Materiais de Construção Mecânica - LAB

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TEMPERABILIDADE –
ENSAIO JOMINY
S.J. dos Campos 
Materiais de Construção Mecânica
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP
ENGENHARIA MECATRÔNICA , PRODUÇÃO E 
AERONÁUTICA
O conceito de temperabilidade:
� A temperabilidade está associado à capacidade de endurecimento do aço
durante o resfriamento rápido (têmpera);
� Sua capacidade de formar martensita a uma determinada profundidade
em uma peça;
� Capacidade de um aço transformar-se total ou parcialmente de austenita
para martensita;
� Quanto mais lento for o arrefecimento que conduz à transformação
A → M, maior é a temperabilidade do aço;
� Alta temperabilidade pode se transformar uma fração elevada de
martensita a uma grande profundidade, mesmo com pequena taxa de
refrigeração;
� Baixa temperabilidade pode formar uma pequena fração de martensita
somente a poucos milímetro de profundidade, mesmo com alta taxa de
refrigeração.
1 - Temperabilidade:
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� Tamanho da peça;
� Meio de resfriamento; e
� Temperatura de têmpera.
� Os elementos de liga em solução na γ (exceto Co) retardam a germinação
dos carbonetos e aumentam a temperabilidade. Mas a presença de
precipitados pode favorecer a diminuição da temperabilidade;
� A adição dos elementos de liga retardam a difusão, assim, a
temperabilidade do material é maior (menor variação de dureza), ou seja,
mais tempo para o material se transformar em martensita.
2 – Fatores que influenciam a temperabilidade:
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� As velocidades de arrefecimento variam de um ponto para outro da peça;
� Mais lenta no núcleo e a mais rápida na periferia;
� Assim a diferença de temperabilidade entre 2 aços traduz-se por uma diferença
de penetração de têmpera; Aço 6140 (0,6 - 0,95%Cr, 0,1- 0,15%V, 0,4%C).
� Esta penetração de têmpera pode ser quantificada por medição da dureza depois
do tratamento, em função da posição na peça → curvas em U.
3 – Velocidades de arrefecimento:
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barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em água barras de aço SAE 1045 e 6140 temperadas em óleo
Introdução:
� Consiste em resfriar, a partir do estado austenítico uma única barra de 
1 polegada de diâmetro por 4 polegadas de comprimento;
� Essa barra é austenitizada e em seguida resfriada com um jato de água 
em condições padronizadas (Figura 1);
� A temperatura depende do aço e o tempo é de 30 a 50 min (encharque).
4 – Ensaio Jominy
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5 – Corpo de prova do ensaio Jominy
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�
�
6 – Dispositivo do ensaio Jominy
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6 – Vantagem do ensaio Jominy
� No Ensaio de Grossmann necessita-se de uma série de barras .
� Visando rapidez no teste de temperabilidade, Jominy apresenta ensaio
com uma única barra.
7 – Etapas do ensaio Jominy
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Introdução:
� Depois de resfriada, longitudinalmente,retifica-se uma trilha no corpo de
prova, e mede-se a dureza a partir da extremidade resfriada,
verificando-se a diminuição da dureza ao longo do comprimento (Figura 2).
8 – Ensaio Jominy
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� Quanto maior é a velocidade de resfriamento, maior é a dureza;
� Os pontos de medida da dureza são: a 1,5 – 3 – 5 – 7 – 9 – 11 – 13 -15 
-20 – 30 – 40 – 50 – 60 – 70 - 80 mm da extremidade arrefecida.
9 – Vídeo do processo
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10 – Metodologia 1 
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1 ) Determinação da distância jominy e dureza :
� Ligar o forno e ajustar a temperatura de 850ºC.
� Colocar o corpos de prova dentro do forno, que deverá estar com a temperatura
estabilizada e esperar normalizar a amostra à uma temperatura de 850ºC .
� Aguardar 30 a 50 min (encharque).
� Ajustar o dispositivo Jominy.
� Retirar um corpo de prova do forno e colocá-lo no dispositivo para têmpera
dirigindo o jato de água na extremidade inferior do mesmo. A parte inferior do
corpo de prova deve ficar a ½” de distância da extremidade de saída do cano.
� O tempo decorrente desta operação não deve ultrapassar 5 segundos e o tempo
máximo de permanência do corpo de prova no dispositivo é de 10 minutos.
� Retirar o ressalto e retificar duas superfícies planas à 180º e 0,6 mm de
profundidade.
� Medição de dureza dos corpos de prova em estudo.
� Utilizando a escala HRC, efetuar as medições sobre as superfícies plana
obedecendo as distâncias, a partir da face inferior.
� Construir o gráfico com os dados obtidos no ensaio.
1 – Metodologia 1
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Resultado do Ensaio de temperabilidade Jominy do AISI/ SAE 4130 
Distância (pol) Dureza (HRC) 
1/16 
3,16 
7/16 
13/16 
1 1/4 
1 5/8 
2 
2 ½ 
2 3/4 
3 1/2 
 
1045H ou 4130
10 – Metodologia 2
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2 ) Determinação da equivalência entre a Distância Jominy e d ureza seção
tranversal de uma barra temperada de um aço
� A velocidade de resfriamento de uma peça depende do tamanho da peça, do meio
de resfriamento e da temperatura de têmpera;
� Conhecendo-se as durezas obtidas ao efetuar-se um ensaio de Jominy de um aço
e as condições de resfriamento dos diferentes pontos do corpo de prova, pode-se
conhecer a dureza que se obtém no interior de peças resfriadas nas mesmas
condições;
� As velocidades de resfriamento nos vários pontos do corpo de prova de Jominy
podem ser comparadas com as velocidades de resfriamento em barras de vários
diâmetros resfriadas em vários meios de resfriamento;
� Esta comparação pode ser feita pelos “gráficos de Lamont”;
� Estes gráficos são conhecidos e servem para que se possam encontrar as
velocidades de resfriamento em diversas posições de uma barra, desde o centro
até a superfície;
10 – Metodologia2 
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� Para relacionar os resultados deste ensaio com aplicações práticas,
devem ser feitas algumas correlações como a severidade do meio, e a
seção transversal da peça a ser temperada.
Tabela - Fator de severidades de tempera
10 – Metodologia2 
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Gráficos de Lamont - Pontos situados da distância Jominy: su perfície,
90 e 70% do raio da barra para vários meios de resfriamentos
(Lamont).
10 – Metodologia2 
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Gráficos de Lamont - Pontos situados da distância Jominy: 50 , 30 e
centro do raio da barra para vários meios de resfriamentos ( Lamont).
10 – Metodologia 2
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Gráfico de resultados de um ensaio de Jominy de um aço SAE 4130 .
10 – Metodologia 2
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Gráfico de resultados de um ensaio de Jominy de um aço SAE 1045 H.
10 – Metodologia 2
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Qual a dureza de uma barra de aço SAE 4130/1045H se estivermos utilizando um
distância Jominy equivalente ao centro de uma barra cilíndrica com diâmetro de 2
polegadas temperada em água sem agitação (nenhuma):
a) Através da Tabela 4, obter o fator equivalente da água sem agitação (H);
b) Consultar a Figura 4a, e extrair a distância Jominy da extremidade resfriada em
polegadas.
c) Consultar a Figura 5, e extrair a dureza equivalente da distância daextremidade
temperada.
d) repetir os itens (a), (b) e (c) para dureza e distância Jominy equivalente 30% do
raio de uma barra cilíndrica com diâmetro de 2 polegadas temperada em água sem
agitação (nenhuma).
e) repetir os itens (a), (b) e (c) para dureza e distância Jominy equivalente 90% do
raio de uma barra cilíndrica com diâmetro de 2 polegadas temperada em água sem
agitação (nenhuma).
ENSAIO DE DUREZA
ROCKWEEL
S.J. dos Campos 
Ciência dos Materiais
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
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1 – Introdução
• Por definição dureza ruma propriedade mecânica que fornece uma medida
da resistência a deformação plástica de um material;
• Dureza é a relação entre uma carga aplicada e a área da deformação
plástica produzida:
• Muito usado na engenharia e na industria:
fácil execução
baixo custo de equipamento
• Tem como objetivo:
controle de qualidade
verificação nas condições de fabrico: como tratamentos térmicos e
uniformidade dos materiais
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A
P
H =
2 – Deformação elástica
� As DEFORMAÇÕES ELÁSTICAS não são permanentes, isto é, são
deformações que desaparecem quando a tensão aplicada é retirada. Dito de
outra forma, as deformações elásticas são reversíveis, sendo resultado da
ação de forças conservativas.
� Na deformação elástica não há ruptura das ligações químicas e nem
movimentação (deslizamento) de átomos, apenas um alongamento ou
compressão dessas, pela presença de uma força adicional que se soma as
forças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no material
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3 – Deformação Plástica
� As DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS são permanentes, isto é, permanecem
após a tensão aplicada ser retirada. Deformações plásticas são
irreversíveis, sendo acompanhadas por deslocamentos atômicos permanentes.
� Assim quando se aplica um esforço externo os átomos após a deformação
elástica, os átomos se deslocam de suas posições iniciais e pode ocorrer o
deslocamento do plano deve ocorrer por meio do movimento simultâneo e
cooperativo de todos os átomos (do plano que está deslizando) de uma
posição atômica de equilíbrio para a posição vizinha através da tensão de
cisalhamento.
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4. Dureza Brinell NP EM 10 003 -1
•A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da
calota esférica impressa no material ensaiado (Ac).
•Seja um material, representado em verde na figura ao lado, que é
submetido à ação de uma esfera de material duro de diâmetro D,
comprimida por uma força F. Isso produz uma cavidade no material de
diâmetro d (calota esférica).
E a unidade é a mesma da tensão (pascal ou outras).
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4. Dureza Brinell
•A dureza Brinell (HB) do material é dada pela fórmula:
EXEMPLO: Uma amostra foi submetida a um ensaio de dureza Brinell no qual se usou
uma esfera de 2,5 mm de diâmetro e aplicou-se uma carga de 187,5 kgf. As medidas
dos diâmetros de impressão foram de 1 mm. Qual a dureza do material ensaiado?
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4. Dureza Brinell
•O ensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com carga de
3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado.
•Ex: condições do ensaio brinell
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5. Dureza Brinell
VANTAGENS DO ENSAIO BRINELL:
• É usado especialmente para avaliação de dureza de metais não ferrosos, ferro
fundido, aço, produtos siderúrgicos em geral e de peças não temperadas;
• É o único ensaio utilizado e aceito para ensaios em metais que não tenham
estrutura interna uniforme (materiais heterogêneos);
• É feito em equipamento de fácil operação.
DESVANTAGENS DO ENSAIO BRINELL:
• O uso deste ensaio é limitado pela esfera empregada. Usando-se esferas de
aço temperado só é possível medir dureza até 500 HB, pois durezas maiores
danificariam a esfera;
• A recuperação elástica é uma fonte de erros, pois o diâmetro da impressão
não é o mesmo quando a esfera está em contato com o metal e depois de
aliviada a carga.
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5. Dureza Vickers – Introdução NBR-6672
• Este método leva em conta a relação ideal entre o diâmetro da esfera do
penetrador Brinell e o diâmetro da calota esférica obtida, e vai além porque
utiliza outro tipo de penetrador, que possibilita medir qualquer valor de dureza,
incluindo desde os materiais mais duros até os mais moles;
• É usada uma pirâmide de diamante com ângulo de diedro de 136º que é
comprimida, com uma força arbitrária Q, contra a superfície do material;
• Calcula-se a área S da superfície impressa pela medição das suas diagonais. E a
dureza Vickers HV é dada por Q/S;
• A dureza Vickers (HV) do material é dada pela fórmula:
onde Q é dado em N e L em mm, a dimensão da dureza Vickers é N/m2 .
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2
8544,1
L
Q
HV =
5. Dureza Vickers – metodologia
• Neste método, ao contrário do que ocorre no Brinell, as cargas podem
ser de qualquer valor, pois as impressões são sempre proporcionais à
carga, para um mesmo material;
• Por uma questão de padronização, as cargas recomendadas são: 1, 2, 3, 
4, 5,10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 kgf.
a) indentação perfeita, b) e c) inperfeita.
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5. Dureza Vickers – Vantagens
� É aplicável a todos os materiais metálicos, de qualquer dureza, especialmente
para materiais muito duros ou muito moles, muito finos, pequenos e irregulares,
� É indicado para o levantamento de curvas de profundidade de tratamentos
superficiais como tempera e cementação,
� A escala de dureza é contínua,
� As impressões deixadas no material são extremamente pequenas,
� A deformação do penetrador é nula,
� Oferece grande precisão de medidas.
5. Dureza Vickers – Equipamento
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6. Dureza Rockwell - introdução
• E uma das técnicas mais utilizadas para se medir dureza de um material;
• E simbolizado pela sigla HR;
•Existem varias escalas Rockwell, dentre elas as mas utilizadas são A,B e
C;
•Para materiais duros, o objeto penetrante é um cone de diamante com
ângulo de vértice de 120º. Esta escala é chamada Rockwell C ou HRC;
•Com materiais semi-duros ou macios é usada uma esfera de aço temperado
de diâmetro 1/16". É a escala Rockwell B ou HRB;
•Em ambos os casos, é aplicada uma carga padrão definida em normas e a
dureza é dada pela profundidade de penetração.
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6. Dureza Rockwell – Metodologia
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6. Dureza Rockwell – Metodologia
Existem dois métodos para o ensaio HR: normal e o superficial
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3. Dureza Rockwell – Metodologia – resumo
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normal
superficial
6. Dureza Rockwell – Descrição do processo
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6. Dureza Rockwell – Profundidade de penetração
• A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é
importante para definir a espessura mínima do corpo de prova;
• De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17 vezes
a profundidade atingida pelo penetrador;
• Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo
penetrador no ensaio de dureza Rockwell;
• É possível obter a medida aproximada desta profundidade (P),a partir
do valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando as
fórmulas a seguir:
Penetrador de diamante:
HR normal: P = 0,002 x (100 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
Penetrador esférico:
HR normal: P = 0,002 x (130 - HR)
HR superficial: P = 0,001 x (100 - HR)
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6. Dureza Rockwell – Tipos de penetradores
• Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são
do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante
com 1200 de conicidade):
1 kgf é o peso normal do quilograma-padrão, ou, 
1 kgf = (1 kg).(9,806 65 m/s2) ~ 9,81 N
1 – Introdução
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7. Dureza Resumo
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8. Vista geral do equipamento
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8. Vista geral do equipamento
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8. Vista geral do equipamento
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9. Procedimento experimental
� Ensaio pelo método Rockwell Normal.
� Instrução, procedimento e aprendizagem do equipamento realizada 
durante a explicação do professor exposta na aula.
� Medir os corpos de provas selecionados nas escalas indicadas pelo 
professor.
� Aquisição de dados retirados no equipamento e elaboração do relatório.
� Fazer um relatório em grupo (até 6 integrantes)
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9. Procedimento experimental - pratica
• Medir na escala Rockwell C a barra de aço carbono 1045• Medir na escala Rockwell B a barra de aço carbono 1045
• Medir na escala Rockwell B a barra de aço 1020• Medir na escala Rockwell C a barra de aço 1020
• Medir na escala Rockwell B a barra de aço 1070• Medir na escala Rockwell C a barra de aço 1070
• Mediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala
Rockwell C das barras de aço carbono para as durezas:
Vickers e Brinell
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9. Procedimento experimental - pratica
Preencher a tabela com os dados de dureza medidos no equipamento
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9. Procedimento experimental - Relatório: (deve constar no relatório)
� Titulo
� Objetivo
� Responder o questionário (acima)
� Fazer o comentário sobre durezas Vickers e Brinell
� Das aquisições de dados:
* Comparação e discussão do valor (médio) da dureza das barras de aço 
carbono 1020, 1045, 1070 e 4130 nas escalas Rockwell C e Rockwell B, 
e explicar o porquê não se deve usar os aços carbonos 1045, 1070 e 
4130 na escala B.
* Plotar um gráfico colocando no eixo x os aços 1020, 1045, 1070 e 4130 
em função da dureza HRC e explicar o gráfico sobre a diferença das 
dureza nos diferentes aços.
* Mediante a Tabela dada, verificar as correspondências da escala Rockwell 
C das barras de aço carbono para as durezas: Vickers e Brinell. 
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10. Tabela de conversão
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10. Tabela de conversão
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ESCALA DE DUREZA ROCKWELL (HR)
•É a mais utilizada internacionalmente
•Norma Brasileira + usada: NBR-6671
•Norma americana + usada: ASTM E18-94
PRÉ-CARGA CARGA
Rockwell Comum 10 Kgf 60 Kgf
100 Kgf
150 Kgf
Rockwell Superficial 3 Kgf 15 Kgf
30 Kgf
45 Kgf
LÍQUIDO 
PENETRANTE
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END – Ensaios Não Destrutivos:
� Segundo a ABENDI (Associação Brasileira de Ensaios Não
Destrutivos e Inspeção), Ensaios Não Destrutivos são técnicas
utilizadas na inspeção de materiais e equipamentos sem danificá-los,
sendo executadas nas etapas: de fabricação, construção, montagem e
manutenção.
� Estão entre as principais ferramentas do controle da qualidade de
materiais e produtos e são amplamente utilizados nos setores de
petróleo/petroquímico, siderúrgico, aeronáutica e entre outros.
� Um desses ensaios é o por Líquido Penetrante.
LÍQUIDO PENETRANTE
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END – Ensaios Não Destrutivos:
� Método aplicado em todos os tipos de materiais sólidos, mas que
não sejam porosos e nem possuam a superfície grosseira;
� Detecta descontinuidades que sejam superficiais e que estejam
abertas na superfície;
� Tem a finalidade de detectar descontinuidades que sejam
superficiais e que estejam abertas na superfície, como trincas,
dobras, poros, etc.
LÍQUIDO PENETRANTE
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END – Ensaios Não Destrutivos (Objetivo):
O objetivo do Ensaio por Líquido Penetrante é assegurar a
confiabilidade do produto, por meio de:
a) Obtenção de uma imagem visual, que revela a descontinuidade na
superfície da peça (mancha);
b) Revelação da natureza da descontinuidade sem danificar a peça;
c) Separação das peças aceitáveis das não aceitáveis segundo o
critério estipulado.
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END – Ensaios Não Destrutivos (Histórico):
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END – Ensaios Não Destrutivos (Histórico):
� Esse método começou a ser utilizado antes da primeira guerra
mundial, e nas oficinas de manutenção estradas de ferro por todo
o mundo, pois algumas trincas eram detectadas a olho nu, mas
outras não;
� Tinha aplicações mais comuns na indústria ferroviária para se
fazer a inspeção dos eixos e tomou impulso quando foi
desenvolvido o tipo de penetrantes fluorescentes que foi adotado
pela indústria aeronáutica;
� O método foi sendo desenvolvido e melhorado, e novos e mais
eficientes produtos passaram a ser utilizados no ensaio,
aprimorando o método.
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Aplicações Industriais e finalidade
� Devido às características básicas do Ensaio por Líquido
Penetrante, eles podem ser aplicados em grande variedade de:
• produtos metálicos e não metálicos,
• ferrosos e não ferrosos,
• sejam forjados,
• fundidos,
• cerâmicos de alta densidade e etc., desde que não sejam porosos,
com resultados técnicos e economicamente satisfatórios na
revelação de descontinuidades superficiais, por menores que
sejam.
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Vantagens:
� E capaz de ensaiar peças de tamanhos e formas variadas bem como
pequenas áreas isoladas em uma superfície;
� É capaz de detectar descontinuidades muito pequenas. É um dos
ensaios mais sensíveis para detectar descontinuidades
superficiais;
� Pode ser aplicado em materiais ferrosos, não ferrosos, cerâmicas
de alta densidade, vidros e etc., desde que não sejam porosos;
� É relativamente barato e não requer equipamentos sofisticados.
Para pequena quantidade de peças ou pequenas regiões, pode-se
utilizar um sistema portátil;
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Vantagens:
� O líquido penetrante fornece uma indicação ampliada da
descontinuidade, tornando-a mais visível;
� As descontinuidades detectadas são analisadas quanto a
localização, orientação, dimensões, tornando fácil a interpretação
e avaliação;
� As instalações podem ser adaptadas ao tamanho e quantidade de
peças;
� Permite automação do sistema;
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Limitações:
� As peças devem estar completamente limpas e a entradadas
possíveis descontinuidades desobstruídas;
� Os produtos utilizados no ensaio podem danificar alguns materiais
ou ficarem permanentemente retidos em materiais porosos;
� Alguns produtos utilizados podem conter enxofre ou compostos
halógenos (cloretos, fluoretos, brometos e iodetos).
� Estes compostos podem causar fragilização ou trincas em aços
inoxidáveis austeníticos se não forem completamente removidos
antes de tratamentos térmicos ou exposição a altas temperaturas.
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Etapas do Ensaio
� Preparação/Limpeza da Superfície: A superfície tem que ser limpa
para que se retire todo tipo de contaminante, para que se possa
tornar o ensaio confiável. A superfície deve ficar seca.
LÍQUIDO PENETRANTE
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Etapas do Ensaio
� Aplicação do Líquido Penetrante: O líquido penetrante é aplicado
de forma que se forme um filme na superfície e ele penetra na
descontinuidade. Geralmente possui cor vermelha e deve-se
esperar um tempo para que ele penetre completamente.
LÍQUIDO PENETRANTE
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Etapas do Ensaio
� Remoção de Excesso: Ao se passar o tempo determinado, deve-se
retirar o excesso do líquido penetrante com produtos adequados,
para que a superfície fique limpa de qualquer resíduo.
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Etapas do Ensaio
� Revelação: Um filme uniforme de revelador é aplicado sobre a
superfície. O revelador é um pó fino branco. Ele vai agir
absorvendo o penetrante das descontinuidades e as revelando.
Deve-se esperar um tempo para que o ensaio seja feito
corretamente.
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Etapas do Ensaio
� Avaliação e Inspeção: O revelador absorve o líquido penetrante
contido nas descontinuidades, e isso faz com que comece a
aparecer machas que são as indicações a serem avaliadas.
� Se o penetrante for do tipo visível, cor que contraste com o
revelador, indica-se que a inspeção seja feita sob luz normal, mas
eficiente;
� Se for fluorescente, deve ser feito sob luz negra.
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Etapas do Ensaio
� Limpeza Pós Ensaio: é a limpeza do local que foi ensaiado, pois os
produtos, se não forem retirados corretamente, podem prejudicar
um próximo ensaio que possa ser feita no objeto ensaiado.
� Um relatório deve ser feito, mostrando as condições de ensaio,
tipo e identificação da peça ensaiada, resultados da inspeção e
condição de aprovação ou rejeição da peça e os resultados devem
ser com base no Código de fabricação da peça.
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RESUMO DAS ETAPAS BÁSICAS DO ENSAIO
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A) Preparação da 
Superfície
B) Limpeza da superfície
C) Aplicação do 
Líquido Penetrante
D) Remoção do excesso 
de penetrante
E) Revelação
F) Avaliação e laudo
G) Limpeza final
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MOLHABILIDADE OU PODER DE UMECTAÇÃO
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MOLHABILIDADE OU PODER DE UMECTAÇÃO
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MOLHABILIDADE OU PODER DE UMECTAÇÃO
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Classificação dos penetrantes, processos e materiais (de acordo
com a ASTM 1417)
Penetrantes quanto à visibilidade podem ser:
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Classificação dos penetrantes, processos e materiais (de acordo
com a ASTM 1417)
Penetrantes quanto a remoção do excesso, podem ser:
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Aplicação dos Penetrantes
� A maneira de aplicar o líquido penetrante vai depender da
quantidade de peças, tamanho e localização.
� Podem ser aplicados por "spray", derramamento, pincelamento ou
imersão (banho) e spray eletrostático. O penetrante aplicado deve
permanecer em contato com a superfície em ensaio por um
determinado tempo (tempo de penetração)
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Tempo de Penetração
� O tempo mínimo de penetração deve ser de 10 (dez) minutos e o
tempo máximo de 2 (duas) horas. Para tempos maiores que duas
horas, o penetrante deve ser reaplicado para evitar a sua secagem.
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Temperatura de ensaio
� A temperatura da peça, o líquido penetrante fluorescente e o
ambiente devem estar na faixa de 4 a 49° C. A temperatura da
peça, o líquido penetrante visível e o ambiente devem estar na
faixa de 16 a 52° C.
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Classificação dos penetrantes, processos e materiais (de acordo
com a ASTM 1417)
Tipos de Reveladores:
� Forma a – pó seco
� Forma b – solúvel em água
� Forma c – suspenso em água
� Forma d – não-aquoso
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Os métodos de remoção são os seguintes:
Método A – Penetrante lavável com água
� Devem ser removidos com jato d’água controlando a pressão e
temperatura, ou por imersão.
� Quando utilizando o penetrante Tipo I (fluorescente), o enxágue
deve ser feito sob luz negra.
Método B – Penetrante pós-emulsificável lipofílico
� O emulsificador deve ser aplicado por imersão ou derramamento.
Não pode ser aplicado através de pincel ou spray e não deve ser
agitado enquanto estiver sobre a superfície da peça.
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Os métodos de remoção são os seguintes:
Método C – Penetrante removível com solvente
� O penetrante é removido inicialmente através de panos secos ou
toalhas absorventes, e quando o excesso não mais puder ser
removido assim, aplica-se o solvente em panos ou papeis limpos e
secos, de uma forma que não fiquem encharcados. Procede-se
então a remoção sob iluminação adequada, luz negra para os
penetrantes fluorescentes e luz branca para penetrantes visíveis.
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Os métodos de remoção são os seguintes:
Método D – Penetrante pós-emulsificável hidrofílico
Após passado o tempo de penetração, seguem-se as etapas:
- pré-enxágue: para retirar o que for possível do excesso do
penetrante
- aplicação do emulsificador hidrofílico
- enxágue: proceder da mesma maneira que já descrito para o
método A
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Alguns problemas de deficiência nas técnicas de ensaio estão
indicados abaixo:
� Preparação inicial inadequada da peça;
� Limpeza inicial inadequada;
� Cobertura incompleta da peça com penetrante;
� Remoção de excesso inadequada, causando mascaramento dos resultados;
� Escorrimento do revelador;
� Camada não uniforme do revelador;
� Revelador não devidamente agitado;
� Cobertura incompleta de revelador.
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Indicações de Fabricação
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Critério de Aceitação:
� Segue normas/especificações aplicávelao produto/componente
fabricado, algumas especificações/normas:
� Especificação técnica para Líquidos Penetrantes – ASME;
� Especificação técnica para Líquidos Penetrantes - CCH-70 / PT
70-2;
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ASME SEC.VIII DIV.1 AP.8 ; SEC. VIII DIV 2 ART. 9-2 Par. 9-230 e Sec. I
Avaliação das Indicações
Somente indicações >1,6mm são consideradas;
Critério de Aceitação
Toda as superfícies devem estar livres de:
(a) indicações relevantes lineares;
(b) indicações relevantes arredondadas maiores que 3/16 pol. (4,8 mm);
(c) quatro ou mais indicações relevantes arredondadas em linha separadas por 1/16
pol. (1,6 mm) ou menos (de borda a borda);
(d) uma indicação de uma imperfeição pode ser maior que a imperfeição, entretanto,
o tamanho da indicação é a base para a avaliação da aceitação.
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Especificação técnica para Líquidos Penetrantes - CCH-70 / PT 70-2
Avaliação das Indicações
Indicações isoladas abaixo de 1,5 mm não devem ser consideradas
Indicações Lineares:
Indicações Arredondadas:
Indicações Alinhadas: L>1,5mm arredondadas
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Indicações com comprimento maior ou igual a 3 
vezes a largura será considerada como linear. 
Indicações com comprimento menor que 3 vezes 
a largura será considerada como arredondada. 
São indicações agregadas em L com dimensões 
acima de 1,5 mm arredondadas, separadas 
entre si de 2 mm ou menos. 
Ensaio de tração em
ligas de alumínios 
S.J. dos Campos 
Materiais Aeronáuticos
Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI
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A determinação das propriedades mecânicas é muito importante para a escolha
do material para uma determinada aplicação, bem como para o projeto e
fabricação do componente;
1 – Introdução
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� As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando
sujeitos à esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do
material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem
se deformar de forma incontrolável;
� Tal comportamento é função direta de três fatores básicos ligado às
características do material:
- a intensidade das ligações químicas entre átomos;
- o tipo de arranjo dos átomos (estrutura cristalina);
- a natureza e quantidade de defeitos deste arranjo.
• Umas das características mais importantes dos materiais no estado sólido é a
capacidade de resistir ou transmitir tensões e estas características estão
relacionadas diretamente com as propriedades em se deformar elasticamente
e plasticamente.
1 – Introdução
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Umas das características mais importantes dos materiais no estado sólido é a
capacidade de resistir ou transmitir tensões e estas características estão
relacionadas diretamente com as propriedades em se deformar elasticamente e
plasticamente.
A deformação elástica é resultado de uma pequena elongação ou
contração do retículo cristalino na direção da tensão (tração ou compressão)
aplicada.
Tipo de deformação não permanente que desaparece com retirada do esforço
mecânico;
Deformação plástica é quando a tensão não é mais proporcional à deformação
ocorrendo então uma deformação não recuperável e permanente. A partir de uma
perspectiva atômica, a deformação plástica corresponde à quebra de ligações com
os átomos vizinhos originais e em seguida formação de novas ligações com novos
átomos vizinhos,.
2 – Deformação elástica e plástica 
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2 – Deformação elástica e plástica 
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3 – Algumas definições 
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3 – Algumas definições 
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3 – Algumas definições 
Quanto maior o módulo de elasticidade mais
rígido é o material ou menor é a sua
deformação elástica quando aplicada uma
dada tensão.
σ =E.ε Unidades: psi=lb/in2 ou N/m2=Pa ou Kgf/mm2
Isotrópico: a propriedade especificada é igual em qualquer direção.
Anisotrópico: a propriedade especificada varia conforme a direção
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3 – Algumas definições 
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3 – Algumas definições 
Objetivo:
• O ensaio de tração tem como objetivo investigar a resistência à tração, como sendo
uma das propriedades mais importantes dos materiais, pois por intermédio de sua
determinação, podem ser obtidas características significativas do material, tanto no
projeto, quanto no controle de qualidade;
• A resistência à tração, como também as outras propriedades mecânicas, depende do
tipo de material, do teor de elementos de liga, das condições de fabricação e
tratamento, da estrutura, da temperatura, etc.
De um ensaio de tração convencional, são obtidos os seguintes dados do material:
Limite de resistência à tração ( tensile strenght ): valor da máxima tensão suportada pelo 
material (MPa);
Limite de escoamento ( yield strength ): tensão que caracteriza o início da fase plástica (M Pa);
Alongamento após a ruptura: valor do alongamento permanente, medido no corpo de prova, 
após o rompimento;
Coeficiente de estricção: redução percentual da área, medido no corpo de prov a após o 
rompimento, e etc.....
4 – Ensaio de tração
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Em um ensaio de tração, um corpo de prova é submetido a um esforço
que tende a alongá-lo ou esticá-lo até à ruptura.
Geralmente, o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e
dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser
comparados ou, se necessário, reproduzidos;
Este corpo de prova é fixado numa máquina de ensaios que aplica
esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações
correspondentes;
Os esforços ou cargas são medidas na própria máquina, e, normalmente,
o ensaio ocorre até a ruptura do material;
O equipamento provem de:
- Sistema de aplicação de carga
- Dispositivo para prender o corpo de prova
- Sensores de medir a tensão aplicada e a 
deformação promovida (extensiômetro)
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4 – Ensaio de tração
Estricção
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4 – Ensaio de tração
5 – O equipamento
Foto do equipamento de ensaio de tração do Laboratório de ciência dos materiais
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Foto do conjunto corpo de prova, garra superior e inferior e sensor de deformação
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5 – O equipamento
6 – Alumínio 
As ligas de Alumínio utilizadas neste experimento serão as ligas 2024 e
3003, onde elas obtém composição química e características diferentes.
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Alumínio 3003
É a liga que tem como elemento de liga majoritário o Manganês;
São as mais populares e de maior uso em geral;
Possui maior resistência que as ligas 1XXX, porém com as mesmas ductilidade e
soldadibilidade;
Composição química: 0,12 %Cu, 1,2 % Mn, 0,1% Zn e 98,58% Al;
Resistência mecânica pode atingir 130 MPa;
6 – Alumínio 
Liga mais utilizada e conhecida na indústria aeronáutica é a 2024 devido as
excelentes propriedades mecânicas;Composição química: 4,4 %Cu, 1,5 % Mg, 0,6% Mn e 93,50% Al;
Resistência mecânica pode atingir 480 MPa na condição T3;
Resistência a corrosão baixa;
Na forma de alclad (camada de Al puro na superfície) aumenta significativamente a
resistência a corrosão e se torna ainda mais desejável na ind. Aeronáutica;
A liga 2024)não pode ser soldadas por fusão.
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7 – O corpo de prova
Padronização do corpo de prova
ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS
AISI – AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE
SAE – SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS
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7 – O corpo de prova
Dimensões
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área útil = 100 mm
largura = 12,0 mm
espessura = 1,09 mm
8 – Fratura do corpo de prova
Alumínio – Estrutura cúbica de face centrada – CFC
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8 – Fratura do corpo de prova
Alumínio – Estrutura cúbica de face centrada – CFC
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• O planos (111) no 
sistema cfc é o de 
maior densidade 
atômica
9 – Gráfico 
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9 – Gráfico 
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10 – Video sobre o ensaio de tração 
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11 – Relatório
Procedimento experimental
• Caracterização da curva tensão-deformação e seus parâmetros significativos• Ensaio de tração de chapas de ligas de alumínio 
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TRATAMENTO 
TÉRMICO EM LIGAS DE 
ALUMÍNIO -
ENDURECIMENTO POR 
PRECIPITAÇÃO
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Materiais Aeronáuticos
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1 – Introdução
� O tratamento térmico do alumínio refere-se aos processos básicos de aquecimento
e/ou resfriamento controlados do metal, com o principal objetivo de gerar
benefícios e melhorar as características metal-mecânicas das peças produzidas em
alumínio;
� Existem ligas de alumínio que são tratáveis termicamente, geralmente pelos
processos de solubilização e posterior envelhecimento, no entanto, nem todas as
ligas de alumínio são consideradas termicamente tratáveis para aumento de suas
caraterísticas metal-mecânicas;
� Existem ligas de alumínio que só aumentam essas características (dureza e
resistência, por exemplo) após um algum processo de conformação mecânica e
encruamento (laminação é um exemplo de processo);
� Pode-se dizer que as ligas tratáveis termicamente são as dos grupos 2XXX,
6XXX, 7XXX e 8XXX e as que só aumentam suas características metal-mecânicas
após conformação, as ligas dos grupos 1XXX, 3XXX, 4XXX e 5XXX.
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2 – Endurecimento por precipitação
� O objetivo do endurecimento por precipitação é o de promover a formação de
partículas de precipitados no metal alumínio;
� As partículas dos precipitados atuam como obstáculos ao movimento das
discordâncias, e como conseqüência, aumentam a resistência mecânica da liga
tratada termicamente;
� O processo de endurecimento por precipitação envolve três passos:
Solubilização;
Têmpera;
Envelhecimento.
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Partícula de soluto
Precipitado
Planos do solvente
2.1 – Solubilização:
� O tratamento térmico de solubilização consiste em aquecer a liga até uma
temperatura dentro do campo monofásico α e aguardar nessa temperatura até que
toda a fase θ que está presente seja completamente dissolvida. Esse procedimento é
seguido de resfriamento rápido, ou têmpera, até a temperatura ambiente, para
prevenir qualquer difusão ou formação da fase θ (retida);
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Campo monofásico α
2.1 – Solubilização:
� O objetivo da solubilização é por em solução sólida a maior quantidade possível de
átomos de soluto, deseja-se dissolver ao máximo possível, todos os elementos
presentes na liga de alumínio no próprio alumínio, sendo que este deve permanecer no
estado sólido, onde a fusão ou o super aquecimento, mesmo que sejam parciais ou
localizados, devem ser evitados.
� Essa dissolução dos elementos presentes na liga, leva um determinado tempo, em
temperatura, para ser concluída e esse tempo deve ser o suficiente para que também
haja a total dissolução de todas as fases do metal (estrutura uniforme e
monofásica da solução sólida;
� O processo de solubilização é vital para um perfeito envelhecimento posterior e é
um fator preponderante para o atingimento das características mecânicas desejadas.
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Tempo
1h
2.1 – Solubilização:
� Solubilização a 5000C e 5900C
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92,5 µm 92,5 µm
2.2 – Têmpera:
� Logo após a solubilização, em correta temperatura e tempo, o material deve ser
temperado, ou seja, resfriado rapidamente;
� Esta etapa do processo térmico de solubilização é de suma importância e requer
máxima atenção, pois deseja-se que com esse resfriamento rápido, a solução sólida
super-saturada, que anteriormente estava em alta temperatura, permaneça
idêntica em temperatura ambiente (solução sólida supersaturada de elementos de
liga) ;
� O meio usualmente utilizado para temperar (resfriar) o material é a água. O
resfriamento ao ar permite a formação de precipitados descontroladamente, não
proporcionando a melhor resposta possível, quando realizar o envelhecimento.
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2.3 – Envelhecimento:
� Logo após a têmpera, inicia-se o processo de envelhecimento, seja ele natural (a
temperatura ambiente) ou artificial (a uma temperatura mais elevada e controlada);
� O tratamento térmico de envelhecimento consiste em aquecer a liga até uma região
intermediária, localizada dentro da região bifásica α + θ, onde as taxas de difusão
se tornam apreciáveis. A fase θ precipitada começa a se formar na forma de
partículas finamente dispersas com uma composição enriquecida por soluto. Após o
tempo de envelhecimento apropriado, a liga é resfriada até a temperatura ambiente
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2.3 – Envelhecimento:
� Este processo de envelhecimento é realizado em temperaturas bem inferiores e em
tempos superiores, se comparado ao processo de solubilização;
� No processo de envelhecimento natural, além de não se controlar completamente a
formação dos precipitados que endurecem o material, os tempos para a geração
destes precipitados são mais longos, ou seja, a formação dos precipitados é lenta e
demorada, se comparado ao envelhecimento artificial;
� Se o processo de envelhecimento (formação de precipitados) não for corretamente
controlado pode não se formar a quantidade e a distribuição correta dos precipitados,
não se atingindo a resistência desejada, ou também, pode se gerar um excesso no
tamanho dos precipitados, fato que também não proporciona as melhores
características mecânicas. Este segundo caso, é conhecido como super-
envelhecimento.
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3 – Liga família 2XXX (2024):
� Essa família é indicada para esse tipo de tratamento, pois como o cobre é o
principal elemento de liga neste grupo;
� Tomaremos como exemplo a liga 2024 (liga do sistema Al-Cu contendo 4,5% de Cu
0u 94,5% de Al);
� Possui cerca de 4% de peso na liga, o cobre se solubiliza no alumínio acima de
5150C.
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3 – Liga família 2XXX (2024):
� O cobre participa efetivamente para o desenvolvimento dos precipitados
endurecedores, formando CuAl2 durante o tratamento térmico de envelhecimento.
� Na microestrutura óptica da liga 2024 além das diferentes fases presentes, como
a fase θ representada pelos grãos escuros e a fase α representada pelas regiões
claras, há a revelação de pontos escuros atribuídos aos precipitados de cobre θ’.
� A fase α é constituída da solução sólida de cobre e outros elemento de liga na
estrutura cúbica de face centrada, a mesma do alumínio. Já a fase θ refere ao
composto inter-metálico CuAl2.
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α
3 – Liga família 2XXX (2024):
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4 – Etapas do tratamento térmico:
� A solubilização tem como objetivo solubilizar a fase endurecedora, mantendo a liga
em uma condição metaestável.
� O envelhecimento tem como objetivo a precipitação controlada da fase
endurecedora na matriz previamente solubilizada. A temperatura e o tempo de
envelhecimento determinam a mobilidade dos átomos de Cu, que tendem a formar a
fase θ.
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4 – Etapas do tratamento térmico: tempo de envelhecimento determinam a
mobilidade dos átomos de Cu, que tendem a formar a fase θ.
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θ
4 – Etapas do tratamento térmico:
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4 – Etapas do tratamento térmico:
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vídeo
5 – Nucleação dos precipitados:
� No inicio do envelhecimento as partículas precipitadas são finas e apresentam a
mesma estrutura cristalina da matriz ⇒ são coerentes (θ”).
� À medida que o envelhecimento vai decorrendo os precipitados crescem, tornando-
se semi-coerentes (θ’). e depois incoerentes (θ).
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Solução Sólida Supersaturada SSS → Zonas GP (GP1) → θ’’ (GP2) → θ’ → θ (Al 2Cu) 
5 – Nucleação dos precipitados:
� As partículas de precipitado passam então através de duas fases de transição
(representadas por θ’’ e θ’), antes da formação da fase de equilíbrio θ.
� A fase θ’’ é uma forma do composto intermetálico CuAl2, ⇒ coerente;
� A fase θ’ é uma forma do composto intermetálico CuAl2⇒ semi-incoerente;
� A fase θ de equilíbrio do CuAl2 ⇒ incoerente;
� Os precipitados coerentes são os que contribuem mais para o endurecimento de
toda liga, e se deve à distorção que estes precipitados provocam na rede do
alumínio originando um campo de tensões à sua volta.
� A perda de coerência diminui este campo de tensões, reduz a dureza.
� O campo de tensões aumenta a dificuldade ao movimento das deslocações.
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5 – Nucleação dos precipitados:
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5 – Nucleação dos precipitados:
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vídeo
6 – Superenvelhecimento:
� O superenvelhecimento é caracterizado pela redução da resistência mecânica com o
tempo de envelhecimento. Quando o tempo de envelhecimento é superior ao ponto
de resistência máxima, os precipitados coerentes de fase θ aumentam de tamanho
e tornam-se incoerentes, diminuindo a resistência mecânica
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7 – Condições do tempo de envelhecimento e tensão de escoamento:
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ENGENHARIA MECATRÔNICA , PRODUÇÃO E 
AERONÁUTICA
0 1 10 100
Sub-envelhecimento Super envelhecimento
7 – Condições do tempo de envelhecimento e tensão de escoamento:
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AERONÁUTICA
Solubilizado CP2
Envelhec 1/2h CP3
Alumínio CP1
Envelhec 6h CP5
Envelhec 24h CP 6
Envelhec 2h CP4
7 – Condições do tempo de envelhecimento e tensão de escoamento:
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AERONÁUTICA
Liga 7075
7 – Condições do tempo de envelhecimento e tensão de escoamento:
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ENGENHARIA MECATRÔNICA , PRODUÇÃO E 
AERONÁUTICA
Liga 2024
8 – Aplicação do envelhecimento
� Um exemplo interessante de utilização do processo de envelhecimento é o modo pelo qual é utilizado na
construção de aviões;
� Rebites de alumínio são mais fáceis de guiar e se ajustam mais perfeitamente se forem macios e
dúcteis, mas nesta condição, falta-lhes a resistência desejada;
� Assim sendo, os fabricantes selecionam uma liga de alumínio que possa ser temperada como uma
solução supersaturada, mas que irá envelhecer à temperatura ambiente;
� Os rebites são inseridos nos componentes a ligar, enquanto ainda estão relativamente maiores e
dúcteis, endurecendo após a montagem ;
� Uma vez que eles endurecem muito rapidamente na temperatura ambiente, surge um problema prático
de retardamento do processo de endurecimento se os rebites não forem usados imediatamente após o
tratamento de solubilização ;
� Uma vez que sejam conhecidos os efeitos de temperatura na taxa de ração de envelhecimento, tudo
poderá ser controlados;
� Após o tratamento de solubilização os rebites são guardados num refrigerado, onde a baixa
temperatura irá retardar o endurecimento por um tempo razoável.
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9 - Metodologia 
� As amostras sofreram tratamento térmico de solubilização a 540°C por 1 hora,
seguido de resfriamento em água (Têmpera à +/- 200C).
� Após a solubilização e têmpera, o tratamento de envelhecimento foi realizado a
190°C, no qual cada amostra foi submetida a um tempo diferente de tratamento:
½ h, 2h, 6h, 12h e 24h, seguido de resfriamento lento. Para efeito de
comparação, uma amostra foi somente solubilizada e uma outra sem tratamento.
1) amostras de liga de alumínio 2024;
� 2) amostras solubilizadas a 540ºC e 1h;
� 3) amostras solubilizadas a 540ºC e envelhecidas a 190°C por ½ h
� 4) amostras solubilizadas a 540ºC e envelhecidas a 190°C por 2 h
� 5) amostras solubilizadas a 540ºC e envelhecidas a 190°C por 6 h
� 6) amostras solubilizadas a 540ºC e envelhecidas a 190°C por 12 h
� 7) amostras solubilizadas a 540ºC e envelhecidas a 190 ºC por 24 h
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10 – Roteiro
Caracterização mecânica: Dureza
� Executar ensaios de dureza Rockweel B para cada amostra indicada (1 a 7);
� Montar um gráfico de dureza em função das amostras estudadas (1 a 7), e
identifique cada amostra e explique os perfis de dureza correlacionando os
tratamentos de cada amostra;
Caracterização microestrutural: Microscopia
� Olhe no microscópico óptico cada amostras indicada (1 a 7):
� Faça uma figura para cada tipo de tratamento térmico e explique a dureza
baseado nas observações feitas no microscópico relacionando as propriedades
mecânicas à microestrutura.
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