materiais e Ensaios
Fernando Darci Pitt
Florianópolis/SC
2010
É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio 
consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da língua portuguesa.
Equipe técnica que participou da elaboração desta obra
Coordenação de Educação a Distância
Beth Schirmer
Revisão Ortográfica e Normatização
Contextual Serviços Editoriais
Coordenação Projetos EaD
Maristela de Lourdes Alves
Design educacional, Ilustração, 
Projeto Gráfico Editorial, Diagramação 
Equipe de Recursos Didáticos 
SENAI/SC em Florianópolis
Autor
Fernando Darci Pitt
 
SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
Rodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SC
CEP: 88034-001
Fone: (48) 0800 48 12 12
www.sc.senai.br 
Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis 
 
 
P688m 
Pitt, Fernando Darci 
Materiais e ensaios / Fernando Darci Pitt. – Florianópolis : SENAI/SC, 
2010. 
87 p. : il. color ; 28 cm. 
 
Inclui bibliografias. 
 
1. Materiais. 2. Materiais – Testes. 3. Mecânica. 4. Metalografia. I. SENAI. 
Departamento Regional de Santa Catarina. II. Título. 
 
CDU 620.1 
 
 
Prefácio
Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. 
Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conecta-
das e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina.
No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com as 
necessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas 
teóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educação 
por Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, de-
senvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho. 
Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe 
de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu 
futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em 
oferecer um modelo de educação atual e de qualidade. 
Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de 
ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movi-
mento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos 
de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-
sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, 
oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Edu-
cação por Competências, em todos os seus cursos.
É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. 
Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções 
colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam 
com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com anima-
ções, tornando a aula mais interativa e atraente. 
Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz parte 
deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústria 
do Conhecimento.
Sumário
Conteúdo Formativo 9
Apresentação 11
13 Unidade de estudo 1
Estrutura Química
Seção 1 - Classificação dos 
materiais
Seção 2 - Ligações químicas 
Seção 3 - Estruturas crista-
linas
Seção 4 - Defeitos cristalinos
23 Unidade de estudo 2
Propriedades dos 
Materiais
Seção 1 - Propriedades 
físicas
Seção 2 - Propriedades 
químicas
Seção 3 - Propriedades 
mecânicas
13
 
14
16
 
19
29 Unidade de estudo 3
Materiais Metálicos 
Ferrosos
Seção 1 - Siderurgia
Seção 2 - Ligas metálicas
Seção 3 - Microconstituintes 
do aço
Seção 4 - Aço-liga
Seção 5 - Aço ferramenta
Seção 6 - Aços inoxidáveis
Seção 7 - Ferros fundidos
43 Unidade de estudo 4
Materiais Metálicos 
Não Ferrosos
Seção 1 - Os tipos de mate-
riais metálicos não ferrosos
47 Unidade de estudo 5
Metalografia
Seção 1 - Introdução
Seção 2 - Microscopia
Seção 3 - Preparação das 
amostras 
Seção 4 - Preparação dos 
reagentes
53 Unidade de estudo 6
Processamentos 
Térmicos
Seção 1 - Introdução
Seção 2 - Fatores de controle 
nos tratamentos térmicos
Seção 3 - Diagrama transfor-
mação-tempo-temperatura 
(TTT) 
Seção 4 - Tratamentos tér-
micos 
Seção 5 - Tratamentos ter-
moquímicos 
63 Unidade de estudo 7
Ensaios
Seção 1 - Introdução
Seção 2 - Ensaios de oficina
Seção 3 - Ensaios não destru-
tivos
Seção 4 - Ensaios destrutivos
Finalizando 81
 
Referências 83
 
 
Anexos 85
 
23
 
25
 
25
29
30
32
 
34
35
36
38
43
53
53
 
54
 
 
57
 
61
47
47
48
 
50
63
64
64 
66
8 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Conteúdo Formativo
9MATERIAIS E ENSAIOS
Carga horária da dedicação
Carga horária: 45 horas
Competências
Avaliar as características e propriedades dos materiais em componentes mecâni-
cos utilizando técnicas de ensaios.
Conhecimentos 
 ▪ Tratamentos térmicos.
 ▪ Metalografia. 
 ▪ Ensaios mecânicos (destrutivos e não destrutivos).
Habilidades
 ▪ Ler e interpretar desenhos técnicos. 
 ▪ Identificar, selecionar e utilizar equipamentos e ferramentas de ensaios. 
 ▪ Ler, interpretar e aplicar manuais, catálogos e tabelas técnicas. 
 ▪ Aplicar normas técnicas de saúde, segurança e meio ambiente. 
 ▪ Identificar materiais. 
 ▪ Aplicar ensaios mecânicos. 
 ▪ Especificar processos de transformação dos materiais. 
 ▪ Estabelecer critérios de análise para as causas dos diferentes tipos de fraturas. 
 ▪ Interpretar as estruturas metalográficas e analisar as mudanças que ocorrem 
por meio dos tratamentos térmicos. 
 ▪ Preparar e analisar as amostras metalográficas dentro dos padrões técnicos. 
 ▪ Aplicar ensaios destrutivos e/ou não destrutivos de acordo com a necessidade. 
 ▪ Especificar o tratamento térmico adequado de acordo com a aplicação.
10 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Atitudes
 ▪ Assiduidade.
 ▪ Proatividade. 
 ▪ Relacionamento interpessoal. 
 ▪ Trabalho em equipe.
 ▪ Cumprimento de prazos. 
 ▪ Zelo com os equipamentos. 
 ▪ Adoção de normas técnicas, de saúde e segurança do trabalho. 
 ▪ Responsabilidade ambiental.
Apresentação
MATERIAIS E ENSAIOS
Prezado aluno, em sua vida profissional certamente você necessitará es-
pecificar materiais para projetos mecânicos novos ou projetos voltados 
para manutenção e reforma. E ao seu dispor existirão milhares de op-
ções de materiais metálicos, poliméricos, cerâmicos e compósitos. E qual 
selecionar? Para que este atenda a função que se propõe, deverá apresen-
tar características físico-químicas e propriedades mecânicas adequadas, 
além de custo condizente.
Os materiais envolvem os povos desde o início dos tempos. Seu desen-
volvimento e o controle de suas propriedades além de oferecerem con-
forto à humanidade, também proporcionam um maior desenvolvimento 
às nações. Na antiguidade o desenvolvimento de novos materiais e ligas 
foi tão marcante que deu nome às eras: idade da pedra, idade do bronze 
e do ferro.
Neste livro você irá encontrar as principais classificações dos materiais, 
seus conceitos e propriedades e aprenderá os procedimentos para a 
realização de análises metalográficas sobre tratamentos térmicos, bem 
como os conceitos dos ensaios aplicados aos materiais. 
 
Bom estudo!
Fernando Darci Pitt
Fernando Darci Pitt é engenhei-
ro de materiais pela Universi-
dadeEstadual de Ponta Grossa 
(UEPG), especialista em Gestão 
Empresarial pela Fundação Ge-
túlio Vargas (FGV) e mestrando 
em Engenharia Química pela 
Universidade Regional de Blu-
menau (FURB). Possui experiên-
cia na área de processamento, 
desenvolvimento de materiais 
e de aditivos na indústria de 
transformação de polímeros por 
injeção. Atua como professor no 
SENAI/SC desde 2004 em cursos 
técnicos e de tecnologia (gradu-
ação), ministrando disciplinas 
correlatas à Engenharia e Ciên-
cia dos Materiais. 
11
Unidade de 
estudo 1
 
Seções de estudo 
Seção 1 – Classificação dos materiais
Seção 2 – Ligações químicas
Seção 3 – Estruturas cristalinas
Seção 4 – Defeitos cristalinos
13MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 1
Classificação dos 
materiais
Todos os materiais existentes no 
universo são classificados de acor-
do com suas características físico-
químicas e sua estrutura atômica 
em materiais metálicos, polimé-
ricos, cerâmicos ou compósitos. 
Também é possível encontrar 
classificações mais específicas em 
função de suas aplicações como 
a dos semicondutores e biomate-
riais. 
Materiais metálicos: são mate-
riais obtidos pelas combinações 
de elementos químicos metálicos, 
possuindo um número grande de 
elétrons não localizados que po-
dem se movimentar livremente de 
um átomo a outro, o que lhe con-
fere certas propriedades intrínse-
cas a esta classe de materiais. São 
excelentes condutores de calor e 
eletricidade, opacos, normalmen-
te de elevada resistência mecânica 
e geralmente com alto ponto de 
fusão. A ligação química predo-
minante é a metálica. Exemplos: 
alumínio (Al), ferro (Fe), cobre 
(Cu), etc. 
Figura 1 - Material Metálico: Ouro
Fonte: NDT (2009). 
Estrutura Química
Materiais cerâmicos: são mate-
riais de estrutura tipicamente cris-
talina cujas composições são entre 
elementos metálicos e não metáli-
cos, geralmente formando óxidos, 
nitretos ou carbetos (Al2O3, Si3N4, 
WC, etc.). São excelentes isolantes 
térmicos e elétricos resistentes a 
altas temperaturas e ao desgaste, 
porém frágeis. Dependendo do 
método de fabricação, podem 
variar de cerâmicas densas a po-
rosas. A ligação química predomi-
nante é a iônica e em alguns casos 
pode existir a covalente.
Classificam-se em cerâmicas es-
truturais, refratárias, vidros, abra-
sivos, cimentos, materiais avan-
çados, dentre outros. Exemplos: 
tijolos refratários, vidros, pisos de 
revestimento, selos mecânicos. 
Materiais poliméricos: comu-
mente conhecidos como plásticos 
e borrachas. São compostos orgâ-
nicos de cadeia longa de origem 
natural ou sintética baseados nos 
hidrocarbonetos (carbono (C), 
hidrogênio (H), nitrogênio (N), 
dentre outros), geralmente oriun-
dos do petróleo, gás natural, ou 
materiais naturais. Suas principais 
características são baixa densida-
de, resistência à corrosão, isolante 
elétrico e pouco resistente ao ca-
lor extremo. Dividem-se basica-
mente em dois grandes grupos, 
os termoplásticos e os termorrí-
gidos.
Cerâmicos: A palavra deriva 
do grego “keramos” que sig-
nifica olaria.
 
Poliméricos: A palavra polí-
mero deriva do grego (poli + 
mero) que significa “muitas 
partes”.
14 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Materiais naturais: podem ser 
classificados originalmente como 
um material pertencente às três 
primeiras classes (metal, cerâmica 
ou polímero), de acordo com suas 
características. Exemplos: mine-
rais (cerâmica), madeira, látex e 
peles (polímeros naturais).
DICA 
Leia mais sobre as classes 
de materiais acessando o 
site: 
<http://www.mspc.eng.br/
ciemat/cmat110.shtml>.
SEÇÃO 2
Ligações químicas
Embora existam pouco mais de 
cem diferentes elementos quími-
cos no universo, milhares de ma-
teriais são criados pela combina-
ção desses por meio de ligações 
químicas e arranjos atômicos. 
A estrutura atômica afeta as pro-
priedades primárias: química, fí-
sica, térmica, elétrica, magnética 
e óptica. Enquanto que as pro-
priedades mecânicas do material 
são afetadas pela microestrutura e 
macroestrutura do material.
Átomos 
O primeiro conceito sobre áto-
mos foi proposto por Leucipo e 
Demócritos por volta do século V 
antes de Cristo. Naquele momen-
to, postularam que a matéria não 
era infinitamente divisível, e sim 
composta por partículas minús-
culas que a constituíam.
A ligação química predominante 
é a covalente. Exemplos: nylon 
(PA), polietilenos (PE), poli (te-
reftalato de etileno) (PET).
Materiais compósitos: são obti-
dos pela combinação de dois ou 
mais materiais distintos criando 
um novo material, cujas proprie-
dades são superiores aos de ori-
gem. As fases presentes são classi-
ficadas em matriz e reforço, e este 
pode estar na forma de partículas 
ou fibras, dispersas ou uniformes.
O reforço é o responsável por 
impedir e/ou minimizar o meca-
nismo de deformação. Esta classe 
de materiais está entre as de maior 
pesquisa na atualidade visto que 
conseguem agregar características 
de mais de um material em um 
produto final. A ligação entre a 
matriz e o reforço pode ser quí-
mica e/ou física. Exemplos: nylon 
(matriz) com fibra de vidro (refor-
ço), materiais esportivos de alumí-
nio (matriz) com fibra de carbono 
(reforço), concreto (matriz) com 
agregados (reforço).
Materiais semicondutores: ma-
teriais que apresentam proprie-
dades elétricas intermediárias en-
tre os condutores e os isolantes, 
propriedades estas que são extre-
mamente sensíveis à presença de 
outros elementos, os quais podem 
ser incorporados propositalmen-
te. Exemplos: componentes ele-
trônicos, resistores, capacitores. 
Biomateriais: também designa-
dos de materiais biocompatíveis, 
possuem a propriedade de serem 
compatíveis com os tecidos do 
corpo humano. Não são rejeita-
dos pelos organismos vivos nem 
liberam substâncias tóxicas nesses 
organismos. Exemplos: platina 
(Pt) e titânio (Ti) utilizados em 
próteses humanas.
Átomo: A palavra átomo 
surge do grego a = não / 
tomo = divisível.
15MATERIAIS E ENSAIOS
Também propunham que todas 
as características dos materiais, 
como gosto, cor, transparência, 
dentre outras, eram devido às for-
mas dessas partículas. Por exem-
plo, o átomo que proporciona a 
cor branca era plano o que não 
gerava sombras, já o de cor escura 
era irregular, o que proporcionava 
sombras e cores escuras. Embora 
esta teoria hoje esteja completa-
mente ultrapassada, para a épo-
ca foi de grande valia, pois criou 
respostas físicas para aconteci-
mentos que até então eram tidos 
como sobrenaturais ou por von-
tade dos deuses.
Na Idade Média, a química pas-
sou a ser amplamente pesquisada 
pelos alquimistas que buscavam 
o elixir da vida eterna e também 
da transmutação de materiais em 
ouro (transformar um material 
em outro). Mas foi somente em 
1802 que o químico e físico bri-
tânico John Dalton apresentou o 
que hoje se considera a primeira 
teoria atômica da era moderna. 
Diferentemente da teoria de De-
mócritos, Dalton imaginou o áto-
mo com sendo uma esfera com 
massa e propriedade característica 
de cada elemento, e que as trans-
formações químicas poderiam ser 
explicadas em função dos rear-
ranjos desses átomos. Definiu o 
elemento químico como sendo 
átomos que possuem a mesma 
massa, tamanho e forma. 
Nos últimos dois séculos outros 
modelos atômicos foram apre-
sentados, porém aqueles que 
mais se destacaram foram os de 
Thomson, Ruthenford e de Niels 
Bohr. Este último conhecido 
como modelo planetário, apresen-
tando o átomo como sendo uma partícula em cujo núcleo se encontram 
os nêutrons e prótons (carga positiva), ao redor dos quais orbitam os 
elétrons (carga negativa). 
Figura 2 - Modelo Atômico de Niels Bohr
elétrons
prótons
núcleo
nêutrons
Com o avanço da ciência e o desenvolvimento de equipamentos de 
pesquisa mais modernos e potentes, novos conceitos e complementos 
aos modelos atômicos surgem a cada dia, além da descoberta de novas 
subpartículas. 
Ligações químicas primárias
Átomos somente são estáveis se a sua camada de valência estiver com-
pleta, o que geralmente se dá com 8 elétrons (regra do octeto),e para 
que isso ocorra pode haver compartilhamento ou transferência eletrô-
nica, formando assim as ligações primárias que podem ser metálicas, 
iônicas ou covalentes. 
Já a interação que ocorre entre as moléculas é classificada como ligações 
secundárias, sendo as principais a de Van der Walls e pontes de hidro-
gênio.
 ▪ Ligações metálicas
Uma característica das ligações existentes entre materiais metálicos é que 
os elétrons presentes não ficam presos a somente um átomo, mas sim 
podem se movimentar livremente no cristal, característica esta respon-
sável pela condutibilidade termoelétrica.
16 CURSOS TÉCNICOS SENAI
 ▪ Ligações iônicas
As ligações iônicas ocorrem entre 
átomos com cargas diferentes, os 
cátions e os ânions, metais e não 
metais. Os átomos metálicos pos-
suem normalmente 1, 2 ou 3 elé-
trons na sua camada de valência, 
enquanto que os não metais pos-
suem 5, 6 ou 7 elétrons na camada 
de valência. Formam-se sais, óxi-
dos, nitretos, etc. 
Ao perder elétrons, a carga elé-
trica do átomo se torna positiva, 
e ao ganhar, torna-se negativa, e 
pela diferença eletrônica os áto-
mos se atraem.
Como não há a presença de elé-
trons livres que possam se movi-
mentar livremente no material, as 
principais características são de 
isolamento elétrico, dureza e bai-
xa deformação.
 ▪ Ligações covalentes
A ligação predominante entre ele-
mentos não metálicos, como nos 
hidrocarbonetos, é a covalente, na 
qual ocorre o compartilhamento 
do mesmo elétron por dois áto-
mos.
Os materiais podem ser sólidos, 
líquidos ou gases à temperatura 
ambiente, dependendo do núme-
ro de átomos da molécula.
Exemplo de materiais que pos-
suem ligações covalentes são os 
polímeros.
Figura 3 - Exemplo de Materiais 
Polímeros 
Fonte: NDT (2009). 
SEÇÃO 3
Estruturas cristalinas
A ordenação atômica varia de ma-
terial para material de acordo com 
as ligações envolvidas e os proces-
sos de fabricação, e se divide em 
dois grupos:
 ▪ amorfos – são materiais que 
não possuem ordenação espa-
cial a longa distância no nível 
atômico e são conseguidos pelo 
resfriamento de materiais derreti-
dos, exemplo: vidro. São algumas 
vezes designados como líquidos 
super-resfriados; 
 ▪ cristalinos – são materiais que 
apresentam ordenação especial 
regular com ordenação a longas 
distâncias no nível atômico. 
Figura 4 - (a) Estrutura Cristalina, (b) Material Amorfo
Fonte: Callister (2002, p. 39). 
Os materiais metálicos e a maioria 
das cerâmicas terão seus átomos 
arranjados de forma ordenada, 
formando uma estrutura cristali-
na definida e previsível. Essa or-
denação pode ser de 14 formas 
diferentes, conforme você pode 
acompanhar a seguir.
Estrutura cristalina 
A estrutura cristalina pode ser 
convenientemente representada 
por pequenos grupos de átomos 
que descrevem o arranjamento 
atômico tridimensional do cris-
tal chamados de células unitárias. 
Na natureza é possível encontrar 
14 tipos diferentes de células uni-
tárias, também designadas como 
rede de Bravais. A estrutura de-
pende da temperatura e afeta, 
dentre outros fatores, a densida-
de, dureza e rigidez do material.
Uma célula unitária indica o pa-
drão repetitivo que pequenos gru-
pos de átomos assumem duran-
te a solidificação. Nos metais, a 
ocorrência principal é das células 
cúbicas de corpo centrado (CCC), 
cúbica de face centrada (CFC) e 
hexagonal compacta (HC).
 
17MATERIAIS E ENSAIOS
 ▪ Cúbico de face centrado 
(CFC)
A célula unitária de face centrada 
possuiu 1/8 de átomo em cada 
vértice, mas ½ de átomo em cada 
face, totalizando 4 átomos por 
célula. Possui fator de empacota-
mento de 0,74.
Figura 7 - Estrutura Cristalina Cúbica de 
Face Centrada 
Fonte: Callister (2002, p. 22).
a
a
a
a
a
c c
a
b b
c
a
β
β
b
c
a
aaa
c
a
aa
de corpo
centrado
de face
centrada
ortor-
rômbico
monoclínico
triclínico
de face
centrada
de corpo
centrado
cúbico
tetragonal
romboédrico
hexagonal
Figura 5 - Rede de Bravais
 ▪ Cúbico de corpo centrado 
(CCC)
A célula unitária cúbica de corpo 
centrado possuiu 1/8 de átomo 
em cada vértice e uma central, o 
que totaliza dois átomos por célu-
la e o seu fator de empacotamen-
to é de 0,68.
Figura 6 - Estrutura Cristalina Cúbica de 
Corpo Centrado 
Fonte: Callister (2002, p. 23).
 ▪ Hexagonal compacta (HC)
Neste tipo de estrutura os átomos 
se acomodam durante a solidifica-
ção na forma de um hexágono. As 
faces superior e inferior possuem 
6 átomos que formam um hexá-
gono com um átomo central, en-
tre elas um outro plano é compos-
to por 3 átomos adicionais. Possui 
fator de empacotamento de 0,74.
a
c
Figura 8 - Estrutura Cristalina 
Hexagonal Compacta. 
Fonte: Callister (2002, p. 24).
A seguir, a Tabela 1 evidencia a es-
trutura cristalina de alguns metais. 
Com algumas bolinhas de isopor 
e palitos tente montar estas estru-
turas. Vamos, experimente!
Tabela 1 - Estrutura Cristalina de alguns 
Metais
Estrutura Metal
CCC Ba, Cr, Cs, Fe α, Fe δ, 
K, Li, Mo, Na, Nb, Rb, 
Ta, Tiβ, V, W
CFC Ag, Al, Au, Ca, Cu, Fe 
γ, Ni, Pb, Pt, Rh
HC Be, Cd, Mg, Os, Re, 
Ru, Ti α, Zn
18 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Solidificação 
O fenômeno físico de solidifica-
ção é responsável pela passagem 
de um material do estado líquido 
para o estado sólido. Em materiais 
cristalinos, inicia-se por um ponto 
simples de nucleação a partir do 
qual o cristal cresce. Em ciência 
dos materiais um cristal normal-
mente é denominado de grão.
Geralmente materiais sólidos são 
policristalinos, ou seja, apresen-
tam muitos grãos, pois muitos 
pontos de nucleação surgem du-
rante o resfriamento do material. 
Já materiais monocristalinos, que 
possuem apenas um cristal em 
toda sua estrutura, são consegui-
dos apenas por processos de fa-
bricação com cuidadoso controle, 
possuem alto valor agregado e 
são utilizados para a fabricação de 
componentes eletrônicos de alta 
tecnologia. 
Embora fisicamente os cristais 
tendam a crescer igualmente em 
todas as direções, isso pratica-
mente não ocorre uma vez que 
encontram barreiras pelo cami-
nho, como outro grão que se de-
senvolve ao lado ou à lateral do 
próprio molde, e o tamanho final 
dependerá do número de pontos 
de nucleação surgidos.
DICA 
Veja animações do crescimento de cristais na internet:
<http://www.youtube.com/user/LMDMCETEC
A interface entre dois grãos é denominada de contorno de grão, que 
por sua vez é a interface entre dois cristais com direções cristalográficas 
diferentes. O cristal cresce pelo incremento de átomos ao cristal.
A imagem a seguir evidencia a formação de contornos de grão. 
Analise-a!
 
Figura 9 - Fases da Solidificação de um Material: (A) Nucleação, (B) Crescimento do 
Cristal, (C) Formação dos Contornos de Grão e (D) Microestrutura Destacando os 
Contornos de Grão
Fonte: Callister (2002, p. 35). 
19MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 4
Defeitos cristalinos
Por mais controlado que seja o 
processo de fabricação, não exis-
te um cristal com todos os áto-
mos em suas posições perfeitas. 
Todos os cristais possuem algum 
tipo de defeito, estes por sua vez 
contribuem com as propriedades 
mecânicas dos materiais, como os 
metais. O controle desses “defei-
tos” proporciona propriedades 
diferenciadas aos materiais. 
A simples adição de um elemento 
de liga, como o carbono (C) no 
ferro (Fe) para a produção do aço, 
gera defeitos pontuais, pois esses 
átomos se posicionarão entre os 
átomos da matriz original, ou até 
mesmo substituindo estes em sua 
estrutura original. 
A deformação plástica do material ocorre devido à movimentação de 
defeitos lineares, como as discordâncias, já a rigidez é alcançada pelo 
ancoramento das discordâncias em defeitos pontuais que existem na mi-
croestrutura, tais como átomos intersticiais intencionalmente introduzi-
dos no material, como o carbono (C) no aço.
Acompanhe agora os principais defeitos. 
 ▪ Defeitos pontuais
São átomos faltantes ou ocupando posições irregulares na estrutura cris-
talina do material. Incluem vacâncias, átomos ou impurezas intersticiais 
e substitucionais. 
Vacânciassão espaços criados na estrutura cristalina pela ausência de um 
ou mais átomos na rede cristalina. Já defeitos intersticiais são átomos que 
ocupam posições entre os átomos da estrutura cristalina. Normalmente 
são de tamanhos menores e afetam de forma significativa a rigidez do 
material, uma vez que servem como obstáculos para a movimentação 
dos defeitos planares. 
Defeitos pontuais causados por átomos substitucionais ocorrem quando 
estes átomos estão ocupando posições referentes a outros átomos. São 
os responsáveis pela formação de ligas metálicas isomórficas, e para que 
isso ocorra algumas condições devem ser atendidas.
A regra de Home-Rothery apresenta os fatores que influenciam para a 
ocorrência de soluções sólidas substitucionais, que são: raios atômicos 
com diferenças inferiores a 15%, mesma estrutura cristalográfica, eletro-
negatividades próximas e mesma valência. 
20 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Vacância
Vacância
Posição intersticial
antes da difusão
Posição intersticial
depois da difusão
Figura 10 - Defeitos Pontuais: (A) Vacância, (B) Intertício 
Fonte: Callister (2002, p. 65). 
 ▪ Defeitos lineares
Defeitos lineares são comumente chamados de discordâncias e ocorrem 
quando falta uma “linha” inteira na estrutura cristalina, gerando distor-
ções na rede.
As distorções na rede são criadas e movidas pela ação de tensões exter-
nas, e são as responsáveis pela deformação plástica do material.
Figura 11 - Defeito Linear
Fonte: Callister (2002, p. 51). 
 ▪ Defeitos planares
Outro defeito comum nas estru-
turas cristalinas é o defeito planar, 
o qual ocorre quando a sequência 
atômica sofre distúrbios, gerando 
um novo sequenciamento ao lon-
go da estrutura cristalográfica. 
Ainda, outro tipo de defeito planar 
é o gerado na interface entre dois 
cristais, conhecido como contor-
no de grão. Essa região é muito 
mais reativa do que o restante do 
cristal e, consequentemente, mais 
facilmente atacável por ácidos e, 
assim, facilmente revelável nas 
análises cristalográficas.
21MATERIAIS E ENSAIOS
Relembrando
Nesta unidade você transi-
tou por conceitos e termos 
importantes, como: classifi-
cação dos materiais, átomos, 
ligações químicas, células 
unitárias, solidificação e de-
feitos. Você aprendeu que 
os materiais são classificados 
de acordo com os elementos 
químicos presentes e suas li-
gações. As principais classes 
são: metálica, polimérica, ce-
râmica e compósitos. Apren-
deu que os átomos podem 
assumir estruturas definidas 
e ordenadas, é o caso da 
estrutura cristalina, ou não 
seguirem ordem nenhuma, 
é o caso dos materiais amor-
fos. Você também conheceu 
como ocorre a solidificação 
de um material cristalino e 
os defeitos que estarão pre-
sentes nos cristais. Bastan-
te, não? Mas não pense que 
acabou! Estamos apenas co-
meçando... vamos juntos!
 ▪ Defeitos volumétricos
É um defeito que se apresenta em escalas maiores, podendo ser inclusive 
visível a olho nu, e ocorre devido ao rearranjo dos átomos do material 
quando em estado fundido para uma estrutura cristalina rígida.
Este defeito é conhecido como contrações ou vazios internos. Pode afe-
tar grandemente a resistência do produto final dependendo de seu design.
Unidade de 
estudo 2
 
Seções de estudo 
Seção 1 – Propriedades físicas
Seção 2 – Propriedades químicas
Seção 3 – Propriedades mecânicas
23MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 1
Propriedades físicas
As principais propriedades dos 
materiais, como cor, densidade, 
dureza, resistência à corrosão, 
dentre outras, podem ser classifi-
cadas como propriedades físicas 
ou químicas em função das mu-
danças sofridas no seu estado da 
matéria, superfície, composição, 
etc.
Já em relação à resposta de um 
material a um esforço aplicado, 
as propriedades físicas envolvidas 
são classificadas como proprieda-
des mecânicas.
Quando um material recebe a 
aplicação de uma tensão, como 
resposta ele irá se deformar. Se o 
esforço for de baixa intensida-
de, ao ser retirado o produto re-
tornará à sua forma original, pois 
sofre somente o que se chama de 
deformação elástica. Já se o es-
forço for de magnitude suficiente 
para gerar o escorregamento de 
planos cristalinos do material, fa-
zendo com que as discordâncias 
se movimentem do interior do 
grão em direção ao seu contor-
no, mesmo após a retirada desse 
esforço o material continuará de-
formado, pois sofreu uma defor-
mação plástica. Você conhecerá 
as características desses dois ti-
pos de deformação mais à frente. 
Aguarde!
Propriedades dos Materiais
As propriedades físicas dos ma-
teriais são aquelas que podem ser 
observadas diretamente no mate-
rial, como densidade, cor, dureza, 
dentre outras. Algumas das pro-
priedades físicas mais importantes 
estão listadas abaixo.
Temperaturas de 
transformação de fases
São as temperaturas nas quais os 
materiais mudam de fase, como 
por exemplo, do sólido para o 
líquido e posteriormente para 
o vapor, e vice-versa. A pressão 
ambiente influencia diretamente a 
temperatura de mudança de fase. 
A temperatura de solidificação/
fusão é a temperatura na qual o 
material passa do estado líquido 
para o sólido, ou do sólido para o 
líquido. Já o ponto de ebulição é 
aquele cujo líquido se transforma 
em vapor, e o de condensação, o 
vapor se torna líquido.
DICA 
O exemplo mais comum de 
transformação de fases é a 
formação de gelo no freezer 
(solidificação) ou seu des-
gelo (fusão). Já a ebulição 
pode ser observada ao fer-
ver essa mesma água.
Baixa intensidade: Relativo a 
cada material. 
24 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Densidade
É a relação da massa por unidade 
de volume: 
ρ = m
 V
Massa específica
É a relação da densidade do ma-
terial em estudo com a densidade 
da água a 4°C. Nesta temperatura 
a água tem uma densidade de 1 g/
cm3.
Condutividade especí-
fica
É uma propriedade intrínseca do 
material que se refere à capacida-
de deste conduzir calor através de 
sua estrutura cristalina em direção 
à região de menor temperatura. 
Expansão térmica
Quando um material é aquecido, 
ele recebe energia na forma de ca-
lor, fazendo com que as ligações 
químicas entre os átomos vibrem 
com maior intensidade e com isso 
a sua distância interatômica au-
mente. Essa expansão pode ser 
tanto linear e superficial quanto 
volumétrica. Industrialmente, cer-
tos acoplamentos são feitos uti-
lizando esta propriedade. Temos 
como exemplo a junção de uma 
engrenagem com um eixo: aque-
ce-se essa engrenagem fazendo-a 
dilatar, e em seguida procede-se a 
união de ambos, ao resfriar o dis-
positivo a engrenagem volta a se 
contrair e, desta forma, unindo-se 
fortemente ao eixo.
DICA 
Você já observou que existem “folgas” nas pontes, trilhos de trem 
e calçadas? Sabe por quê? Para compensar a dilatação desses ma-
teriais quando submetidos a altas temperaturas. 
Condutividade e resistividade elétrica
Indica a capacidade dos elétrons se moverem através dos átomos uni-
dos por ligações metálicas. A condutividade indica a capacidade de o 
material conduzir eletricidade, enquanto a resistividade é a medida da 
resistência oferecida nesta condução.
Permeabilidade magnética
É a facilidade com a qual um material pode ser magnetizado.
Transparência
Indica qual é a capacidade de um material conduzir ondas luminosas 
através dele, pode ser classificado como opaco (nenhuma luz passa por 
ele), translúcido (pouca luz passa por ele) ou transparente (consegue-se 
ver do outro lado com nitidez). 
Figura 12 - Material Transparente, Translúcido e Opaco
Fonte: Callister (2002, p. 3).
25MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 2
Propriedades químicas
Oxidação
Indica a capacidade de o mate-
rial se deteriorar pela formação 
de óxidos através da interação do 
material com o meio, como por 
exemplo, a oxidação do ferro, na 
qual o elemento ferro (Fe) reage 
com o oxigênio (O) do meio for-
mando o óxido de ferro, ou seja, 
a ferrugem.
Corrosão
Corrosão pode ser definida como 
sendo a deterioração do mate-
rial que reage com o meio, sen-
do literalmente consumido neste 
processo, o que ocasionauma 
diminuição de sua resistência às 
tensões a que for submetido. 
A corrosão normalmente não é 
expressa em valores quantitativos, 
e sim em qualitativos, os quais in-
dicam qual é o grau de resistência 
à corrosão do material em deter-
minado meio, como por exemplo, 
o cobre (Cu) que possui boa re-
sistência à corrosão em ambientes 
marítimos. 
A corrosão é um processo eletro-
químico e envolve dois processos 
químicos distintos: a oxidação e 
a redução. O primeiro consiste 
na retirada de elétrons do átomo, 
enquanto o segundo na adição de 
elétrons. 
DICA 
Observe à sua volta os produtos ferrosos que estão no ambiente sem 
proteção de tinta ou verniz, e veja que sobre a superfície deles exis-
tirá uma pequena camada de ferrugem, ou seja, do óxido de ferro 
formado durante a oxidação desse metal. 
SEÇÃO 3
Propriedades 
mecânicas
As propriedades mecânicas são 
aquelas que envolvem a reação de 
um corpo como resposta a uma 
tensão aplicada, também apre-
sentam as escalas de aplicação 
do produto, vida útil esperada e 
características de processamen-
to permitidas. Servem ainda para 
classificar os materiais metálicos 
em materiais dúcteis ou frágeis. 
Tensão
Tensão é a terminologia utilizada 
para expressar a carga aplicada 
sobre uma seção transversal em 
termos de força. Essa tensão é 
distribuída de forma uniforme no 
interior do material. 
Deformação 
Deformação (elongação) é a res-
posta do material a uma tensão 
aplicada sobre o mesmo. Quando 
submetidos a um esforço, os áto-
mos alojados na estrutura crista-
lina tendem a se deslocar de suas 
posições primitivas no espaço. 
Quando esse esforço acontecer 
dentro da zona elástica e cessar, 
os átomos retornarão para suas 
posições originais. Porém, se tive-
rem sido deslocados para outros 
sítios, não mais retornarão, defor-
mando plasticamente o material. 
Elongação: é a relação entre a va-
riação dimensional do material em 
função de uma carga aplicada e seu 
tamanho inicial.
Deformação elástica
Quando um material é submetido 
a um esforço que cause deforma-
ção na forma final do produto de-
nomina-se que o material sofreu 
uma deformação elástica. 
Esta deformação se dá de ma-
neira microestrutural na estrutu-
ra cristalina do material, gerando 
tensões nessa estrutura, porém 
sem causar a movimentação das 
discordâncias através do cristal 
(grão).
Figura 13 - Deformação Causada pela 
Aplicação de Uma Força F sobre A 
Seção Transversal de Área A0
Fonte: Callister (2002, p. 80). 
26 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Deformação plástica
Já quando aplicadas tensões for-
tes o suficiente para deformar 
permanentemente o material, diz-
se que esse material sofreu uma 
deformação plástica. 
Deformações plásticas são de-
correntes da movimentação das 
discordâncias lineares no interior 
do cristal até a região do contor-
no de grão. Ao mesmo tempo em 
que defeitos pontuais intersticiais 
podem aumentar a resistência do 
material à deformação, como por 
exemplo a adição de carbono (C) 
no aço, certas características dos 
materiais podem ser alteradas pe-
las deformações plásticas nos ma-
teriais. Um exemplo deste proces-
so é o encruamento, que gera uma 
distorção nos cristais e proporcio-
na uma maior rigidez no material. 
Exemplos de conformação mecâ-
nica com o propósito de melhorar 
a qualidade do metal são: extru-
são, trefilação e laminação a frio.
DICA 
Aplicando um esforço sobre 
um elástico, este irá se de-
formar e retornar à sua po-
sição original após o esforço 
ser retirado, pois sofreu so-
mente deformação elástica. 
Já uma goma de mascar, 
por exemplo, não retorna-
ria mais ao seu tamanho ini-
cial, pois sofre deformação 
plástica. 
Tenacidade
A tenacidade indica a capacidade 
de um material absorver energia 
quando sujeito à deformação até 
se romper. Esta propriedade é de 
extrema importância, principal-
mente em produtos que estejam 
sujeitos a esforços de impacto e 
choque. Um aço 1020 apresenta 
maior tenacidade do que um ferro 
fundido cinzento, por exemplo.
Dureza
Na metalurgia considera-se como 
sendo a resistência de um material 
à deformação permanente pela 
aplicação de uma carga localiza-
da, normalmente por meio de um 
identador de carboneto ou dia-
mante. Já na mineralogia conside-
ra-se como sendo a resistência ao 
risco de um mineral, dureza esta 
dada em função da escala Mohs 
de que vai de 1 para o talco a 10 
para o diamante. 
DICA 
A dureza de um produto po-
derá ser alterada em função 
de tratamentos térmicos ou 
termoquímicos.
Ductibilidade
Propriedade definida de forma 
qualitativa que indica a capacidade 
de deformação (estiramento) de 
um material sob esforço até seu 
rompimento, normalmente asso-
ciada à formação de filamento, ou 
seja, quanto mais dúctil for um 
material, maior será a capacida-
de desse material ser deformado 
plasticamente por meio dos pro-
cessos de conformação mecânica 
como: trefilação, laminação, etc. 
Materiais que exibem alta ducti-
bilidade são o ouro (Au), o cobre 
(Cu), o alumínio (Al), dentre ou-
tros.
DICA 
Você sabia que é possível 
dar um “nó” no ferro? Em 
sua próxima aula de labo-
ratório tente fazer isso uti-
lizando um aço 1020 redon-
do de ¼. Aqueça a região a 
ser dobrada acima dos 1100 
°C e faça o nó.
Maleabilidade 
É uma propriedade muito seme-
lhante à ductibilidade, porém en-
quanto esta indica a capacidade de 
um material ser deformado para a 
formação de filamentos, a male-
abilidade se refere à capacidade 
de um material ser laminado. Um 
material de uso cotidiano que exi-
be alta maleabilidade é o alumínio 
(Al), com o qual é possível formar 
o papel alumínio. O ouro (Au) é o 
material que exibe maior capaci-
dade de ser laminado.
27MATERIAIS E ENSAIOS
Fragilidade
A fragilidade é uma propriedade com características opostas à ductibi-
lidade, ou seja, quanto maior a fragilidade de um material, maior será 
a chance dele quebrar quando submetido a um esforço externo sem 
apresentar deformações plásticas. Como exemplo de materiais frágeis 
pode-se destacar vidros e cerâmicas em geral, ferro fundido cinzento, 
aço ferramenta de elevada dureza, dentre outros.
A velocidade da aplicação de um esforço, bem como a temperatura do 
material têm influência direta sobre esta propriedade. Quanto maior a 
velocidade (energia) de impacto, maior será a possibilidade de um mate-
rial exibir uma fratura frágil (tijolo colocado sobre uma mesa de vidro x 
tijolo lançado sobre uma mesa de vidro). Já a diminuição das temperatu-
ras limita a mobilidade das ligações químicas, o que acaba por enrijecer 
o material e, consequentemente, torná-lo mais frágil.
Figura 14 - Nó de Ferro
Fonte: Panoramio (2009). 
Resiliência
É a máxima energia que um material pode absorver durante a aplicação 
de um esforço dentro de sua zona elástica e liberá-la quando descarre-
gado. 
Relembrando
Nesta unidade de ensino 
você conheceu as princi-
pais propriedades físicas, 
químicas e mecânicas dos 
materiais e seus conceitos. 
O conceito de propriedade 
mecânica aprendido nesta 
unidade lhe acompanhará 
ao longo de toda sua vida 
profissional no setor metal 
mecânico. Por isso, é impres-
cindível uma aprendizagem 
significativa em torno desse 
conceito. Se você ainda esti-
ver com dúvida sobre alguma 
propriedade, é hora de voltar 
e estudar um pouco mais. 
Pesquise mais sobre as pro-
priedades mecânicas na lite-
ratura especializada. Vamos! 
Concentre-se em sua apren-
dizagem!
Unidade de 
estudo 3
 
Seções de estudo 
Seção 1 – Siderurgia
Seção 2 – Ligas metálicas
Seção 3 – Microconstituintes do aço
Seção 4 – Aço-liga
Seção 5 – Aço ferramenta
Seção 6 – Aços inoxidáveis
Seção 7 – Ferros fundidos
29MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 1
Siderurgia
Há milênios o homem utiliza 
metais para a fabricação de seus 
utensílios e armas. Inicialmen-
te empregava metais nobres por 
serem facilmente encontrados 
na sua forma nativa na natureza, 
como o ouro (Au) e o cobre (Cu), 
e em seguida passou a utilizar 
também ligas, como o bronze – 
Cobre (Cu) mais estanho (Sn).
O conjunto de técnicasque a hu-
manidade desenvolveu ao longo 
dos milênios para a extração e ma-
nipulação dos metais e suas ligas 
é chamado de metalurgia. E um 
dos campos específicos desta, que 
se dedica à fabricação e ao trata-
mento dos aços, é a siderurgia. O 
início da exploração e utilização 
do ferro (Fe) se deu somente por 
volta de 1200 a.C. 
Minério
É um composto mineral extraído 
da natureza com quantidades sig-
nificantes do elemento metálico. 
Por exemplo, o ferro (Fe) pode ser 
obtido dos seguintes minerais: he-
matita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), 
limonita (FeO[OH]), pirita (FeS2), 
dentre outros. 
Materiais Metálicos Ferrosos
Após a mineração, que pode ser 
a céu aberto ou subterrânea, o 
minério de ferro é preparado e 
enviado para as siderúrgicas para 
a redução do óxido de ferro em 
ferro-gusa.
Ferro-gusa: é o ferro resultante 
da redução do minério de ferro 
em altos fornos utilizando o 
coque (carvão) como combustível 
e carburante e o calcário como 
fundente. Seu percentual de 
carbono (C) é em média de 4 a 5%, 
além de outros elementos.
Figura 15 - Minério de Ferro
Fonte: Industry Player (2009).
Alto-forno (redução)
A redução do minério de ferro 
em ferro-gusa se dá no alto-for-
no, usando como combustível o 
coque (carvão mineral ou vegetal) 
e como fundente o calcário. 
O minério de ferro é triturado 
até a granulometria especificada 
no processo, e então carregado 
no alto-forno juntamente com os 
fundentes e o coque.
O fundente normalmente é o cal-
cário e tem por objetivo a sepa-
ração das impurezas do processo 
que sairão na forma de escória.
Já o coque é obtido a partir de 
carvão vegetal ou mineral aque-
cido a temperaturas superiores a 
1000 °C em câmaras herméticas. 
O resultado final será um mate-
rial rico em carbono. Atua como 
combustível e agente carburante 
no processo.
Esquema de
operação de um
alto forno
C
o
q
u
e
M
in
é
ri
o
 d
e
 f
e
rr
o
C
a
lc
á
ri
o
Tran
sp
o
rtad
o
r
Saída de
escóriaS
a
íd
a
 d
e
 f
e
rr
o
 g
u
sa
In
je
çã
o
 d
e
 a
r
Alimentador
1200°C
1650°C
500°C
Figura 16 - Alto-Forno
Fonte: MSPC Informações Técnicas (2009).
30 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Aciaria
A aciaria é o setor da siderúrgica 
responsável pela purificação do 
ferro-gusa para obtenção do aço. 
É nesta etapa que ocorre também 
o refino do aço e a adição de ele-
mentos de ligas. 
O material alimentado é o gusa 
líquido ou sólido e a sucata, e o 
produto final é o aço. Ocorre a 
redução do carbono, que geral-
mente é de 4-5% para níveis mui-
to baixos, podendo ser inferior a 
0,1%. A maior parte desse aço é 
solidificada em lingotamento con-
tínuo ou convencional na forma 
de tarugos ou blocos.
 
Figura 17 - Lingotamento Contínuo
Fonte: STEEL Production (Processes & 
Products) (2009).
Laminação
Os blocos produzidos na aciaria 
são laminados na forma de chapas 
ou perfis, melhorando as proprie-
dades do aço, além de dar forma 
ao material. 
Figura 18 - Laminação
Fonte: STEEL Production (Processes & 
Products) (2009).
SEÇÃO 2
Ligas metálicas
Somente alguns poucos materiais 
são utilizados na sua forma pura, 
a grande maioria dos materiais 
metálicos utilizados na indústria 
se encontra na forma de liga. 
Uma liga é o resultado da incor-
poração de outros elementos ao 
material base com o propósito de 
lhe conferir propriedades diferen-
ciadas, como por exemplo, uma 
melhor resistência à corrosão e a 
altas temperaturas de trabalho ou 
simplesmente para aumentar sua 
resistência mecânica.
Historicamente, os primeiros ma-
teriais metálicos utilizados pelo 
homem eram feitos de liga de co-
bre (Cu), como o bronze: liga de 
cobre (Cu) e estanho (Sn).
Exemplos de ligas utilizadas em 
produtos industriais:
 ▪ aço ao carbono comum – 
ferro (Fe) e carbono (C);
 ▪ aço inoxidável – ferro (Fe), 
carbono (C), cromo (Cr) e níquel 
(Ni);
 ▪ bronze – cobre (Cu) e esta-
nho (Sn);
 ▪ ferro fundido – ferro (Fe) e 
carbono (C); e
 ▪ latão – cobre (Cu) e zinco 
(Zn).
As propriedades finais das ligas 
são alcançadas pela manipulação 
dos elementos presentes e suas 
proporções, bem como pelos 
tratamentos a que essas ligas são 
submetidas ainda na forma de lin-
gotes ou já dos produtos acaba-
dos. Como exemplo, pode-se des-
tacar a incorporação de carbono 
(C) no aço, elevando a dureza do 
aço pela adição do carbono. 
A adição de um segundo elemento 
na matriz metálica poderá gerar no-
vas estruturas: uma solução sólida ou 
a formação de uma segunda fase. 
O diagrama a seguir apresenta a 
classificação das ligas metálicas 
em função dos elementos envol-
vidos, mais especificamente, as 
ligas metálicas ferrosas. 
Solução sólida
Ocorre quando outros elementos 
de liga são dissolvidos na estrutu-
ra cristalina sem que seja gerada 
uma nova fase. Poderão ocupar 
posições intersticiais ou simples-
mente substituir os átomos da es-
trutura cristalina. 
De uma forma ou outra, a dife-
rença do tamanho atômico dos 
átomos envolvidos gerará tensões 
internas na estrutura cristalina de 
compressão ou tração nas regi-
ões ocupadas pelo soluto. Como 
consequência, o deslizamento dos 
planos cristalinos e a movimenta-
ção das discordâncias necessitarão 
de maior energia. Por exemplo, a 
adição de 30% de níquel em cobre 
aumenta a sua resistência de tra-
ção de 172 para 379 MPa.
Soluto: elemento que será 
dissolvido, exemplo: o açúcar 
do xarope. 
Solvente: meio em que o so-
luto será dissolvido. Solvente 
universal: água.
31MATERIAIS E ENSAIOS
Diagrama 1 - Classificação das Ligas Ferrosas
Fonte: Callister (2002, p. 248). 
32 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Segunda fase 
Quando se adiciona elementos 
que não são solúveis, ou que têm 
solubilidade incompleta na ma-
triz, haverá a formação de uma 
segunda fase resultante da preci-
pitação desse soluto. Como resul-
tado, a resistência, a ductibilidade, 
a rigidez e a resistência à corrosão 
sofrerão alterações, tanto para 
mais quanto para menos, de acor-
do com os elementos envolvidos 
e a forma com que eles se preci-
pitam.
O ferro fundido é um exemplo 
da formação de uma segunda fase 
oriunda da precipitação do ele-
mento carbono (C) (soluto com 
solubilidade parcial) no ferro (Fe) 
(solvente). Através de processos 
de fundição e adição de outros 
elementos, a grafita poderá se 
precipitar na forma de nódulos, 
lamelas, dentre outras formas. 
 
SEÇÃO 3
Microconstituintes do 
aço
Ao analisar a microestrutura do 
aço em função do percentual de 
carbono e condições de resfria-
mento, será possível observar di-
ferentes microestruturas, as quais 
por sua vez também apresentaram 
características mecânicas particu-
lares. Essas microestruturas são 
chamadas de microconstituintes. 
Os microconstituintes podem 
ser identificados no diagrama de 
equilíbrio ferro – carbono (Fe-
C) e são dependentes do teor de 
carbono e de outros elementos de 
liga, além da temperatura. Dentre 
os mais importantes, podem-se 
destacar ferrita, cementida, perli-
ta, austenita e martensita. 
Figura 19 - Diagrama de Equilíbrio Ferro – Carbono (Fe-C)
Fonte: Callister (2002, p. 253). 
Ferrita
O ferro α (ferrita) apresenta uma 
estrutura cristalina cúbica de cor-
po centrado (CCC), baixa dureza, 
baixa resistência mecânica, grande 
ductibilidade e é ferromagnético. 
A solubilidade máxima de carbo-
no (C) é de 0,008% à temperatura 
ambiente, e pode ser também de-
signado ferro puro. 
Em ligas comerciais o percentual 
de carbono (C) será maior do que 
0,008% e assim além da ferrita 
é possível que a microestrutura 
apresente outros microconstituin-
tes. 
 
Figura 20 - Micrografia de uma Estru-
tura Ferrítica (Ferro Α)
Fonte: Callister (2002, p. 190). 
Cementita
A saturação do carbono (C) na 
ferrita ou na austenita forma a 
cementita, ou carboneto de ferro 
(Fe3C), que é uma fase metaestá-
vel e contém 6,67% de carbono. 
Ao contrário da ferrita e austenita, 
exibe grande dureza e fragilidade, 
e é a responsável pelo aumento de 
resistência nos aços. 
Figura 21 - Micrografia de um Aço 
com 1,4% de Carbono. A Cementida é 
a parte ao redor dos Grãosde Perlita
Fonte: Callister (2002, p. 194). 
33MATERIAIS E ENSAIOS
Perlita
A perlita em si não é uma fase, e 
sim a combinação de duas fases, 
ferrita e cementita. Estas se for-
mam de forma intercalada com 
uma proporção de aproximada-
mente 88,5% e 11,5%, respectiva-
mente.
Microconstituinte muito comum 
na maioria dos aços, contribui sig-
nificativamente para o aumento 
da resistência destes. Sua forma-
ção ocorre a partir do resfriamen-
to lento do ferro Υ(austenita) pela 
difusão controlada do carbono 
(C) para os limites dos grãos de 
austenita. 
Um aço ao carbono comum com 
0,76% de carbono (SAE 1077) é 
designado como sendo um aço 
eutetóide e exibirá somente per-
lita em toda sua microestrutu-
ra. Aços com percentual menor 
de carbono (C) são classificados 
como hipoeutetóides e aços com 
mais de 0,76% de carbono (C) são 
os aços hipereutetóides. 
Figura 22 - Micrografia de uma 
Estrutura Perlítica 
Fonte: Callister (2002, p. 191).
Austenita
Acima de 727 °C o ferro α (ferri-
ta) sofre uma transformação po-
limórfica e passa a se arranjar em 
uma estrutura cristalina cúbica de 
face centrada (CFC), passando a 
ser designado como ferro Υ (aus-
tenita).
Essa é uma solução sólida na qual 
todo o carbono presente (até o 
máximo de 2,11% a 1147 °C) está 
dissolvido na estrutura cristalina 
do ferro (Fe), apresenta boa te-
nacidade, resistência mecânica e é 
não magnética. 
Processos de tratamento térmi-
co como têmpera requerem que 
o aço seja austenitizado para en-
tão ser submetido a um gradiente 
de resfriamento. Nesse processo 
ocorrerá a transformação de ferro 
α em ferro Υ e em seguida este em 
outro microconstituinte, como a 
martensita. 
A transformação de fase de α → 
Υ e Υ → α é acompanhada de mu-
danças no volume do material, 
uma vez que o fator de empaco-
tamento das duas estruturas é li-
geiramente diferente. A alteração 
volumétrica pode ser responsável 
pela criação de tensões internas 
em peças tratadas termicamente. 
Figura 23 - Micrografia de uma 
Estrutura Austenítica 
Fonte: Callister (2002, p. 190). 
Reação eutetóide: a rea-
ção eutetóide ocorre em 
aços ao carbono comum 
a uma temperatura de 727 °C 
e 0,76% de carbono. Nessa re-
ação toda a austenita (ferro Υ) 
é transformada em perlita (fer-
rita mais cementita em lamelas 
alternadas). 
34 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Martensita
A martensita é uma fase metaes-
tável de ferro (Fe) supersaturado 
com carbono (C), obtida pelo tra-
tamento térmico de têmpera. O 
aço austenitizado é resfriado rapi-
damente sem que dê tempo para 
que o carbono (C) difunda dessa 
estrutura na qual está dissolvido 
e forme o Fe3C. Obrigando, en-
tão, que o ferro (Fe) se arranje em 
uma estrutura tetragonal de corpo 
centrado (TCC) que retém o car-
bono (C). 
Essa estrutura é a responsável 
pelo aumento de dureza e rigidez 
no aço temperado, conferindo ao 
aço propriedades mecânicas de 
maior interesse comercial, em que 
a dureza e resistência são deseja-
das. 
Por ser uma fase metaestável, e 
estar longe do equilíbrio, não apa-
rece no diagrama de equilíbrio da 
liga ferro carbono (Fe-C). O grau 
de martensita formada dependerá 
da quantidade de carbono e ou-
tros elementos de liga e também 
do gradiente de resfriamento ao 
qual o aço for submetido. 
Figura 24 - Micrografia de uma Estru-
tura Martensítica 
Fonte: Callister (2002, p. 211).
Martensita revenida
A martensita obtida pelo trata-
mento térmico de têmpera pode 
ser muito dura e rígida, porém 
também frágil para muitas aplica-
ções. Com o propósito de alcan-
çar alta dureza, no entanto com 
uma certa ductibilidade e tena-
cidade, a martensita poderá ser 
submetida ao tratamento térmico 
de revenimento. O resultado será 
uma martensita revenida mais fa-
ses de ferro a e cementida. 
Bainita
Exibe uma microestrutura seme-
lhante aos aços perlíticos, porém 
mais refinada (partículas de ferro 
a e Fe3C menores), o que resulta 
em um aço mais duro e resistente. 
SEÇÃO 4
Aço-liga
Embora a designação para o aço 
seja de uma liga ferro (Fe) car-
bono (C) com concentrações de 
carbono variando entre 0,008% 
e 2,11%, na realidade é uma liga 
muito mais complexa e leva em 
sua composição muitos outros 
elementos de liga que serão res-
ponsáveis por suas propriedades. 
Abaixo de 0,008% de carbono (C) 
a liga formada é designada de fer-
ro doce. 
Aço baixa liga
A terminologia de aços ligados é 
utilizada para designar a liga de 
ferro (Fe) e carbono (C) com ou-
tros elementos de liga em percen-
tuais inferiores a 5%. 
Aço alta liga
Aços alta liga possuem em sua 
composição pelo menos 5% de 
elementos de liga, os quais pro-
porcionarão características es-
peciais ao aço em função de sua 
quantidade, proporções e trata-
mento térmico a que o aço for 
submetido. 
Nomenclatura
Ao redor do planeta existem mui-
tos organismos de normatização 
que buscam padronizar metodo-
logias, processos, nomes, etc. Para 
as ligas de aço comercial não é 
diferente, elas são codificadas de 
acordo com normas desses orga-
nismos. 
Entre as nomenclaturas 
destacam-se: UNS – Unified 
Numbering System; ASTM – 
American Society for Testing 
and Materials; DIN – Deuts-
ches Institut für Normung; 
JIS – Japanese Industrial Stan-
dards; BS – British Standards; 
SAE – Society of Automotive 
Engineers; AISI – American 
Iron and Steel Institute; e ISO 
– International Organization 
for Standardization com a 
ISO/TS 4949:2003: Steel Na-
mes Based on Letter Symbols. 
Um aço SAE 1045, por exemplo, 
é designado por C45 na DIN, 
060A47 na BS e S45C na JIS. O 
Brasil adota a nomenclatura 
definida pela AISI/SAE para os 
aços comerciais que seguem a 
seguinte classificação genérica:
35MATERIAIS E ENSAIOS
Tabela 2 - Classificação Genérica de 
Aços segundo a Sae
Designação 
SAE 
Tipo 
1xxx Aço carbono 
2xxx Aço níquel 
3xxx Aço cromo níquel 
4xxx Aço molibdênio
5xxx Aço cromo
6xxx
Aço ao cromo 
Vanádio
7xxx Aço tungstênio
8xxx
Aço ao cromo 
níquel vanádio
9xxx
Aço ao silício man-
ganês
xxBxx Aço boro
xxLxx Aço chumo
FONTE: adaptado de Chiaverini (2002).
Os dois primeiros algarismos de-
finem a liga e os dois últimos o 
percentual centesimal de carbono 
(C). O Aço 1045, por exemplo, 
é um aço comum com 0,45% de 
carbono (C), já um aço 4340 é um 
aço ao cromo-níquel-molibdênio 
com 0,4% de carbono (C). 
SEÇÃO 5
Aço ferramenta
Os aços utilizados na fabricação 
de ferramentas de uso industrial 
requerem propriedades mecânicas 
específicas, como resistência ao 
choque, resistência para o traba-
lho a quente, capacidade de corte 
a frio, dentre outras. 
São produzidos com severas tole-
râncias de composições químicas 
e propriedades físicas. Os princi-
pais elementos químicos presen-
tes em quantidades relativamente 
grandes são tungstênio (W), mo-
libdênio (Mo), vanádio (V) e cro-
mo (Cr). 
São classificados de acordo com 
suas propriedades e aplicações.
Tabela 3 - Classificação de Aços Ferramenta
AISI Definição Exemplo Aplicações comuns
W
Aço ferramenta 
temperável em 
água
W2 Matrizes para cunhagem
S
Aço ferramenta 
resistente ao 
choque
S1 Estampos, culelaria
P
Aço ferramenta 
para moldes para 
plástico
P20
Moldes para injeção de 
plástico
O
Aço ferramenta 
temperável em 
óleo
O1
Ferramentas para dobra de 
chapas
A
Aço ferramenta 
temperável ao ar
A2
Ferramentas de corte e 
repuxo
D
Aço ferramenta 
para trabalho a 
frio
D6
Matrizes para conformação 
a frio de aços
H
Aço ferramenta 
para trabalho a 
quente
H13
Matrizes para trabalho a 
quente de aços
M
Aços rápido ao 
molibdênio
M2
Ferramentas de corte e 
usinagem 
Fonte: CIMM (2009). 
Aço temperável em 
água (W)
Tem alta resistência ao desgaste e 
à abrasão e boa tenacidade. Den-
tre os aços ferramenta é o que 
apresenta melhor soldabilidade. 
Porém pode apresentar trincas e 
distorções durante o tratamento 
térmico. 
Aço resistente ao cho-
que (S) 
Esta classe de aço ferramenta 
apresenta grande tenacidade e re-
sistência ao choque, além de alta 
dureza. Suas principais aplicações 
são em ferramentas de corte.Aço ferramenta para a 
fabricação de moldes para 
plásticos (P)
São aços empregados na 
fabricação de moldes de injeção 
de plástico ou de metais leves. 
Apresentam boa usinabilidade, 
média temperabilidade, boa 
capacidade de polibilidade, além 
de uniformidade de dureza. 
Aço ferramenta tem-
perável ao óleo (O)
Esta classe de aços apresenta uma 
grande temperabilidade, o que 
permite que sejam temperados ao 
óleo. 
Aço ferramenta tem-
perável ao ar (A)
Tem maior temperabilidade do 
que os aços temperáveis em água. 
O meio refrigerante empregado, o 
ar, é o que gera menor gradiente 
de resfriamento. Por esse motivo 
apresenta menos possibilidade 
de distorções e trincas térmicas. 
36 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Porém sua resistência à abrasão é 
moderada. 
Aço ferramenta para 
trabalho a frio (D)
Utilizado para usinagem, confor-
mação e processamento de mate-
riais à temperatura ambiente ou 
pouco elevada. As principais ca-
racterísticas são a elevada dureza, 
a resistência à abrasão e a tenaci-
dade.
Aço ferramenta para 
trabalho a quente (H)
São aços cuja temperatura de apli-
cação pode superar os 200 ºC, e 
nestas condições devem apresen-
tar resistência ao desgaste, ao cisa-
lhamento e à abrasão, mantendo 
a alta dureza conseguida por têm-
pera, a resistência ao desgaste e 
sua tenacidade. Ainda possui alta 
resistência à fadiga térmica. 
Aço rápido ao molib-
dênio (M) ou ao titânio (T)
São aços de elevada dureza e re-
sistência ao desgaste aliada a uma 
boa tenacidade. Sua dureza pode 
chegar a mais de 60 HRC e entre 
suas principais aplicações estão 
ferramentas de corte e usinagem. 
 
Figura 25 - Ferramentas de Usinagem em Aço Rápido
Fonte: Portal da Usinagem (2009).
SEÇÃO 6
Aços inoxidáveis
Dentre os muitos tipos de aço, 
uma classe se destaca para traba-
lhos em que a elevada resistência a 
ambientes corrosivos e altas tem-
peraturas são necessárias, é a dos 
aços inoxidáveis. A sua produção 
envolve a adição de elementos de 
liga, como o cromo (Cr) (>11%) 
e eventualmente o níquel (Ni), 
dentre outros, em quantidades e 
proporções variadas em função 
das características mecânicas e fí-
sicas que se deseja para aplicações 
específicas. 
Para sua nomenclatura normal-
mente é utilizada a equivalência 
dos nomes comerciais com a nor-
ma AISI e classificam-se em cin-
co grupos de acordo com a mi-
croestrutura básica e o tratamento 
térmico possível. Acompanhe!
Austeníticos
Os aços inoxidáveis austeníticos 
são os mais comuns e com carac-
terísticas mais nobres. Contêm 
entre 12% a 30% de cromo (Cr) 
e entre 7% e 25% de níquel (Ni), 
dentre outros elementos adicio-
nados em menores quantidades 
como o titânio (Ti) e o nióbio 
(Nb). São pouco sensíveis à tem-
AISI: American Iron and Steel 
Institute.
37MATERIAIS E ENSAIOS
peratura e podem ser endurecidos 
por têmpera, ou ainda encruados 
e recozidos. As ligas mais comuns 
são a 301, 304, 316 L. 
Ferríticos
São ligas menos nobres que con-
têm entre 16% e 30% de cromo 
(Cr), e cujas propriedades mecâ-
nicas não são alteradas pelos tra-
tamentos térmicos. Suas caracte-
rísticas mecânicas são inferiores, 
porém são mais inoxidáveis do 
que o primeiro grupo. Uma liga 
característica é a AISI 430.
Martensíticos
Possuem elevado teor de carbono, 
o que lhes confere alta capacidade 
de endurecebilidade por têmpera. 
O teor de cromo (Cr) varia entre 
12% a 16% e de carbono (C) entre 
0,1% a 0,4%. Apresentam menor 
inoxibilidade do que os ferríticos, 
porém com qualidades mecâni-
cas otimizadas. As ligas 410 e 420 
compõem esta classe. 
Duplex
Aços com baixo teor de carbono 
ligados ao cromo (Cr) e ao níquel 
(Ni), obtendo uma microestrutura 
mista de austenita e ferrita. Apre-
sentam boa resistência à corrosão 
aliada à resistência mecânica, além 
de melhor soldabilidade do que os 
aços inoxidáveis austeníticos. 
Endurecíveis por preci-
pitação
O teor de níquel (Ni) é reduzido, 
aproximadamente 4%, porém ou-
tros elementos como o cobre (Cu) 
são adicionados com o propósito 
de promover a precipitação. Sua 
resistência à corrosão é equivalen-
te aos austeníticos e suas proprie-
dades mecânicas semelhantes aos 
martensíticos. 
Aços inoxidáveis ferríticos, mar-
tensíticos e duplex exibem a pro-
priedade de serem ferromagnéti-
cos, enquanto os demais são ferro 
não magnéticos, ou seja, não são 
atraídos por imãs. 
A característica de resistência à 
oxidação (inoxidáveis) se dá gra-
ças à formação de uma fina pe-
lícula de óxido de cromo muito 
aderente e impermeável ao oxigê-
nio (O) e a muitos outros produ-
tos químicos corrosivos. 
Tabela 4 - Classificação dos Aços Inoxidáveis
Elementos de liga 
(principais) 
Microestrutura
Microestrutura Endurecibilidade Exemplos 
Série AISI 4XX 
(ao cromo)
Martensítica Endurecível AISI 416 / 420
Ferrítica Não endurecível AISI 430
Série AISI 3XX 
(ao cromo / 
níquel)
Autenítica Não endurecível
AISI 302 / 303 
/ 316
Não endurecível
AISI 321 (Ti) / 
AISI 347 (Nb) - 
estabilizados
Duplex Não endurecíveis AISI 329
Fonte: adaptado de Chiaverini (2002). 
Inoxidáveis: Resistentes à 
corrosão. 
38 CURSOS TÉCNICOS SENAI
SEÇÃO 7
Ferros fundidos 
Pelo estudo do diagrama de equi-
líbrio Fe-C (Ferro – Carbono) de-
fine-se o ferro fundido como uma 
liga de ferro (Fe) e carbono (C), 
com o carbono presente entre 
2,11 e 6,67%. O terceiro elemen-
to é o silício (Si) que se encontra 
geralmente entre 1 e 3% e é o 
responsável pela precipitação da 
grafita. O carbono (C) excedente 
(grafita) parcialmente “livre” na 
forma de lamelas, veios ou nódu-
los é o responsável pelas proprie-
dades do material como a absor-
ção à vibração. A palavra “ferro 
fundido” poderá ser abreviada em 
algumas literaturas por FºFº.
A grafita livre é quem determina 
as propriedades mecânicas e tam-
bém sua nomenclatura. Os ferros 
fundidos são classificados como 
ferro fundido cinzento, branco, 
maleável, nodular e vermicular. 
Também podem ser classificados 
de acordo com o percentual de 
carbono (C). Entre 2,11% e 4,3% 
é considerado um ferro fundido 
hipoeutético, com 4,3% de carbo-
no (C) é eutético, e acima de 4,3% 
até 6,67% será hipereutético. 
Tabela 5 - Composição Típica de Ligas de Ferro Fundido 
Composição típica (%)
Ferro 
fundido
Carbono Silício Manganês Enxofre Fósforo
Cinzento 2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,2 – 1,0 0,02 – 0,25 0,02 – 1,0
Nodular/
dúctil
3,0 – 4,0 1,8 – 2,8 0,1 – 1,0 0,01 – 0,03 0,01 – 0,1
Vermicular/
grafita 
compactada
2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,2 – 1,0 0,01 – 0,03 0,01 – 0,1
Maleável 2,0 – 2,9 0,9 – 1,9 0,15 – 1,2 0,02 – 0,2 0,02 – 0,2
Branco 1,8 – 3,6 0,5 – 1,9 0,25 – 0,8 0,06 – 0,2 0,06 – 0,2
Fonte: Chiaverini (2002, p. 495). 
Maleável
Perlítico
FºFº
Maleável
Ferrítico
FºFº
FºFº
Branco Cinzento
Perlítico
FºFº
Cinzento
Ferrítico
FºFº
Dúctil
Perlítico
FºFº
Dúctil
Ferrítico
FºFº
Te
m
p
e
ra
tu
ra
Ferros Fundidos
Comerciais M /CegResfriamento
Fe3C C
Rápido
P + Fe3C
Moderado
P + Gf
Lento Moderado
P + Gn
Lento
α + Gnα + Gf
Rápido
P + Gr
Lento
α + Gr
G
Fe3C
FºFº
P
α
: Cementita
: Ferrita
: Grafita
: Perlita
: Ferro Fundido
Abreviaturas:
~ ~
~ ~
~ ~
Reaquecimento a:
~700 C - 30min°
Figura 26 - Microconstituintes Típicos dos Ferros Fundidos
Fonte: Callister (2002, p. 255). 
39MATERIAIS E ENSAIOS
Ferro fundido cinzento
O carbono livre (grafita) se en-
contra na forma de lamelas, carac-
terizando dessa forma uma fratu-
ra de coloração cinza-escuro. O 
restante desse carbono está como 
carboneto (Fe3C). Apresenta ex-
celente absorção a vibrações, por 
esse motivo é muito utilizado em 
estruturas de máquinas e equipa-
mentos, além de ser fácil de fun-
dir e usinar, no entanto, apresenta 
baixa resistência mecânica e fratu-
ra frágil. 
Figura 27 - Micrografia de um Ferro 
Fundido Cinzento Ferrítico
Fonte: Callister (2002, p. 253).
Figura 28 - Comparação entre a Amplitude de Vibração de um Aço e um Ferro 
Fundido em Função do Tempo
Fonte: Callister (2002, p. 255). 
Ferro fundido branco
Praticamente todo o carbono estáretido na forma combinada de 
carboneto (Fe3C) devido às suas 
condições de fabricação com me-
nos silício. A sua fratura terá uma 
característica mais clara. É a classe 
de ferro fundido mais dura. Uma 
de suas aplicações é em roletes de 
laminação. 
Figura 29 - Micrografia de um Ferro 
Fundido Branco
Fonte: Chiaverini (2002, p. 253).
40 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Ferro fundido 
maleável
O ferro fundido maleável é obti-
do por meio do tratamento térmi-
co de maleabilização a partir do 
ferro fundido branco. A grafita se 
transformará em nódulos. 
Figura 30 - Micrografia de um Ferro 
Fundido Maleável
Fonte: Chiaverini (2002, p. 253). 
Ferro fundido nodular
Dentre os ferros fundidos é o 
mais dúctil, propriedade que é 
obtida pelo tratamento térmico 
ainda no estado líquido. A grafita 
esferoidal resultante é a responsá-
vel por essa ductibilidade. 
Figura 31 - Micrografia de um Ferro 
Fundido Nodular
Fonte: Chiaverini (2002, p. 253).
Ferro fundido 
vermicular
Também conhecido como com-
pacted graphite iron (CGI), foi des-
coberto ao acaso durante a fun-
dição do ferro fundido nodular e 
seu uso se dá há mais de 30 anos, 
porém somente na última década 
passou a ser empregado em com-
ponentes mais complexos como 
blocos de motores, substituindo 
o cinzento. Leva em sua composi-
ção magnésio (Mg) em uma faixa 
muito estreita, elemento este que 
faz com que a grafita livre se for-
me como estrias grossas (seme-
lhante a vermes), origem do nome 
vermicular. 
41MATERIAIS E ENSAIOS
Relembrando
Nesta unidade de ensino nos 
concentramos nas ligas me-
tálicas. Você aprendeu sobre 
siderurgia, as classificações 
das principais ligas metáli-
cas ferrosas e a sua nomen-
clatura. Conheceu ainda os 
microconstituintes principais 
dessas ligas. 
Na próxima unidade você 
aprenderá sobre materiais 
metálicos não ferrosos. Ain-
da há muito pela frente. Con-
tinuemos juntos!
Destaca-se por apresentar boa resistência mecânica (praticamente o 
dobro do cinzento), capacidade de amortecimento a vibrações, pouco 
sensível a choques térmicos, tenacidade e ductibilidade. A grafita que se 
encontra tanto na forma de veios (ferro fundido cinzento) quanto em 
nódulos (ferro fundido nodular) é a responsável por essas características 
mecânicas. 
Figura 32 - (A) Micrografia de um Ferro Fundido Vermicular, (B) Micrografia da 
Grafita no CGI
Fonte: Mocellin et al. (2004). 
Unidade de 
estudo 4
 
Seções de estudo 
Seção 1 – Os tipos de materiais metáli-
cos não ferrosos
43MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 1
Os tipos de materiais 
metálicos não ferrosos
Alumínio (Al)
O alumínio (Al) se destaca pela 
sua elevada condutibilidade tér-
mica e elétrica aliada a uma baixa 
densidade, além de ser o elemento 
metálico mais abundante na cros-
ta terrestre. Do latim aluminium, 
apresenta uma densidade de 2,700 
g/cm3 e um ponto de fusão de 
660°C. Sua aparência é de cinza 
prateado fosco. 
É um metal bastante resistente à 
corrosão, dúctil, aceita tratamen-
tos térmicos que lhe conferem 
maior dureza e rigidez, além de 
formar ligas com propriedades di-
ferenciadas com inúmeros outros 
metais, como cobre (Cu), manga-
nês (Mn), magnésio (Mg), dentre 
outros. A condutibilidade térmica 
e elétrica, por exemplo, é altamen-
te dependente do grau de pureza 
da liga. A resistência à corrosão 
se dá em função da formação do 
óxido de alumínio (Al2O3) em sua 
superfície. 
Tais características o habilitam 
para aplicações na indústria aero-
náutica, naval, de transporte, de 
condutores elétricos, trocadores 
de calor, da construção civil, utili-
dades domésticas e muitas outras. 
É um dos metais mais reciclados, 
visto sua facilidade de recolhi-
mento e seu preço de revenda, 
aliados a um consumo energético 
de até vinte vezes menor do que a 
sua obtenção a partir do seu mi-
nério natural, a bauxita. 
Materiais Metálicos Não Ferrosos
Chumbo (Pb)
Do latim plumbum, tem densidade 
de 11,340 g/cm3 e ponto de fusão 
de 327 °C. Sua aparência é bran-
ca azulada quando cortado, em 
contato com o ar se oxida ficando 
cinza. 
Embora tóxico e pesado, é mui-
to utilizado em construção civil, 
baterias, munição, proteção con-
tra raios X, ligas de solda, lastros, 
gaxetas, tipos de pigmentos, tipo-
grafia, etc. As propriedades que 
o tornam interessante industrial-
mente são sua alta maleabilidade, 
flexibilidade, lubricidade, além da 
condutibilidade elétrica. Em con-
trapartida, seu ponto de fusão, sua 
resistência mecânica e dureza são 
baixos. 
A sua utilização como elemento 
de proteção contra radiações de 
raios X e raios gama é devido à 
sua alta densidade. Finas placas 
deste material podem substituir 
paredes de concreto de maior es-
pessura aplicadas com o mesmo 
propósito. 
Forma ligas com outros metais 
como antimônio (Sb), estanho 
(Sn), cobre (Cu), etc. 
DICA 
O chumbo é um metal pe-
sado que pode provocar 
graves danos à saúde hu-
mana. Pesquise mais sobre 
a toxicologia do chumbo na 
internet.
Recolhimento: Como latas 
de bebidas, por exemplo. 
44 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Cobre (Cu)
O cobre (Cu) é um dos primei-
ros metais utilizados pelo ho-
mem. Tem coloração avermelha-
da brilhante e possui densidade 
de 8,950 g/cm3 com um ponto de 
fusão de 1083 °C. 
Dentre suas propriedades mecâni-
cas, destacam-se a ductibilidade e 
maleabilidade, o que permite que 
seja estampado, estirado, confor-
mado. Ainda como um excelente 
condutor térmico e elétrico é am-
plamente utilizado em condutores 
elétricos e trocadores de calor. 
Em ambientes corrosivos, resiste 
muito bem à oxidação. 
Forma ligas com vários metais, 
dos quais os mais conhecidos são 
as ligas de cuproníquel (cobre 
mais níquel), o latão (cobre mais 
zinco) e o bronze (cobre mais es-
tanho).
Cromo (Cr)
O cromo (Cr) é um metal cinza 
com característica semelhante ao 
aço. Sua densidade é de 7,200 g/
cm3 e seu ponto de fusão é de 
1907 °C.
Além da sua aplicação como ele-
mento de liga em aços inoxidáveis 
e aços resistentes ao calor, por 
exemplo, também é muito empre-
gado por eletrodeposição em aços 
para melhorar sua resistência à 
corrosão e oxidação e pigmentos.
A alta resistência à corrosão do 
cromo é devida à formação de 
uma camada muito fina, aderente 
e resistente, o óxido de cromo. 
Estanho (Sn)
O estanho (Sn) se caracteriza 
como um material branco pratea-
do com densidade de 7,310 g/cm3 
e ponto de fusão de 231 °C.
Utilizado pela humanidade a mi-
lhares de anos, formando liga 
com o cobre (Cu): bronze. A con-
tribuição para o desenvolvimento 
humano foi relevante a ponto de 
nomear uma era, a idade do bron-
ze, que ocorreu aproximadamente 
entre os anos 4000 e 1000 a.C. 
Possui baixa ductibilidade, porém 
apresenta boa resistência à oxida-
ção em muitos meios, é utiliza-
do para recobrir outros metais e 
assim agir como proteção à cor-
rosão. Um exemplo clássico é a 
“lata”, que é uma folha de flan-
dres (aço de baixo teor de carbo-
no) revestida com o estanho (Sn), 
largamente utilizada na indústria 
alimentícia.
Magnésio (Mg)
O magnésio (Mg) é um metal de 
aparência prateada. Sua densidade 
é de 1,73 g/cm3 e ponto de fusão 
de 650 °C.
Por ser bastante resistente e leve, 
e apresentar boa resistência à cor-
rosão em meios pouco agressivos, 
é utilizado em aplicações estrutu-
rais. Pode-se destacar seu uso na 
indústria naval, bélica, aeronáuti-
ca, automobilística, além de com-
ponentes eletroeletrônicos. Seu 
uso na forma de ligas se dá pre-
dominantemente com o alumínio 
(Al). 
Cobre: Do latim cuprum.
Cromo: Do grego chrôma e 
do latim chromium.
Estanho: Do latim stagnun.
Magnésio: Do latim mag-
nesium.
45MATERIAIS E ENSAIOS
Relembrando
Nesta unidade você conhe-
ceu um pouco sobre outros 
materiais metálicos não fer-
rosos, aqueles mais utilizados 
na indústria metal mecânica, 
e suas principais característi-
cas. Na próxima unidade de 
estudos você estudará a des-
crição dos ensaios metalo-
gráficos, conhecendo desde 
os procedimentos para pre-
paração das amostras até os 
reagentes mais aplicados no 
ataque químico de ligas fer-rosas e de alguns metais não 
ferrosos.
Continue antenado!
Níquel (Ni)
O níquel (Ni) é um metal branco 
prateado com densidade de 8,908 
g/cm3 e ponto de fusão de 1455 
°C.
Dentre suas propriedades, pode-
se destacar sua resistência à oxida-
ção e à corrosão, boa resistência 
mecânica e característica ferro-
magnética. Tais propriedades di-
ferenciam as ligas de níquel (Ni) 
de muitos outros materiais. 
Seu maior consumo se dá como 
elemento de liga na fabricação do 
aço inoxidável, superligas de ní-
quel, além de estar presente em 
algumas ligas de aço-carbono. 
Titânio (Ti)
O titânio (Ti) é um metal de cor 
branca metálica com densidade de 
4,507 g/cm3 e ponto de fusão de 
1668 °C.
Seu alto módulo de elasticida-
de, leveza, resistência mecânica e 
biocompatibilidade o tornam um 
material de grande interesse para 
a fabricação de próteses médicas. 
Outra propriedade de interesse é 
a sua alta resistência à corrosão. 
As principais aplicações se dão na 
indústria química, naval, nuclear, 
em pigmentos na forma de dióxi-
do de titânio (TiO2), além de par-
ticipar como elemento de liga em 
muitas outras ligas metálicas. 
Tungstênio (W)
O tungstênio (W) é um metal 
de aparência de branco a cinza, 
com densidade de 19,250 g/cm3 e 
maior ponto de fusão de todos os 
elementos, 3422 °C.
Embora muito escasso, é extraído 
da natureza na forma de óxidos 
e sais, sua gama de aplicações é 
muito grande graças às suas carac-
terísticas de alta dureza e ponto de 
fusão.
As principais aplicações são em 
ferramentas de corte como bro-
cas e pastilhas, filamentos de lâm-
padas, eletrodos não consumíveis 
em soldas TIG, além de também 
ser empregado como elemento de 
liga.
Zinco (Zn)
O zinco (Zn) é um metal de co-
loração branco azulada com den-
sidade de 7,140 g/cm3 e ponto de 
fusão de 419 °C.
A formação de um óxido em sua 
superfície o torna muito resistente 
à corrosão. Muitas de suas aplica-
ções se dão em função dessa pro-
priedade como, por exemplo, o 
processo de galvanização. 
Também é utilizado como pig-
mento, aditivo e elemento de liga. 
Dentre as ligas formadas, a de 
maior destaque é a formada com 
o cobre (Cu), o latão.
DICA 
Pesquise mais sobre a apli-
cação do zinco como metal 
de proteção ao aço. Vamos! 
Não custa tentar!
Níquel: Do alemão kupfer-
nickel. 
Titânio: Do latim titanium.
Tungstênio: Do latim wol-
framium.
Zinco: Do latim zincum.
Unidade de 
estudo 5
 
Seções de estudo 
Seção 1 – Introdução
Seção 2 – Microscopia 
Seção 3 – Preparação das amostras 
Seção 4 – Preparação dos reagentes 
47MATERIAIS E ENSAIOS
SEÇÃO 1
Introdução
A olho nu uma superfície metálica 
pode parecer sólida e homogênea, 
porém não é. Ela possui defeitos 
como vazios e contornos de grão, 
além de diferentes microconsti-
tuintes e precipitados que só se-
rão visíveis através do uso de mi-
croscópios óticos ou eletrônicos. 
Empregando-se técnicas de análi-
se metalográfica será possível ava-
liar as fases presentes, bem como 
a sua quantificação com o uso de 
técnicas específicas de análise, e o 
uso de relações estatísticas tam-
bém é possível. 
O conhecimento das fases pre-
sentes, do tamanho e forma dos 
grãos, da densidade, além de ou-
tras características que são possí-
veis de serem avaliadas pela aná-
lise metalográfica, pode estimar 
quais serão as propriedades me-
cânicas do material naquela con-
dição. 
A observação dessas microestru-
turas permite inclusive a identifi-
cação de algumas ligas quanto ao 
percentual de elementos de liga 
e ao tratamento térmico sofrido. 
Em relação ao percentual de car-
bono, pode-se avaliar, por exem-
plo, se um aço é hipo ou hipereu-
tetóide. Já uma microestrutura 
martensítica indica que esse aço 
foi submetido a um tratamento 
térmico de têmpera, por exemplo. 
Metalografia
 
DICA 
Você provavelmente já utilizou um binóculo para visualizar objetos 
que estão a longas distâncias. Isso é possível graças à combinação 
de suas lentes. Um microscópio faz exatamente a mesma coisa, po-
rém a análise se resume a curtos espaços de uma superfície que é 
ampliada várias vezes. 
SEÇÃO 2
Microscopia 
O microscópio é o equipamento 
responsável por ampliar a proje-
ção da superfície que será anali-
sada. Esse aumento pode ser de 
poucas dezenas até milhares de 
vezes. 
Para as análises das microestrutu-
ras dos materiais metálicos, bem 
como de outras classes de mate-
riais, três tipos de microscopia 
podem ser utilizados: microscopia 
ótica (MO) com faixa de aumen-
to de 1 a 1.500 vezes, microscopia 
eletrônica de varredura (MEV) 
com aumento de 10 a 20.000 ve-
zes e a microscopia eletrônica de 
transmissão (MET) com aplica-
ção de 500 a 300.000 vezes. 
A MO apresenta uma resolução 
na ordem de 3.000 Å, a MEV de 
200 Å, enquanto que a MET pode 
chegar a 50 Å. Um novo tipo de 
microscopia de pouca aplicação 
industrial, a microscopia de cam-
po iônico (MCI), tem resolução 
inferior a 1 Å. 
1 Å (um Amgstron) corres-
ponde a 1.10-10 m, ou seja, 
0,0000000001 m. 
A microscopia ótica é aplica-
da para análise de grandes áreas, 
além de sua utilização ser simples 
e rápida, é também de baixo cus-
to. A microscopia de varredura 
possibilita a análise com maior 
profundidade de foco como em 
superfícies de fratura. Já através 
da MET, defeitos e fases internas 
dos materiais podem ser identifi-
cados, como discordâncias e pe-
quenas inclusões.
48 CURSOS TÉCNICOS SENAI
SEÇÃO 3
Preparação das 
amostras 
Para que uma análise metalográ-
fica seja executada, é necessá-
ria uma correta preparação das 
amostras quanto a sua superfície 
e reagente de ataque. 
Corpo de prova
O primeiro passo é a retirada da 
amostra do material a ser analisa-
do. Essa separação deve ser por 
meios abrasivos, como discos de 
corte altamente refrigerados. O 
uso de operações mecânicas de 
usinagem e cisalhamento, por 
exemplo, pode impor severas alte-
rações microestruturais na região 
a ser analisada devido ao trabalho 
mecânico a frio. Discos de corte 
abrasivos finos, além de eliminar 
o trabalho a frio, ainda deixam 
uma superfície plana com baixa 
rugosidade de forma rápida e se-
gura. 
Microscopia ótica 
O microscópio ótico é o mais 
simples de todos e também o 
mais empregado na indústria para 
as análises metalográficas de me-
tais, além dos demais setores de 
transformação, como a indústria 
têxtil, de papel e celulose, etc. 
É composto basicamente por dois 
conjuntos de lentes, a ocular (pró-
ximo ao olho do observador) e a 
objetiva (perto da amostra). Mi-
croscópios modernos podem ain-
da estarem equipados com filmes 
polarizadores, prismas, espelhos, 
monitores, câmaras de captura, li-
gados a computadores equipados 
com softwares de tratamento de 
imagens, etc. A multiplicação do 
aumento da objetiva pela ocular 
será o aumento total do micros-
cópio. 
A micrografia observada é obtida 
através da reflexão de um feixe de 
luz que incide sobre a amostra, a 
qual por possuir diferentes dire-
ções cristalográficas em cada grão 
os revela ao observador. 
 
A refrigeração deve ser suficien-
temente alta a fim de evitar que a 
superfície cortada sofra alterações 
em sua microestrutura decorren-
tes de deformações por trabalho 
térmico.
A determinação da seção de corte 
será de acordo com as informa-
ções que se deseja estudar. Pode 
ser longitudinal ou transversal. O 
corte transversal é utilizado para 
estudar a natureza do material, 
homogeneidade, segregações, 
profundidade de tratamentos tér-
micos, dentre outros. Já o corte 
longitudinal permite a avaliação 
de detalhes de solda, extensão 
de tratamentos térmicos, além da 
identificação de trabalhos mecâni-
cos, aos quais a amostra foi sub-
metida. 
Embutimento
Amostras com dimensões muito 
pequenas devem ser montadas 
sob um suporte que possibilite o 
seu manuseio, além de evitar aci-
dentes e preservar a qualidade do 
corpo de prova. Esse processo 
conhecido como embutimento 
pode ser executado utilizando re-
sinas plásticas a quente ou a frio. 
São empregadas as resinas de ba-
quelite, epóxi, acrílico ou outra