Materiais de Construção Mecânica + Estudo de Caso

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA – UNOESC 
 
 
 
 
 
 
ADRIANO ANZANELLO 
ANDRÉ ZARDO CRUBER 
JULIANO LUCHINI 
RICARDO ZOTTI 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DE CASO: Acoplamento Teteflex - Tombador CMS 
 
 
 
 
 
 
 
Joaçaba - SC 
2018 
 
 
ADRIANO ANZANELLO 
ANDRÉ ZARDO CRUBER 
JULIANO LUCHINI 
RICARDO ZOTTI 
 
 
 
ESTUDO DE CASO: Acoplamento Teteflex - Tombador CMS 
 
 
 
Proposta de pesquisa apresentada como parte 
das exigências da disciplina de Materiais de 
Construção Mecânica, do curso de 
ENGENHARIA MECÂNICA da Universidade do 
Oeste de Santa Catarina, Campus de JOAÇABA. 
 
 
 
 
Orientador: Sergio Luis Marquezi 
 
 
 
 
 
Joaçaba - SC 
2018 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 8 
2. OBJETIVO GERAL ............................................................................................... 9 
2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................. 9 
3. REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 10 
3.1. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................... 11 
3.1.1. Metais ......................................................................................................... 11 
3.1.2. Cerâmicos .................................................................................................. 12 
3.1.3. Polímeros ................................................................................................... 12 
3.1.4. Compósitos ................................................................................................. 12 
3.1.5. Semicondutores .......................................................................................... 13 
3.1.6. Biomateriais ................................................................................................ 13 
3.2. METAIS FERROSOS ...................................................................................... 13 
3.2.1. Os Efeitos do Tempo e Da Temperatura Sobre a Transformação das 
Microestruturas do Aço e do Ferro Fundido .............................................................. 16 
3.2.1.1. Tratamentos Térmicos .............................................................. 16 
3.2.1.1.1. Recozimento ........................................................................ 18 
3.2.1.1.2. Normalização ....................................................................... 19 
3.2.1.1.3. Têmpera ............................................................................... 20 
3.2.1.1.4. Revenimento ........................................................................ 23 
3.2.1.1.5. Tratamentos Isotérmicos ...................................................... 24 
3.2.1.1.6. Sub-zero ............................................................................... 24 
3.2.1.1.7. Tratamento Criogênico ......................................................... 25 
3.2.1.2. Tratamentos Termoquímicos .................................................... 25 
3.2.2. Elementos de Liga e a sua Influência na Microestrutura e Propriedades do 
Aço 27 
3.2.2.1. Elementos Estabilizadores da Austenita e da Ferrita ................ 33 
3.2.2.1.1. Tipo A1 (ou campo austenítico aberto) ................................ 34 
3.2.2.1.2. Tipo A2 (ou campo austenítico expandido) .......................... 34 
3.2.2.1.3. Tipo B1 (ou campo austenítico fechado) .............................. 34 
3.2.2.1.4. Tipo B2 (ou campo austenítico contraído)............................ 35 
 
 
3.2.2.2. Elementos Estabilizadores da Austenita e da Ferrita 
(continuação) 35 
3.2.2.3. Influência dos Elementos de Liga nos Aços Não Endurecidos . 37 
3.2.2.4. Efeitos dos Elementos de Liga na Formação da Ferrita ............ 38 
3.2.2.4.1. Atraso na Nucleação dos Grãos de Ferrita .......................... 38 
3.2.2.4.2. Atraso no Crescimento dos Grãos de Ferrita ....................... 38 
3.2.2.5. Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades da Ferrita 41 
3.2.2.6. Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades da Perlita 43 
3.2.2.7. Efeito dos Elementos de Liga nos Carbonetos ......................... 45 
3.2.2.7.1. Distribuição dos Elementos de Liga no Aço ......................... 46 
3.2.2.7.2. Solubilidade dos Elementos de Liga .................................... 46 
3.2.2.7.3. Formas de Precipitação ....................................................... 47 
3.2.2.7.4. Composição dos Carbonetos ............................................... 47 
3.2.2.7.5. Cinética de Precipitação e Coalescimento dos Carbonetos . 48 
3.2.2.7.6. Efeito da Precipitação de Carbonetos Finos no Aço ............ 49 
3.2.2.8. Efeito das Inclusões Não-Metálicas .......................................... 50 
3.2.2.9. Efeito dos Elementos de Liga nos Compostos Intermetálicos ... 50 
3.2.2.10. Efeito das Partículas Metálicas Dispersas .............................. 51 
3.2.2.11. Efeito dos Elementos de Liga na Formação da Austenita ....... 51 
3.2.2.12. Efeito dos Elementos de Liga na Têmpera ............................. 52 
3.2.2.13. Efeito dos Elementos de Liga no Revenimento ....................... 55 
3.2.2.13.1. Efeito dos Elementos de Liga na Transformação da Martensita 
para Cementita 55 
3.2.2.13.2. Endurecimento Secundário .................................................. 56 
3.2.3. Classificação e Seleção dos Aços .............................................................. 58 
3.2.3.1. Aços Estruturais ........................................................................ 58 
3.2.3.1.1. Aços Carbono de Média Resistência ................................... 58 
3.2.3.1.2. Aços de Alta Resistência e Baixa Liga ................................. 59 
3.2.3.1.3. Aços ligados tratados termicamente .................................... 60 
3.2.3.2. Aços para Construção Mecânica............................................... 61 
3.2.3.2.1. Eixos .................................................................................... 62 
3.2.3.2.2. Aços para Cementação e Nitretação ................................... 63 
3.2.3.2.3. Aços Resistentes ao Desgaste ............................................ 64 
3.2.3.3. Aços Ferramenta ....................................................................... 66 
 
 
3.2.3.4. Aços Resistentes a Corrosão .................................................... 69 
3.2.3.4.1. Aços Inoxidáveis .................................................................. 75 
3.2.3.5. Aços para Fundição .................................................................. 78 
3.2.3.5.1. Aços Carbono para Fundição ............................................... 78 
3.2.3.5.2. Aços Liga para Fundição ...................................................... 79 
3.2.4. Ferro Fundido ............................................................................................. 80 
3.2.4.1. Efeito dos Elementos de Liga Sobre o Ferro Fundido ............... 84 
3.2.4.2. Classes de Ferro Fundidos ....................................................... 86 
3.2.4.2.1. Ferro Fundido Cinzento........................................................ 86 
3.2.4.2.2. Ferro Fundido Maleável ....................................................... 91 
3.2.4.2.3. Ferro Fundido Nodular ......................................................... 95 
3.2.4.2.4. Ferro Fundido de Grafita Compactada (Vermicular) ............ 98 
3.2.4.2.5. Ferro Fundido Branco ........................................................ 100 
3.3. METAIS NÃO-FERROSOS ........................................................................... 105 
3.3.1. Alumínio e Suas Ligas .............................................................................. 105 
3.3.1.1. Alumínio Comercialmente Puro ...............................................105 
3.3.1.2. Ligas de Alumínio-Cobre ......................................................... 108 
3.3.1.3. Ligas de Alumínio-Manganês .................................................. 109 
3.3.1.4. Ligas de Alumínio-Silício ......................................................... 110 
3.3.1.5. Ligas de Alumínio-Magnésio ................................................... 112 
3.3.1.6. Ligas de Alumínio-Zinco .......................................................... 115 
3.3.1.7. Outras Ligas de Alumínio ........................................................ 116 
3.3.1.8. Tratamento Térmico das Ligas de Alumínio ............................ 119 
3.3.1.9. Corrosão das Ligas de Alumínio ............................................. 120 
3.3.2. Cobre e Suas Ligas .................................................................................. 121 
3.3.2.1. Ligas de Cobre-Alumínio ......................................................... 122 
3.3.2.2. Ligas de Cobre-Silício ............................................................. 126 
3.3.2.3. Ligas de Cobre-Berílio ............................................................. 127 
3.3.2.4. Ligas de Cobre-Estanho e Cobre-Estanho-Fósforo ................ 128 
3.3.2.5. Latão ....................................................................................... 132 
3.3.2.5.1. Latões Binários (Cu-Zn) ..................................................... 133 
3.3.2.5.2. Latões com Chumbo (Cu-Zn-Pb) ....................................... 135 
3.3.2.5.3. Latões com Estanho (Cu-Zn-Sn) ........................................ 135 
 
 
3.3.2.5.4. Aplicação dos Latões ......................................................... 136 
3.3.2.6. Tratamentos térmicos das ligas de cobre ................................ 139 
3.4. CERÂMICOS ................................................................................................. 140 
3.5. POLÍMEROS ................................................................................................. 141 
3.5.1. Propriedades dos Polímeros .................................................................... 142 
3.5.2. Temperatura de Transição Vítrea ............................................................. 143 
3.5.3. Classes de Polímeros ............................................................................... 144 
3.5.3.1. Polietileno (PE)........................................................................ 145 
3.5.3.1.1. Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) – de 0,91 a 0,925 
g/cm³ 145 
3.5.3.1.2. Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL) – de 0,91 a 
0,925 g/cm³ 146 
3.5.3.1.3. Polietileno de Alta Densidade (PEAD) – de 0,945 a 0,96 g/cm³
 146 
3.5.3.1.4. Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM) – 0,93 a 
0,94 g/cm³ 147 
3.5.3.2. Poliestireno (PS) ..................................................................... 147 
3.5.3.3. Poliuretano (PU) e Poliuretano Termoplástico (TPU) .............. 149 
3.5.3.3.1. O Poliuretano Termoplástico (TPU) ................................... 149 
3.5.3.4. Policarbonato (PC) .................................................................. 151 
3.5.3.5. Politetrafluoretileno (PTFE) ..................................................... 152 
3.5.3.6. Poliamida (PA) ........................................................................ 153 
3.5.3.6.1. Poliamida 6 ........................................................................ 155 
3.5.3.6.2. Poliamida 6.6 ..................................................................... 155 
3.5.3.7. Poli(oxi-metileno) / Poliacetal (POM) ....................................... 155 
3.5.3.8. Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS) ..................................... 156 
3.5.3.9. Policloreto de Vinila (PVC) ...................................................... 158 
3.5.3.10. Poliarilamida (Kevlar) ............................................................ 159 
3.6. MATERIAIS COMPÓSITOS .......................................................................... 160 
3.6.1. Fibra de Vidro ........................................................................................... 160 
3.6.2. Fibra de Carbono ...................................................................................... 162 
4. PROCEDIMENTOS METODOLOGICOS ......................................................... 163 
4.1. FUNÇÃO MECÂNICA DO COMPONENTE .................................................. 163 
4.2. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO COMPONENTE ................................... 165 
 
 
4.3. TENSÕES SOBRE O COMPONENTE ......................................................... 165 
4.4. INVESTIGAÇÃO SOBRE O MATERIAL DO COMPONENTE....................... 165 
5. RESULTADOS E DISCUÇÕES ........................................................................ 170 
6. REFERÊNCIAS ................................................................................................ 171 
 
 
 
8 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Os materiais têm sido de muita importância para o avanço de novas 
tecnologias, principalmente a área mecânica. Este estudo de caso foi elaborado para 
entender e conhecer um pouco mais sobre os metais e suas aplicações na área. 
Nos dias de hoje a quantidade de materiais e técnicas para produção são 
enormes. A escolha do material mais adequado para uma determinada aplicação não 
é uma tarefa fácil, necessitando de um bom conhecimento em materiais. O técnico ou 
tecnólogo deve saber articular estes conhecimentos e determinar da melhor forma 
possível, a escolha do material mais apropriado, levando em consideração o custo, 
suas características específicas entre outros fatores que possam afetar o mesmo. 
Neste relatório estaremos realizando um estudo de caso em um elemento de 
máquina, se trata de um acoplamento que é responsável por transmitir o movimento 
do moto redutor para o equipamento. No mesmo estaremos fazendo entendimento do 
processamento, se o mesmo possui solução a falha ocorrida, amaneira como foi 
fabricado o material, quais propriedades físicas, químicas e mecânicas apresentará. 
Para determinar e comprovar os itens citados acima será realizado 
experimentos laboratoriais como, metalografia e ensaios de dureza. 
9 
 
2. OBJETIVO GERAL 
 
Pesquisar, relacionar e interpretar as informações sobre os diversos materiais 
utilizados na área mecânica e aplicar essas informações na resolução de uma 
situação problema. 
2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
a) Pesquisar sobre classificação dos materiais 
b) Pesquisar sobre microestruturas dos materiais 
c) Pesquisar sobre tratamentos térmicos 
d) Pesquisar sobre propriedades mecânicas dos materiais 
e) Fazer a análise de uma situação problema e colocar em pratica os 
conhecimentos adquiridos. 
10 
 
3. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
No nosso cotidiano, diversos tipos de materiais estão presentes, cada qual com 
características diferentes. Segundo Callister Jr. (2002, p. 4): 
Os materiais sólidos têm sido convenientemente agrupados em três 
classificações básicas: metais, cerâmicos e polímeros. Esse esquema está 
baseado principalmente na composição química e na estrutura atômica, e a 
maioria dos materiais se encaixa em um ou outro grupamento distinto, 
embora existam alguns materiais intermediários. Adicionalmente, existem 
três outros grupos de materiais importantes na engenharia — compósitos, 
semicondutores e biomateriais. 
Diagrama 1 - Classificação dos materiais. 
 
Fonte: Adaptado de Santos (2010). 
11 
 
3.1. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS 
 
A seguir, são descritas as características de cada classe de materiais: 
 
3.1.1. Metais 
 
Conforme explica Callister Jr. (2002, p. 4): 
Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. 
Eles possuem um número grande de elétrons não-localizados; isto é, estes 
elétrons não estão ligados a qualquer átomo em particular. Muitas 
propriedades dos metais são atribuídas diretamentea estes elétrons. Os 
metais são condutores extremamente bons de eletricidade e calor, e não são 
transparentes à luz visível; uma superfície metálica polida possui uma 
aparência lustrosa. Além disso, os metais são muito resistentes, e ainda 
assim deformáveis, o que é responsável pelo seu uso extenso em aplicações 
estruturais. 
 
Diagrama 2 - Classificação dos metais 
 
Fonte: Adaptado de Pinho (2011). 
 
12 
 
3.1.2. Cerâmicos 
 
Callister Jr. (2002, p. 4) define os materiais cerâmicos como: 
[...] compostos entre os elementos metálicos e não- metálicos; eles são 
frequentemente óxidos, nitretos e carbetos. A grande variedade de materiais 
que se enquadra nesta classificação inclui cerâmicos que são compostos por 
minerais argilosos, cimento e vidro. Estes materiais são tipicamente isolantes 
à passagem de eletricidade e calor, e são mais resistentes a altas 
temperaturas e ambientes abrasivos do que os metais e polímeros. Com 
relação ao comportamento mecânico, os cerâmicos são duros, porém muito 
[frágeis] [...]. 
 
3.1.3. Polímeros 
 
Para Callister Jr. (2002, p. 4), os polímeros: 
[...] compreendem os materiais comuns de plástico e borracha. Muitos deles 
são compostos orgânicos que têm sua química baseada no carbono, no 
hidrogênio e em outros elementos não-metálicos; além disso, eles possuem 
estruturas moleculares muito grandes. Estes materiais possuem tipicamente 
baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis. 
 
3.1.4. Compósitos 
 
Segundo Callister Jr. (2002), os compósitos são materiais constituídos por mais 
de um tipo de material, com o intuito de combinar as melhores características de cada 
material. Callister Jr. (2002, p. 4) ainda cita como exemplo “A fibra de vidro [que reúne 
a] [...] resistência do vidro e flexibilidade do polímero”. 
 
 
13 
 
3.1.5. Semicondutores 
 
Conforme explica Callister Jr. (2002, p. 4): 
Os semicondutores possuem propriedades elétricas que são intermediárias 
entre aquelas apresentadas pelos condutores elétricos e pelos isolantes. 
Além disso, as características elétricas destes materiais são extremamente 
sensíveis à presença de minúsculas concentrações de átomos de impurezas, 
concentrações que podem ser controladas ao longo de regiões espaciais 
muito pequenas. 
Essa sensibilidade dos semicondutores às impurezas, permite controlar as 
características de condutibilidade do material através da adição de elementos (técnica 
conhecida como dopagem). Conforme dito por Callister Jr. (2002, p. 4), “os 
semicondutores tornaram possível o advento dos circuitos integrados, que 
revolucionaram totalmente as indústrias de produtos eletrônicos e de computadores”. 
 
3.1.6. Biomateriais 
 
Callister Jr. (2002, p. 4), afirma que: 
Os biomateriais são empregados em componentes implantados no interior do 
corpo humano para a substituição de partes do corpo doentes ou danificadas. 
Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser 
compatíveis com os tecidos do corpo (isto é, não devem causar reações 
biológicas adversas). Todos os materiais citados acima — metais, cerâmicos, 
polímeros, compósitos e semicondutores — podem ser usados como 
biomateriais. 
 
3.2. METAIS FERROSOS 
 
Segundo Chiaverini (1996), o aço é formado basicamente por uma liga binária 
de ferro e carbono, sendo que no aço a percentagem de carbono varia entre 0,008% 
(que corresponde à máxima solubilidade de carbono no ferro a temperatura ambiente) 
e os 2,11% (que corresponde à máxima quantidade de carbono que se dissolve no 
ferro, e que ocorre a 1148°C). Já o ferro fundido é considerado uma liga ternária de 
ferro, silício (símbolo atômico Si) e carbono, com a porcentagem de carbono variando 
entre 2,11% e 6,7%. Outra constituinte do ferro fundido, é que devido a sua 
percentagem de carbono ser maior que pode ser retida em solução sólida na 
austenita, desse modo, resultando em carbono parcialmente livre, na forma de veios 
ou lamelas de grafita. 
14 
 
Contudo, deve ser feita uma observação sobre a composição dos aços, 
conforme o próprio Chiaverini (1996) ressalta no seguinte trecho: 
O aço é uma liga de natureza relativamente complexa e sua definição não é 
simples, visto que, a rigor os aços comerciais não são ligas binárias: de fato, 
apesar dos seus principais elementos de liga serem o ferro e o carbono eles 
contêm sempre outros elementos secundários, presentes devido aos 
processos de fabricação. 
Esta mesma observação feita acima também é válida para os ferros fundidos, 
pois verifica-se na prática que os ferros fundidos podem conter também elementos de 
liga, além das próprias impurezas presentes no material. 
O aço e o ferro fundido apresentam basicamente 3 tipos de microestruturas, 
sendo estas Cúbica de Corpo Centrado (CCC), Cúbica de Face Centrada (CFC) e 
Ortorrômbica. Contudo, o tipo de microestrutura apresentada depende das condições 
de temperatura, pressão e percentagem de carbono. Conforme verifica-se a presença 
de outros elementos (sendo estas impurezas ou elementos de liga) nos aços e ferros 
fundidos, pode-se verificar a formação de outros tipos de microestruturas diferentes 
das citadas, porém, nesse sentido, cada caso deve ser verificado separadamente. 
Conforme falado anteriormente, as microestruturas resultantes são 
dependentes de alguns fatores, sendo estes: temperatura, pressão (esta podendo ser 
interna ao material) e percentagem dos elementos constituintes do material. Isto se 
deve ao conceito de estabilidade, onde o material passa a buscar sempre o equilíbrio 
de fases. Estes conceitos são melhor explicados por Callister Jr. (2002, p. 170-171, 
grifo do autor, grifo nosso): 
Equilíbrio é um outro conceito essencial. Este é mais bem descrito em 
termos de uma grandeza termodinâmica conhecida por energia livre. 
Sucintamente, a energia livre é uma função da energia interna de um sistema 
e também da aleatoriedade ou desordem dos átomos ou moléculas (ou 
entropia). Um sistema está em equilíbrio se a sua energia livre se encontra 
em um valor mínimo para alguma combinação específica de temperatura, 
pressão e composição. Em um sentido macroscópico, isso significa que as 
características do sistema não mudam ao longo do tempo, mas persistem 
indefinidamente; isto é, o sistema é estável. Uma alteração na temperatura, 
na pressão e/ou na composição de um sistema em equilíbrio resultará em 
aumento na energia livre e em possível mudança espontânea para um outro 
estado no qual a energia livre seja reduzida. 
A expressão equilíbrio de fases, usada com frequência no contexto desta 
discussão, se refere ao equilíbrio, uma vez que se aplica a sistemas nos quais 
pode existir mais de uma fase. O equilíbrio de fases é refletido por uma 
constância no que se refere às características da fase de um sistema em 
relação ao tempo [...]. 
Em muitos sistemas metalúrgicos e de materiais de interesse, o equilíbrio de 
fases envolve apenas fases sólidas. Nesse sentido, o estado do sistema está 
refletido nas características da microestrutura, a qual necessariamente inclui 
15 
 
não apenas as fases presentes e as suas composições, mas, além disso, as 
quantidades relativas das fases e os seus arranjos ou distribuições espaciais. 
Considerações a respeito da energia livre e diagramas [de fases] [..] fornecem 
informações sobre as características de equilíbrio de um sistema específico, 
o que é importante; porém eles não indicam o intervalo de tempo necessário 
para que se atinja um novo estado de equilíbrio. Com frequência, este é o 
caso, especialmente em sistemas sólidos, em que um estado de equilíbrio 
nunca é completamente atingido, pois a taxa segundo a qual se chega ao 
equilíbrio é extremamente lenta; diz então que tal sistema se encontra em um 
estado de não-equilíbrio ou metaestável. Um estado ou microestrutura 
metaestável pode persistir indefinidamente, experimentando somente 
alterações extremamentepequenas e praticamente imperceptíveis com o 
passar do tempo. Com frequência, as estruturas metaestáveis possuem um 
significado mais prático do que as estruturas em equilíbrio. Por exemplo, a 
resistência de alguns aços e de ligas de alumínio depende do 
desenvolvimento de microestruturas metaestáveis durante tratamentos 
térmicos cuidadosamente projetados [...]. 
Dessa forma, não é importante apenas uma compreensão dos estados e 
estruturas em condições de equilíbrio, mas também da velocidade ou taxa 
segundo a qual essas condições são estabelecidas. Além disso, os fatores 
que afetam a taxa devem ser considerados [...]. 
Para facilitar a interpretação das fases resultantes em sistemas metálicos 
formados por ligas binárias, é comum o uso de diagrama de fases, onde os dados 
conhecidos sobre a formação de cada fase em condições conhecidas de temperatura 
e percentagem relativa dos elementos. Para o aço e o ferro fundido, não é diferente, 
sendo que estes partilham um mesmo diagrama de fases. Vale ressaltar que mesmo 
o ferro fundido sendo uma liga ternária, e que mesmo o silício sendo apresentado em 
porcentagens maiores que o carbono, é o carbono o principal constituinte que pode 
alterar as características do material. Por esse motivo é possível dizer que tanto o aço, 
quanto o ferro fundido, podem partilhar o mesmo diagrama de fases, onde, para 
ambos os materiais, o carbono é o principal elemento capaz de alterar tanto as 
microestruturas, quanto as propriedades do material. Na Figura 1, apresentada a 
seguir é mostrado o diagrama de fases x ferro x carbono, para exemplificação. A 
mesma figura pode ser encontrada em tamanho ampliado nos Anexos A. 
16 
 
Figura 1 - Diagrama de Fases x Ferro x Carbono. 
 
Fonte: Morais (20--?) apud Júnior et al (2011). 
 
3.2.1. Os Efeitos do Tempo e Da Temperatura Sobre a Transformação das 
Microestruturas do Aço e do Ferro Fundido 
 
Conforme citado anteriormente, além das porcentagens de cada elemento 
presentes no material e da temperatura que este se encontra, o tempo é um fator 
importante para determinar quais fases, e consequentemente quais tipos de 
microestruturas estarão presentes no material. A partir de certas mudanças de 
temperatura sobre determinados intervalos de tempo, é possível modificar toda a 
microestrutura de um material, sendo que dessa definição surgiram os tratamentos 
térmicos e termoquímicos, os quais são muito importantes nos dias atuais, e que 
permitem alcançar certas propriedades nos materiais. 
 
3.2.1.1. Tratamentos Térmicos 
 
Para facilitar interpretação de quais fases irão surgir a partir de um certo 
tratamento térmico, foram criados os diagramas de tempo x temperatura x 
transformação (TTT) que demonstram os determinados tipos de estrutura formada, 
apenas observando as regiões pela qual uma curva de resfriamento e aquecimento 
passam. Na Figura 2 é mostrado um diagrama de TTT para um aço eutetóide. 
17 
 
Figura 2 - Diagrama TTT de uma liga Fe-C eutetóide. 
 
Fonte: Cardoso. et al (200-). 
 
Porém, deve-se ter cuidado ao escolher o diagrama TTT a ser utilizado, uma 
vez que as curvas de transformação são alteradas conforme mudam os elementos 
presentes no material e as suas porcentagens. Essa mudança é melhor demonstrada 
na Figura 3. 
Figura 3 - Curva TTT para ligas Fe-C hipoeutetóide e hipereutetóide. 
 
Fonte: COSTA e COSTA (20--?a). 
Após a escolha da curva TTT correta, pode-se predefinir qual a curva de 
resfriamento do material para que este forme as fases desejadas. Para cada curva, 
existe um tratamento térmico, sendo que os principais tratamentos térmicos são: 
18 
 
 
3.2.1.1.1. Recozimento 
 
Segundo Chiaverini (1986a, p. 244), os principais objetivos do recozimento são: 
[...] remover tensões, devidas aos processos de fundição e conformação 
mecânicas, a quente ou a frio, diminuir a dureza, melhorar a ductilidade, 
ajustar o tamanho de grãos, regularizar a textura bruta de fusão, produzir uma 
estrutura definidas, eliminar, enfim, os efeitos de quaisquer tratamentos 
mecânicos e térmicos a que o material tenha sido anteriormente submetido. 
Chiaverini (1986a, p. 244-245, grifo do autor) ainda subdivide o recozimento 
entre os seguintes tratamentos específicos: 
a) Recozimento total ou pleno, em que o material é geralmente 
aquecido a uma temperatura acima da de recristalização (zona crítica 
nos aços), seguido de resfriamento lento. O tratamento aplica-se a 
todas as ligas Fe-C e a um grande número de ligas não-ferrosas, tais 
como cobre e suas ligas, ligas de alumínio, ligas de magnésio, de 
níquel, titânio e certas ligas etc. 
b) Recozimento em caixa aplicado principalmente em aço, sob uma 
atmosfera protetora, para eliminar o efeito do encruamento e proteger 
a superfície da oxidação. As peças de aço são geralmente na forma 
de bobinas, liras ou chapas. 
c) Recozimento para alivio de tensões, em que não é necessário 
atingir-se a faixa de temperaturas correspondente a recristalização. 
O objetivo é aliviar as tensões originadas durante a solidificação de 
peças fundidas ou produzidas em operações de conformação 
mecânica, corte, soldagem ou usinagem. O tratamento aplica-se a 
todas as ligas Fe-C, a ligas de alumínio, cobre e suas ligas, titânio e 
algumas de suas ligas, ligas de magnésio, de níquel etc. 
d) Esferoidização, [também conhecida por coalescimento, é] aplicável 
em aços de médio a alto teor de carbono, com o objetivo de melhorar 
sua usinabilidade. O aquecimento é levado a efeito a uma 
temperatura em tomo do chamado limite inferior da zona crítica. 
 
19 
 
3.2.1.1.2. Normalização 
 
Para Chiaverini (1986a, p. 245), a normalização é: 
[...] um tratamento muito semelhante ao recozimento, pelo menos quanto aos 
seus objetivos. A diferença consiste no fato de que o resfriamento posterior é 
menos lento ao ar, por exemplo, o que dá como resultado uma estrutura mais 
fina do que a produzida no recozimento, e consequentemente propriedades 
mecânicas ligeiramente superiores. Aplica-se principalmente aos aços. 
Figura 4 - Zona de austenização. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 21). 
Figura 5 - Curva de temperatura para normalização 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 21). 
 
20 
 
3.2.1.1.3. Têmpera 
 
Chiaverini (1986a, p. 245), diz que: 
É este o tratamento térmico mais importante dos aços, principalmente os que 
são utilizados em construção mecânica. As condições de aquecimento são 
muito idênticas às que ocorrem no recozimento ou normalização. O 
resfriamento, entretanto, é muito rápido, para o que se empregam geralmente 
meios líquidos, onde as peças são mergulhadas depois de aquecidas 
convenientemente. Resultam, nos aços temperados, modificações estruturais 
muito intensas que levam a um grande aumento da dureza, da resistência ao 
desgaste, da resistência à tração, ao mesmo tempo em que as propriedades 
relacionadas com a ductilidade sofrem uma apreciável diminuição e tensões 
internas são originadas em grande intensidade. 
Essas tensões internas são de duas naturezas: tensões estruturais e tensões 
térmicas, estas últimas devidas ao fato de as diferentes secções das peças 
se resfriarem com velocidades diferentes. 
Os inconvenientes causados por essas tensões internas, associados à 
excessiva dureza e quase total ausência de ductilidade do aço temperado, 
exigem um tratamento térmico corretivo posterior chamado revenido. 
Para GERDAU (20--?, p. 22-23), a têmpera consiste em: 
Aquecimento até uma temperatura 50ºC acima da temperatura crítica (a 
mesma faixa utilizada apara recozimento pleno) [conforme pode ser visto na 
Figura 6] e em seguida resfria-lo bruscamente [conforme pode ser visto na 
Figura 7] em água, óleo ou em meios de têmpera de composição química 
especial. 
O objetivo do tratamento de têmpera é obter martensita na estrutura do aço, 
microconstituinte muito duro e frágil. Para tanto, as peças devem ser 
resfriadas rapidamente, para evitar a formaçãode ferrita, perlita, bainita, 
microconstituintes mais moles que a martensita. 
Quando se faz o resfriamento brusco do aço, durante a têmpera, ocorre 
choque térmico devido à passagem da peça de temperaturas de 850 a 900ºC 
para a temperatura ambiente, em poucos segundos. 
21 
 
Figura 6 - Faixa de temperatura para têmpera do aço, conforme percentagem de carbono. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 22). 
Figura 7 - Curva de temperatura para têmpera. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 23). 
GERDAU (20--?, p. 24-25), ainda diz que: 
Quando a velocidade de resfriamento é alta, estabelecem-se grandes 
diferenças de temperatura entra a superfície e o centro da peça, pois a 
superfície em contato direto com o meio refrigerante resfria rápido, enquanto 
o núcleo resfria mais lentamente. 
Assim, quando se faz tratamentos térmicos de peças médias e grandes deve-
se sempre levar em consideração que o núcleo e a superfície submetidos a 
22 
 
diferentes velocidades de resfriamento, podem apresentar microestruturas e 
propriedades mecânicas muito diferentes. 
Isso pode ser visto na Curva RC [da Figura 14] [...], em que a superfície da 
peça apresenta martensita e o núcleo uma mistura de ferrita, perlita, bainita 
e martensita [conforme é demonstrado na Figura 15]. 
Pode-se observar que a transformação do aço na superfície ocorre em 
apenas 3 segundos enquanto no núcleo inicia após 8 segundos e somente 
termina após aproximadamente 30 segundos. 
Em princípio é possível obter o mesmo valor de dureza em aços temperados 
com diferentes teores de carbono. É possível obter dureza de 50 HRC com 
99,9% de martensita e 0,25% C ou com 95% de martensita e 0,35% C, ou 
com 90% de martensita e 0,4% C, ou com 80% de martensita e 0,45% C ou 
ainda com 50% de martensita e 0,6% C. Na [Figura 16] [...] observa-se que 
quanto maior é o teor de carbono do aço, maior é a dureza da martensita 
obtida. 
Figura 8 - Diferença de temperatura entre borda e núcleo durante resfriamento para têmpera. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 24). 
23 
 
Figura 9 - Diferença entre as curvas de resfriamento da superfície (curva a esquerda) e do 
núcleo (curva a direita) da peça, durante têmpera. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 25). 
Figura 10 - Dureza conforme percentual de carbono e percentagem de transformação em 
martensita. 
 
Fonte: GERDAU (20--?, p. 25). 
Conforme explicado por GERDAU (20--?, p. 26, grifo nosso): 
É preciso ter em mente que quanto maior é o teor de carbono mais frágil é o 
aço. Da mesma forma, quanto mais heterogênea é a estrutura do aço 
(mistura de martensita, bainita, perlita e ferrita) menor é a sua resistência à 
fadiga. Desta forma a seleção do material deve sempre ser feita adotando-
se o menor teor de carbono compatível com a dureza desejada. 
 
3.2.1.1.4. Revenimento 
 
Chiaverini (1986a, p. 245-246) fala o seguinte sobre o revenimento: 
Aplicado nos aços temperados, imediatamente após a têmpera, a 
temperaturas inferiores à da zona crítica, resultando em modificação da 
estrutura obtida na têmpera. A alteração estrutural que se verifica no aço 
24 
 
temperado em consequência do revenido melhora a ductilidade, reduzindo os 
valores de dureza e resistência à tração, ao mesmo tempo em que as tensões 
internas são aliviadas ou eliminadas. 
Dependendo da temperatura em que se processa o revenido, a modificação 
estrutural é tão intensa que determinados aços adquirem as melhores 
condições de usinabilidade [...]. 
Os tratamentos de têmpera e revenido estão sempre associados. 
 
3.2.1.1.5. Tratamentos Isotérmicos 
 
Conforme explicado pelo Centro de Informação Metal Mecânica - CIMM (20--
a), um tratamento isotérmico é: 
Operação ou conjunto de operações realizadas na peça no estado sólido que 
compreendem aquecimento, permanência em determinada temperatura e 
posterior resfriamento, em condições controladas, realizados com a finalidade 
de dar ao material determinadas características devido às alterações nas 
suas propriedades. 
Já Chiaverini (1986a, p. 246, grifo do autor, grifo nosso) fala que: 
[São] aplicados igualmente nos aços. Incluem a austêmpera e a 
martêmpera e são baseados no conhecimento das chamadas curvas em C 
ou TTT. 
a) A austêmpera tem por objetivo produzir uma determinada estrutura 
que alia a uma boa dureza excelente tenacidade. Em certas 
aplicações, esse tratamento é considerado superior ao tratamento 
conjunto têmpera-revenido. 
b) A martêmpera tem por objetivos os mesmos que a têmpera e o 
revenido proporcionam. Pelas condições em que essa operação é 
realizada, as tensões resultantes são mais facilmente elimináveis. 
 
3.2.1.1.6. Sub-zero 
 
Conforme explica GERDAU (20--?, p. 42): 
Existem tratamentos térmicos sub-zero feitos com o objetivo de promover a 
transformação da austenita retida para martensita e aumentar a dureza 
superficial do aço. O tratamento consiste em resfriar a peça já temperada em 
nitrogênio líquido (-197ºC) ou misturas de líquidos em temperaturas abaixo 
de zero graus, para que a temperatura Mf do aço seja cruzada, permitindo 
que ocorra 100% de transformação. 
25 
 
É um tratamento térmico frequentemente aplicado aos aços de alto carbono, 
principalmente o aço ferramenta. A resistência ao desgaste aumenta muito 
após tratamento sub-zero, como pode ser visto no gráfico abaixo. Um aço 
para rolamento pode aumentar de 2 até 5 vezes sua resistência ao desgaste 
quando tratado sub-zero para eliminação de austenita retida. 
 
3.2.1.1.7. Tratamento Criogênico 
 
Para GERDAU (20--?, p. 43) o tratamento criogênico consiste em: 
Resfriar peças (mesmo que não tenham austenita retida em sua estrutura) 
até temperaturas sub-zero e mantê-las nesta temperatura por várias horas. 
Em seguida as peças são aquecidas até a temperatura ambiente em tempos 
prolongados de 8 a 20 horas. Posteriormente são revenidas entre 150 e 
600ºC para baixar a dureza e aumentar a tenacidade. 
GERDAU (20--?, p. 43) ainda complementa, dizendo que os tratamentos 
criogênicos: 
São tratamentos demorados que trazem benefícios acentuados às 
propriedades mecânicas do material. Sabe-se que o jateamento com 
granalha é um tratamento de superfície muito importante para aumentar a 
resistência à fadiga de molas carregadas dinamicamente. Há relatos de que 
a realização de tratamentos criogênicos pode melhorar ainda mais a vida em 
fadiga destes componentes. Por exemplo, molas de válvula de carros de 
corrida podem perder até 10% de sua força no início de sua vida (período de 
amaciamento). Por esta razão molas de válvulas de motores de competição 
sofrem duplo jateamento por granalha, primeiro com uma granalha mais 
grossa e depois com granalha mais fina. O objetivo é criar tensões residuais 
de compressão na superfície que aumentam a vida em fadiga do material. 
Quando as válvulas sofrem tratamento criogênico após o jateamento 
observa-se um aumento na vida em fadiga de 5 a 7 vezes em relação ao 
material simplesmente jateado. Além disso a perda de força no período de 
amaciamento é reduzida para 3%. 
 
3.2.1.2. Tratamentos Termoquímicos 
 
Chiaverini (1986a, p. 247, grifo do autor), define os tratamentos termoquímicos 
da seguinte maneira: 
Tratamentos termoquímicos são assim chamados, porque são realizados 
em condições de ambiente que promovem uma modificação parcial da 
composição química do material. Essa modificação é superficial e o 
tratamento é aplicado nos aços, tendo como objetivo fundamental aumentar 
a dureza e a resistência ao desgaste da superfície, até uma certa 
26 
 
profundidade, ao mesmo tempo que o núcleo das peças, cuja composição 
química não é afetada, se mantém tenaz. 
Para Chiaverini (1986a, p. 247, grifo do autor), os principais tratamentos 
termoquímicos são: 
a) Cementação, que consiste no enriquecimento superficial de carbono 
de peças de aço de baixo carbono. A temperatura de aquecimento é 
superior à temperatura crítica e as peças devem ser envolvidas porum meio carbonetante que pode ser sólido (carvão), gasoso 
(atmosferas ricas em CO) ou líquido (banhos de sal à base de 
cianetos). A peça cementada deve ser posteriormente temperada; 
b) Nitretação, que consiste no enriquecimento superficial de nitrogênio, 
que se combina com certos elementos dos aços formando nitretos de 
altas dureza e resistência ao desgaste. As temperaturas de nitretação 
são inferiores às da zona crítica e os aços nitretados não exigem 
têmpera posterior. O tratamento é feito em atmosfera gasosa, rica em 
nitrogênio ou em banho de sal; 
c) Cianetação, endurecimento superficial que consiste na introdução 
simultânea na superfície do aço de carbono e nitrogênio. Levada a 
efeito em banhos de sal, a temperaturas acima da zona crítica e 
exigindo têmpera posterior; 
d) Carbonitretação ou cianetação a gás, tem o mesmo objetivo que a 
cianetação, ou seja, a introdução superficial simultânea de carbono e 
nitrogênio; porém, em atmosfera gasosa. 
Além dos tratamentos citados por Chiaverini (1986a), Costa e Costa (20--?b) 
citam outro importante tratamento termoquímico: a boretação. 
Costa e Costa (20--?b, p. 32-34) fala o seguinte sobre a boretação: 
É um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a 
difusão de átomos de boro para dentro da superfície formando um complexo 
de boretos (Fe2B). O boro preenche os espaços no substrato criando uma 
totalmente nova liga de boro e ferro. Por se tratar de um verdadeiro processo 
de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato. 
Abrasão e aderência são tipicamente as principais formas de desgaste e são 
umas das características de praticamente todos os tipos de estresses 
mecânicos. Aços boretados são extremamente resistentes à abrasão por 
conta de sua extremamente dura superfície. 
Dependendo da aplicação, a espessura da camada de boreto varia de 20 a 
300µm e resulta no aumento da vida útil em múltiplas vezes. Aplicações que 
necessitam de resistência à abrasão incluem sistemas de transporte 
pneumático, unidades plastificantes nos processos de polímeros, partes para 
moinhos, bombas e válvulas, matrizes para vidro e partes para máquinas 
têxteis. 
Além da alta resistência à abrasão, a camada de boreto exibe a importante 
propriedade de ter muito pouca tendência à solda fria. Os métodos de análise 
27 
 
Almen-Wieland e Reichert mostram que camadas boretadas não apresentam 
praticamente nenhuma tendência à solda fria. Isto é extremamente 
importante para reduzir o desgaste por aderência, e explica porque são 
preferencialmente e com sucesso utilizadas ferramentas boretadas na 
formação a frio de metais como alumínio e cobre. 
A união da resistência ao desgaste, o baixo coeficiente de fricção e baixa 
necessidade de lubrificação transformaram a boretação no processo 
escolhido para engrenagens automobilísticas e extrusores de plásticos 
contendo fibras minerais e vítreas, aplicações onde os componentes 
boretados tem vida útil superior em escalas algorítmicas se comparadas com 
as tratadas por nitretação. 
Outras aplicações que valem ser mencionadas, são componentes em aço 
carbono que necessitem resistência geral ao desgaste e as aplicações em 
forja a quente. Adicionalmente tem sido igualmente aplicado com enorme 
sucesso em aplicações de alta temperatura onde ocorre desgaste, incluindo 
tubos de queimadores e componentes equivalentes 
 
3.2.2. Elementos de Liga e a sua Influência na Microestrutura e Propriedades do 
Aço 
 
Quando um aço recebe a adição de elementos químicos acima de 
determinadas percentagens (que são consideradas impurezas), este é denominado 
como sendo um aço liga. 
O Centro de Informação Metal Mecânica - CIMM (20--b) define os aços liga da 
seguinte maneira: 
Chamado também de aço especial, é uma liga de ferro-carbono com 
elementos de adição (níquel, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, 
vanádio, silício, cobalto[, ][...] alumínio [, etc.]) para conferir a esse aço 
características especiais, tais como: resistência à tração e à corrosão, 
elasticidade e dureza, entre outras, tornando-os melhores do que os aços-
carbono comuns. 
A adição de elementos de liga tem o objetivo de promover mudanças 
microestruturais que, por sua vez, promovem mudanças nas propriedades 
físicas e mecânicas, permitindo que ao material desempenhar funções 
específicas. 
Os aços-liga costumam ser designados de acordo com os elementos 
predominantes, como, por exemplo, aço-níquel, aço-cromo e aço-cromo-
vanádio. Seguem a mesma classificação dos aços-carbono, dividindo-se 
também em graus, tipos e classes. Os sistemas de classificação também são 
os mesmos, destacando-se os sistemas SAE, AISI, ASTM e UNS. 
 
28 
 
Infomet (20--?a) diz que: 
Dada a grande variedade de tipos de aços, foram criados sistemas para sua 
classificação, os quais periodicamente são submetidos a revisões. 
Os aços podem ser classificados em grupos, em base de propriedades 
comuns: 
a) Composição, como aços-carbono e aços-liga 
b) Processo de acabamento, com aços laminados a quente ou aços 
laminados a frio 
c) Forma do produto acabado, como barras, chapas grossas, chapas 
finas, tiras, tubos ou perfis estruturais. 
Há ulteriores subdivisões desses grupos, como aços-carbono de baixo, médio 
ou alto teor de carbono. Os aços-liga são frequentemente classificados de 
acordo com o principal ou principais elementos de liga presentes. 
Uma das classificações mais generalizadas - e que, inclusive, serviu de base 
para o sistema adotado no Brasil - é a que considera a composição química 
dos aços e, dentre os sistemas conhecidos, são muito usados os da 
"American Iron and Steel Institute -AISI" - e da "Society of Automotive 
Engineers - SAE". 
Nesse sistema, as letras XX ou XXX correspondem a cifras indicadoras dos 
teores de carbono. Assim, por exemplo, nas designações AISI-SAE [...]. 
[...] Os dois primeiros algarismos diferenciam os vários tipos de aços entre si, 
pela presença ou somente de carbono como principal elemento de liga (além, 
é claro, das impurezas normais silício, manganês, fósforo e enxofre), ou de 
outros elementos de liga, como níquel, cromo, etc., além do carbono. 
[...] Os aços de alto teor em liga, como os inoxidáveis, refratários, para 
ferramentas, etc., são classificados de modo diferente, como se verificará por 
ocasião de discussão dos mesmos. 
[...] Muitos aços-liga são igualmente especificados pela sua endurecibilidade 
quando esse característico é exigido. Nesse caso, emprega-se o sufixo "H" 
(hardenability) para distingui-los dos tipos correspondentes que não 
apresentam exigências de endurecibilidade. 
Conforme citado acima, o a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) 
se baseou nas normas AISI e SAE para fazer a sua classificação dos aços, primeiro 
classificando-os através da norma ABNT NBR 6006 de 1994, e após, substituindo 
essa pela ABNT NBR NM 82 de 2000, de aplicação geral no bloco MERCOSUR. 
Na Tabela 1, é listado os códigos dos aços liga conforme a designação da 
norma ABNT NBR NM 82. 
29 
 
Tabela 1 - Designação básica dos aços, conforme norma ABNT NBR NM 82. 
 
Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT (2000). 
 
Conforme citado acima, a adição de outros elementos aos aços e ferros 
fundidos, provoca alterações na microestrutura, e consequentemente nas suas 
propriedades mecânicas. Para tal, Chiaverini (1996) listou os principais elementos de 
liga e a sua influência (de forma resumida) na microestrutura, assim como nas 
propriedades mecânicas. 
30 
 
Tabela 2 - Efeitos específicos dos elementos de liga nos aços. 
 
Fonte: Chiaverini (1996). 
A Tabela 2, também pode ser encontrada em tamanho ampliado nos Anexos 
A. 
 
31 
 
Além dos elementos citados por Chiaverini na Tabela 2, Silva e Mei (1988, p. 
248, grifo do autor) listaram os seguintes elementos de liga: 
Boro: Em teores abaixo de 0,005% aumenta a temperabilidade e resistênciamecânica. Acima de 0,005% pode provocar a perda de ductilidade a quente. 
Cobre: Em quantidades de até 1,5%, o cobre dissolve-se na ferrita, 
aumentando a resistência à corrosão atmosférica e a temperabilidade. Acima 
deste limite, começa a produzir endurecimento por precipitação. De forma 
geral, teores elevados reduzem a ductilidade a quente. 
Zircônio: Forma compostos com oxigênio e enxofre, tomando-os inertes no 
aço. Pode ser empregado como desoxidante complementar, quando o uso 
de alumínio é limitado. Como elemento de liga, apresenta os mesmos efeitos 
do vanádio, aumentando a tenacidade e refinando a estrutura granular. 
Selênio: Tem efeitos semelhantes aos do enxofre facilitando a usinagem em 
aços. As porcentagens deste elemento nos aços de corte fácil ao Se são de 
0,15 a 0,20%. 
Chumbo: Não forma liga com ferro ou demais elementos e, por conseguinte, 
não influi nas propriedades do aço, a não ser pelo aumento da usinabilidade. 
Nióbio: É empregado em aços inoxidáveis para evitar sensitização [...]. 
Também é empregado em aços ferramenta, para trabalho a altas 
temperaturas. A aplicação do nióbio em aços de alta resistência com baixa 
liga, HSLA (high strength low alloy) é de desenvolvimento e emprego bastante 
recente. É utilizado em porcentagens de 0,001 até 0,1%, substituindo, às 
vezes o vanádio ou outros elementos de liga. 
Silva e Mei (1988, p. 249-250, grifo do autor) ainda citam os seguintes 
elementos e seus efeitos, enquanto estes atuam como impurezas no aço, decorrentes 
do processo de fabricação: 
Fósforo: O fósforo dissolve-se na ferrita, endurecendo-a, ocasionando 
fragilidade a frio. Isto significa baixa resistência ao choque e baixa 
tenacidade, o que é acentuado pelo aumento da porcentagem de carbono. 
Além disto, é um dos responsáveis pelos fenômenos de fragilidade de 
revenido. Por isso o teor máximo deste elemento é rigorosamente controlado 
nos aços e situa-se entre 0,005 e 0,1 %, dependendo da qualidade desejada 
e da aplicação a que se destina o aço. Embora o fósforo apresente algumas 
vantagens, como aumento da resistência ao desgaste e à corrosão, melhoria 
na usinabilidade dos aços de corte rápido e aumento na resistência mecânica, 
seus aspectos prejudiciais nos aços predominam, sendo ele considerado 
como uma impureza. 
Enxofre: Quando ocorre a formação de FeS, o enxofre toma os aços frágeis 
durante os processos de trabalho a quente. O manganês, combinando-se 
com o enxofre, forma o sulfeto [de manganês] (MnS) e elimina este problema, 
desde que a relação Mn/S e o teor máximo de S sejam adequadamente 
controlados. Em aços de corte rápido adiciona-se enxofre para formar, sob 
efeito do trabalho a quente, inclusões alongadas. Isso provoca o rompimento 
dos cavacos na usinagem, prolongando a vida da ferramenta de corte. 
32 
 
Silício: O silício é empregado durante, a fabricação do aço como desoxidante 
[...] Além disto, aumenta a resistência da ferrita, sem sacrificar a ductilidade 
e a tenacidade, para porcentagens de até 1%. Na maioria dos aços, a 
porcentagem de silício chega até 0,3% no máximo. 
Manganês: O manganês é utilizado para controlar os efeitos negativos do 
enxofre, formando inclusões de [sulfeto de manganês] MnS, e como 
desoxidante. Para essas finalidades sua adição em geral é menor que 1%. 
Para aços estruturais, teores de até 1,5% são usuais [...]. 
Alumínio: É um dos mais efetivos agentes desoxidantes utilizados na 
fabricação dos aços. Através da formação do nitreto de alumínio, permite o 
controle do tamanho de grão, porém é necessário um controle rigoroso em 
sua dosagem, dado que o excesso deste nitreto pode fragilizar o aço [...]. 
Estanho: Sua presença se deve a chapas soldadas ou estanhadas na 
sucata, originando superfícies defeituosas e fragilidade no trabalho a quente. 
Nos aços temperados e revenidos o estanho contribui para a fragilidade de 
revenido. O estanho tem os mesmos efeitos prejudiciais que o fósforo. 
Hidrogênio: Juntamente com o oxigênio e nitrogênio, o hidrogênio contamina 
o aço durante sua elaboração. Causa fragilização do aço. Pode ser eliminado 
através da desgaseificaçâo. [...] 
Oxigênio: O oxigênio tem elevada solubilidade no aço líquido e baixíssima 
solubilidade no aço sólido. Esta diferença de solubilidade pode conduzir à 
precipitação de diferentes óxidos durante a solidificação. Quando o monóxido 
de carbono CO é formado durante a solidificação tem-se aços efervescentes 
ou semi-acalmados. Outros óxidos (alumina, silicatos etc.) terão influência 
como inclusões não-metálicas. 
Nitrogênio: Forma nitretos quando combinados com o alumínio, vanádio e 
cromo, conferindo ao aço uma elevada dureza e grande resistência ao 
desgaste. Também dissolve-se na ferrita endurecendo-a e pode formar o 
nitreto de ferro, que também provoca o endurecimento por precipitação. 
Contribui para a ocorrência de escoamento nítido, prejudicial para chapas 
para embutimento profundo. 
Silva e Mei (1988, p. 191) ainda comenta que “Os efeitos dos elementos de liga 
nos aços e ligas especiais envolvem não apenas alterações nas fases ou constituintes 
presentes em equilíbrio, mas também na maneira e velocidade com que estas fases 
se formam. ” 
 
 
33 
 
3.2.2.1. Elementos Estabilizadores da Austenita e da Ferrita 
 
Silva e Mei (1988, p. 191, grifo nosso) explicam que: 
Os elementos de liga dos aços podem ser classificados em dois tipos, de 
acordo com o diagrama de equilíbrio binário com o feno: estabilizadores da 
austenita (tipo A) e estabilizadores da ferrita (tipo B). Um estabilizador da 
austenita, por exemplo, tende a aumentar a faixa de temperatura na qual a 
austenita é estável. Isto pode ser melhor visualizado com a ajuda da [Figura 
11] [...]. 
Figura 11 - Tipos de diagramas de equilíbrio para o sistema ferro-elementos de liga. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
34 
 
3.2.2.1.1. Tipo A1 (ou campo austenítico aberto) 
 
 Silva e Mei (1988) explicam que os elementos de liga pertencentes a 
este grupo aumentam a faixa de temperatura para a austenita estável, diminuindo a 
temperatura de transformação γ → α (ferro gama para ferro alfa) e elevando a 
temperatura de transformação γ → δ (ferro gama para ferro delta). O autor ainda 
explica que se adicionados em alta concentração, a ferrita pode ser eliminada 
totalmente, formando apenas austenita à temperatura ambiente. 
Chiaverini (1996) cita os elementos manganês (Mn), níquel (Ni) e cobalto (Co) 
como elementos do tipo A1. 
 
3.2.2.1.2. Tipo A2 (ou campo austenítico expandido) 
 
Chiaverini (1996, p. 37) explica que para o caso dos elementos do tipo A2, “os 
compostos ricos em ferro (ou as soluções sólidas no elemento de liga) tornam-se 
estáveis, a composição avançando sobre as fases alfa ou delta. ” O autor ainda cita 
os elementos carbono (C), cobre (Cu), zinco (Zn) e nitrogênio (N) como elementos do 
tipo A2. 
 
3.2.2.1.3. Tipo B1 (ou campo austenítico fechado) 
 
Silva e Mei (1988, p. 193) explicam que “muitos elementos restringem a 
formação da austenita, favorecendo a expansão do campo ferrítico. Neste caso o 
campo austenítico apresenta-se totalmente circundado pela região ferrítica. ” 
Chiaverini (1996, p. 37) também explica que: 
Os elementos de liga [do tipo B1] estreitam a faixa de temperaturas da 
austenita estável até torná-la inexistente A zona austenítica é totalmente 
circundada por um campo de duas fases: "alfa mais gama" ou "gama mais 
delta", o qual não é interrompido por compostos intermetálicos ou soluções 
sólidas nos elementos de liga. 
Chiaverini (1996) e Silva e Mei (1988) citam como elementos de liga do tipo B2: 
silício (Si), cromo (Cr), molibdênio (Mo), fósforo (P), vanádio (V), titânio (Ti), alumínio 
(Al) e berílio (Be). 
 
35 
 
3.2.2.1.4. Tipo B2 (ou campo austenítico contraído) 
 
 Silva e Mei (1988) explica que estes elementos interrompem o campo 
austenítico devido a formação de compostos de ferro. 
Chiaverini(1996) e Silva e Mei (1988) citam como elementos de liga do tipo B2: 
boro (B), enxofre (S), tântalo (Ta), zircônio (Zr) e nióbio (Nb). 
 
3.2.2.2. Elementos Estabilizadores da Austenita e da Ferrita (continuação) 
 
Na Figura 12 é demonstrada a influência dos elementos de liga sobre a 
porcentagem de carbono e a temperatura do eutetóide. 
Figura 12 - Influência dos elementos de liga sobre o teor de carbono e a temperatura do 
eutetóide. 
 
Fonte: Chiaverini (1996). 
Para um melhor entendimento, é demonstrado na Figura 13 de forma 
simplificada o efeito dos elementos estabilizadores da austenita e da ferrita. 
36 
 
Figura 13 - Efeito dos elementos de liga estabilizadores da austenita e da ferrita. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
Na Figura 14, é mostrado o efeito dos elementos manganês (Mn), cromo (Cr), 
molibdênio (Mo) e silício (Si) sobre o campo austenítico. 
Figura 14 - Efeito de certos elementos de liga sobre o campo austenítlco. 
 
Fonte: Chiaverini (1996). 
 
37 
 
Chiaverini (1996, p. 39) explica um fator importante: 
Convém observar que essa propriedade de certos elementos de liga, como o 
Mn, o Cr, o Mo, o Si, o Ni, o Ti, etc. de produzirem uma estrutura eutetóide 
apresentando um teor de carbono comparativamente baixo é muito 
importante. De fato, a liga eutetóide é de grande resistência mecânica; como 
a dureza e a fragilidade crescem com a porcentagem de Fe3C, é evidente 
que se se puder obter uma estrutura resistente, inteiramente perlítica, 
mediante introdução de elementos de liga num aço com menor teor de 
carbono, essa estrutura será também mais mole e menos frágil, ou seja, mais 
tenaz do que a estrutura semelhante num aço-carbono comum. 
 
3.2.2.3. Influência dos Elementos de Liga nos Aços Não Endurecidos 
 
Conforme comentado por Silva e Mei (1988, p. 196), os elementos de liga 
podem apresentar-se nos aços e ferros fundidos nas seguintes formas: 
a) Dissolvidos na ferrita 
b) Formando carbonetos 
c) Em inclusões não metálicas (óxidos, sulfetos, etc.) 
d) Em compostos intermetálicos 
e) No estado elementar 
Para tal, Silva e Mei (1988) desenvolveram a seguinte tabela, contendo de 
forma resumida a tendência de distribuição dos elementos de liga nos aços recozidos. 
Tabela 3 - Tendência geral de distribuição dos elementos de liga nos aços recozidos. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
38 
 
3.2.2.4. Efeitos dos Elementos de Liga na Formação da Ferrita 
 
Silva e Mei (1988) explicam que os elementos de liga podem atrasar a 
nucleação e o crescimento dos grãos de ferrita através de alguns mecanismos que 
serão abordados a seguir. 
3.2.2.4.1. Atraso na Nucleação dos Grãos de Ferrita 
 
Silva e Mei (1988, p. 197-198, grifo nosso) citam e explicam os seguintes 
mecanismos que dificultam a nucleação (formação de novos grãos) da ferrita: 
a) Formação de um filme fino de precipitados de MXCYNZ (família 
dos nitretos, carbonetos e carbonitretos de um metal M), os quais 
recobririam o grão austenítico [...]. Esses precipitados seriam, no 
início, coerentes com a austenita, dificultando a nucleação da ferrita. 
Com o passar do tempo esses precipitados cresceriam ou 
coalesceriam, permitindo a nucleação da ferrita. Obviamente esta 
hipótese só se aplica a elementos com forte tendência à formação de 
carbonetos, tipo Nb, V, Ti, etc. 
b) Segregação do elemento de liga ou cossegregação carbono + 
elemento de liga no contorno do grão austenítico [...]. Isto poderia 
diminuir a atividade [...] e a difusividade [...] do carbono nesta região, 
dificultando a formação de núcleos de ferrita. O elemento de liga 
poderia também estabilizar o embrião de ferrita, ou modificá-lo 
estruturalmente, reduzindo sua efetividade em nuclear grãos de 
ferrita [...]. 
 
3.2.2.4.2. Atraso no Crescimento dos Grãos de Ferrita 
 
Silva e Mei (1988) explicam as seguintes hipóteses que atrasam o crescimento 
dos grãos de ferrita: 
a) Partição: Silva e Mei (1988, p. 198) explicou que Aaronson (1962 e 
1966) observou que “elementos estabilizadores da ferrita (Si, Cr e Mo) 
não sofriam partição entre a austenita e a ferrita durante a formação da 
ferrita. Já os elementos estabilizadores da austenita (Mn, Ni, Pt) 
apresentavam partição na reação austenita → ferrita. ” 
 
39 
 
Figura 15 - Tipos básicos de diagramas de equilíbrio Fe-X, em função do coeficiente de 
partição. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
Silva e Mei (1988, p. 198) ainda explicou que: 
Quando não houvesse partição do elemento de liga o crescimento da ferrita 
seria controlado pela difusão do carbono. Com a partição, o crescimento da 
40 
 
ferrita seria controlado pela difusão do elemento de liga, a qual seria mais 
lenta que a do carbono, e com isso haveria um crescimento mais lento da 
ferrita. 
A diferença entre a velocidade de partição de um soluto intersticial (como o 
carbono) e outro substitucional (como o nióbio) pode ser estimada pela 
comparação de seus coeficientes de difusão, no ferro, por exemplo, a 
1000°C[...]: 
DC = 3,1 x 10-7cm2/s 
DNb = 3,7 x 10-11 cm2/s 
ou seja, nesta temperatura a difusão do carbono na austenita é 10.000 vezes 
maior que a do nióbio. 
A previsão da partição de um elemento de liga entre ferrita e austenita pode 
ser feita a partir do diagrama de equilíbrio deste elemento com o ferro. 
 
 
b) Segregação: Silva e Mei (1988, p. 201) explicou que Aaronson (1969 e 
1978) e Hillert (1978) sugeriram que “a segregação de um elemento de 
liga X da liga ternária Fe-C-X (onde X seria um elemento substitucional 
do ferro) na interface austenita/ferrita poderia diminuir a atividade do 
carbono, e consequentemente reduzir a cinética da reação austenita → 
ferrita. ” 
c) Efeito de arraste de soluto: Silva e Mei (1988, p. 201) explicou a teoria 
que Honeycombe (1980) elaborou, sugerindo que “a interface γ/α ao se 
mover, coletaria átomos dos elementos de liga, e teria que arrastá-los 
para se movimentar, caminhando mais lentamente. ” 
d) Precipitação de carbonetos: Silva e Mei (1988), após analisar as 
verificações de Purdy (1978) e Shiflet (1981), explica que a precipitação 
de carbonetos na interface γ/α em ligas Fe-C-X (como Fe-C-Mo), pode 
ser a causadora do atraso no crescimento da ferrita. Porém como o 
próprio autor cita, a teoria não é válida para elementos, que não 
precipitem carbonetos, ou quando a precipitação não ocorre na interface 
γ/α (tendendo a aparecerem junto às discordâncias, no interior do grão). 
e) Combinação de mecanismos: Silva e Mei (1988), após observar 
trabalhos de Bradley e Aaronson (1981), concluiu que pode haver a 
combinação de mecanismos que causam o atraso do crescimento dos 
grãos de ferrita. Foi concluído que pode haver a combinação dos 
mecanismos de efeito de arraste de soluto e da precipitação na 
interface γ/α. Na Figura 16 observa-se o atraso no crescimento da ferrita 
em ligas Fe-C-Mn com adição de boro e/ou nióbio. 
41 
 
Figura 16 - Crescimento dos grãos de ferrita em função do tempo e dos elementos de liga. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
3.2.2.5. Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades da Ferrita 
 
Silva e Mei (1988, p. 202, grifo nosso) comentam que “os elementos de liga 
adicionados ao aço podem aumentar a dureza da ferrita por solução sólida [conforme 
pode ser observado na Figura 17] ou pela precipitação de carbonetos, nitretos, 
carbonitretos, etc” 
Silva e Mei (1988, p. 202-205, grifo nosso) ainda comentam que: 
Também a dureza da ferrita pode ser aumentada pela precipitação de 
partículas finas. Na [Figura 18] [...] observa-se o endurecimento da ferrita pela 
precipitação de carboneto de nióbio durante o resfriamento contínuo. 
Observa-se que a elevação das taxas de resfriamento leva a uma maior 
dureza da ferrita, pois o crescimento e coalescimento das partículas de NbC 
é menor. Com o aumento da temperatura de austenitização, aumenta-se a 
fração de nióbio solubilizado na austenita, o que propicia, durante o 
resfriamento,o aumento da fração de NbC precipitado como partículas finas. 
Isto porque só precipitados finos (diâmetros menores de 100Â) seriam 
eficientes para aumentar de maneira substancial a dureza da ferrita. [...] 
Durante a transformação isotérmica a ferrita também pode ser endurecida pela 
precipitação de carbonetos. Na [Figura 19] [...] observa-se o aumento da dureza 
provocada pela precipitação do NbC na ferrita obtida isotérmicamente a 600 e 700°C. 
Aumentando-se temperatura do tratamento, o coalescimento do NbC é acelerado e a 
dureza cai. Também quanto maior o tempo numa determinada temperatura maior é o 
crescimento e o coalescimento das partículas de NbC e a dureza diminui. 
42 
 
Figura 17 - Efeito do endurecimento por solução sólida, causado pela adição de elementos de 
liga no ferro puro. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
Figura 18 - Dureza da ferrita obtida por resfriamento contínuo dos aços 0,4%C e 
0,4%C/0,03%Nb, submetidos a 1000°C e 1250°C. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
43 
 
Figura 19 - Microdureza da ferrita obtida isotermicamente a 600°C e 700°C em aço 0,20%C 
com e sem adição de 0,03%Nb. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
3.2.2.6. Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades da Perlita 
 
Silva e Mei (1988) explica que os elementos de liga dissolvidos na austenita 
podem atrasar a nucleação e o crescimento dos grãos de perlita, pelos mesmos 
mecanismos envolvidos na formação e crescimento dos grãos de ferrita. Os 
mecanismos são: 
a) Nucleação: 
a. Formação de um filme de precipitados de carbonetos, nitretos e 
carbonitretos na interface γ/α. 
b. Segregação do elemento de liga ou cossegregação carbono + 
elemento de liga no contorno do grão austenítico. 
b) Crescimento dos grãos: 
a. Partição. 
b. Segregação. 
c. Efeito de arraste de soluto. 
d. Precipitação de carbonetos. 
e. Combinação de mecanismos. 
Conforme explica Silva e Mei (1988, p. 207), o efeito dos elementos de liga está 
diretamente relacionado com a porcentagem em que está solubilizado na austenita, 
tendo a temperatura um papel fundamental para isto: 
[Foi observado] que no aço 0,8960, austenitizado a 900°C, praticamente não 
houve atraso na formação da perlita provocado pelo nióbio. Isto porque a 
44 
 
900°C apenas 3% do nióbio é solubilizado e 97% do nióbio continua na forma 
de NbC [...]. Porém aumentando-se a temperatura para 1350°C consegue-se 
solubilizar todo o nióbio neste aço, e o tempo para iniciar a transformação 
perlítica é aumentado em 10 vezes. O atraso na formação da perlita e ferrita, 
aumenta a temperabilidade dos aços, o que é evidenciado na [Figura 20] [...]. 
Na [Figura 21] [...] observa-se o efeito relativo dos elementos de liga sobre a 
temperabilidade dos aços. 
Figura 20 - Curva de temperabilidade dos aços com 0,8%C com e sem a adição de 0,03%Nb. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
Figura 21 - Efeito dos elementos de liga no aumento da temperabilidade dos aços. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
45 
 
Silva e Mei (1988) ainda explica que a adição de elementos de liga pode alterar 
o espaçamento interlamelar S0 da perlita, porém ressaltou que a relação não é direta, 
e que também deve-se levar em conta fatores como a energia interfacial. Na Tabela 
4, pode ser visualizado o efeito de alguns elementos sobre o espaço interlamelar da 
perlita. 
Tabela 4 - Efeito dos elementos de liga no espaçamento interlamelar S0 da perlita. 
Elemento Estabilizador 
Efeito na 
interface S0 da 
perlita 
Cobalto (Co) Austenita ↓ 
Manganês (Mn) Austenita ↑ 
Níquel (Ni) Austenita ↑ 
Silício (Si) Ferrita ↓ 
Cromo (Cr) Ferrita Nenhum 
Nióbio (Nb) Ferrita ↑ 
Fonte: Adaptado de Silva e Mei (1988). 
Silva e Mei (1988, p. 210) ainda explica que: 
Também à medida que se diminui a temperatura de formação da perlita, 
reduz-se seu espaçamento interlamelar e consequentemente aumenta-se 
sua dureza [...]. 
Nos aços resfriados continuamente, o aumento da taxa de resfriamento faz 
com que a perlita seja formada em temperaturas cada vez menores, 
provocando uma redução no espaçamento interlamelar, com consequente 
aumento de dureza [...]. 
 
3.2.2.7. Efeito dos Elementos de Liga nos Carbonetos 
 
Ao se adicionar elementos de liga ao aço, esses elementos podem influenciar 
as propriedades do aço de formas diferentes, devido à forma como o aço é 
processado, resultando em efeitos diferentes dos elementos de liga sobre a 
microestrutura do aço. Para tal, é importante entender o comportamento dos 
elementos de liga, ao serem adicionados no aço. 
 
46 
 
3.2.2.7.1. Distribuição dos Elementos de Liga no Aço 
 
 Silva e Mei (1988) explicam que em aços resfriados lentamente (dão origem à 
ferrita e a carbonetos), os elementos de liga podem ser classificados em duas 
categorias, sendo elas: 
a) Elementos que se dissolvem apenas na ferrita. 
b) Elementos que formam carbonetos estáveis e que podem se dissolver 
na ferrita. 
Silva e Mei (1988, p. 212) explica essa classificação da seguinte forma: 
Na primeira categoria estão elementos como o níquel, cobre, fósforo e silício, 
os quais apresentam uma solubilidade praticamente nula na cementita ou em 
outro carboneto de elemento de liga. 
A maioria dos elementos de liga pertence à segunda categoria, como: 
manganês, cromo, molibdênio, vanádio, titânio, tungsténio e nióbio. [...] O 
carboneto de manganês não é encontrado nos aços, porém o manganês 
entra em solução sólida na cementita. 
 
3.2.2.7.2. Solubilidade dos Elementos de Liga 
 
Silva e Mei (1988, p. 213-214) explica a solubilidade dos elementos de liga no 
aço, da seguinte maneira: 
Ao se adicionar metais formadores de carbonetos nos aços, haverá uma 
partição dos mesmos entre a austenita e o carboneto [...] 
A medida que se eleva a temperatura da austenita, o carboneto metálico vai 
se dissolvendo, fornecendo carbono e metal para a austenita. Isto continua 
até uma temperatura onde todo o carboneto metálico é dissolvido, ou seja, 
todo o metal permanece em solução sólida na austenita. [...] 
Deve-se notai que ao se adicionar outros elementos de liga nos aços, a 
solubilidade dos carbonetos, nitretos e carbonitretos é modificada. [...] [Foi 
observado] que a adição de manganês, cromo e níquel aumentava a 
solubilidade do carboneto de nióbio na austenita e que a adição de silício a 
diminuía 
Silva e Mei (1988, p. 216) ainda complementam dizendo o seguinte: 
Essa preocupação com o estudo da solubilidade dos carbonetos e nitretos 
nos aços é justificada, pois o aumento da resistência mecânica possível de 
ser obtido pela precipitação de partículas finas nos aços é proporcional à 
solubilidade das mesmas na austenita 
 
47 
 
3.2.2.7.3. Formas de Precipitação 
 
Silva e Mei (1988) explica que os carbonetos podem ser precipitados da 
seguinte forma nos aços resfriados lentamente: 
a) Carbonetos dispersos: Silva e Mei (1988, p. 216) dizem que “[os] 
carbonetos podem ser originários da precipitação na austenita ou na 
ferrita supersaturada. ” 
b) Carbonetos em fileiras: Silva e Mei (1988, p. 216-217) explicam que: 
Os carbonetos nucleiam na interface α/γ formando fileiras com um 
espaçamento definido, característica do carboneto e das condições de 
nucleação. Após a nucleação de uma fileira de carbonetos a interface α/γ 
move-se para uma nova posição e uma outra fileira de precipitados é 
nucleada. 
c) Carbonetos em fibras: Silva e Mei (1988, p. 217) comentam que: 
Em alguns casos a formação da perlita é substituída por fibras de carboneto. 
Isto ocorre, por exemplo, em aços com 4 a 12% de cromo resfriados 
lentamente ou aços com 4% Mo transformados entre 850 a 600°C. 
 
3.2.2.7.4. Composição dos Carbonetos 
 
Silva e Mei (1988, p. 217-218) explicam que: 
A composição dos carbonetos metálicos nem sempre é fixa, podendo variar 
com a temperatura e os teores de carbono e do metal. No caso do nióbio, por 
exemplo, variando-se a relação carbono/nióbio do aço, ou a temperatura de 
formaçãodo carboneto, altera-se sua composição química [...]. 
Como nos aços sempre existe nitrogênio dissolvido, na verdade o composto 
que se forma é um carbonitreto de nióbio (Nb CX NY), cujo parâmetro de rede 
aumenta à medida que a temperatura de formação abaixa ou o teor de 
carbono aumenta [...]. 
Por vezes, as fórmulas NbC, NbN e NbCN são empregadas para designar, 
de forma simplificada, o carboneto, o nitreto e o carbonitreto de nióbio, 
embora suas fórmulas reais sejam NbCX, NbNY e NbCW NZ onde x, y, w e z 
são variáveis que dependem das percentagens de carbono, nitrogênio e 
nióbio do aço e também da temperatura de formação destes compostos. 
48 
 
Tabela 5 - Influência da composição química (a) e da temperatura (b) na formação dos 
carbonetos. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
3.2.2.7.5. Cinética de Precipitação e Coalescimento dos Carbonetos 
 
Silva e Mei (1988, p. 219) explicam que: 
A cinética de precipitação [dos carbonetos, nitretos e carbonitretos] [...] na 
austenita durante a laminação dos aços microligados [ (aços carbono com 
adição de até 0,1% em peso de nióbio, vanádio ou titânio) ] é fortemente 
dependente da: composição do aço, intensidade e taxa de deformação, 
temperatura e sequência de tratamento termomecânico. [Por exemplo, ] a 
precipitação [dos carbonetos, nitretos e carbonitretos de nióbio] [...] na 
austenita não deformada é bastante lenta, tanto no tratamento isotérmico [...] 
como no resfriamento contínuo [...]. No entanto, na austenita deformada a 
precipitação é bem mais rápida [...]. Deve-se observar que enquanto está 
ocorrendo a precipitação de algumas partículas, outras já estão crescendo e 
coalescendo [...]. Por conseguinte, para se formar partículas mais finas de 
[NbCXNY] [...] em um aço não adiantaria apenas elevar a deformação na 
austenita; dever-se-ia também reduzir o tempo de aplicação desta 
deformação, ou, em outras palavras, aumentar a taxa de deformação. 
 
 
49 
 
3.2.2.7.6. Efeito da Precipitação de Carbonetos Finos no Aço 
 
Conforme Silva e Mei (1988) comentam, a precipitação de carbonetos finos no 
aço causam: 
a) Atraso na recuperação e recristalização da austenita: Segundo Silva 
e Mei (1988), foi observado que a precipitação partículas finas de 
carbonetos, nitretos e carbonitretos causa uma alteração na curva de 
Recristalização x Tempo x Temperatura (RTT), atrasando a 
recristalização da austenita (conforme pode ser visto na Figura 22). 
Figura 22 - Comparação da recristalização de um aço carbono comum (com C<20%) e o 
mesmo aço com adição de nióbio. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
b) Impedimento do crescimento do grão austenítico: Silva e Mei (1988) 
explicam que a precipitação de partículas finas (de carbonetos, nitretos 
e carbonitretos) no contorno dos grãos austeníticos, causam atraso no 
crescimento dos grãos austeníticos. Os autores também explicaram que 
conforme é aumentada a temperatura e/ou o tempo, essas partículas 
finas coalescem e permitem o crescimento dos grãos de austenita. 
 
c) Endurecimento da ferrita: Conforme citado anteriormente, a adição de 
elementos de liga nos aços, pode aumentar a dureza da ferrita por 
solução sólida, ou pela precipitação de partículas finas de carbonetos, 
nitretos e carbonitretos. 
50 
 
Ainda, conforme Silva e Mei (1988, p. 226) explicam, a precipitação de 
carbonetos nos aços tem a seguinte influência sobre as suas propriedades mecânicas: 
A precipitação de carbonetos finos nos aços causa o refino do grão 
austenítico, e por consequência do grão ferrítico, aumentando a resistência 
mecânica. Os precipitados também endurecem a ferrita, elevando ainda mais 
a resistência mecânica [...]. 
O aumento da resistência mecânica provocado pela precipitação de 
carbonitretos será tão maior quanto menores e mais numerosas forem as 
partículas. 
 
3.2.2.8. Efeito das Inclusões Não-Metálicas 
 
Silva e Mei (1988, p. 227) dizem que: 
Inclusões são inevitáveis em aços elaborados por processos convencionais. 
Propriedades associadas à fratura dúctil (ductilidade, tenacidade, etc.) assim 
como resistência à fadiga, a capacidade de receber polimento e a resistência 
à corrosão são influenciadas por inclusões não-metálicas. O controle da 
forma, quantidade e distribuição das inclusões é fundamental para o controle 
destas propriedades. 
Como a grande maioria das inclusões não-metálicas no aço é constituída de 
óxidos e sulfetos, o controle do oxigênio e do enxofre do aço são essenciais 
no controle das inclusões. 
 
3.2.2.9. Efeito dos Elementos de Liga nos Compostos Intermetálicos 
 
Silva e Mei (1988) explicam que praticamente não há formação de compostos 
intermetálicos em aços de baixa liga, sendo a sua formação em aços de média a alta 
liga. Os autores ainda explicam que uma das fases mais importantes a ser observada 
é a fase sigma (σ), pois a mesma é muito prejudicial às propriedades mecânicas nos 
aços à temperatura ambiente. 
Silva e Mei (1988, p. 227-228) ainda explicam que: 
Esta fase [(fase sigma)] pode precipitar em contornos de grãos austeníticos 
de ligas ferro cromo, de alto teor de cromo, causando a fragilidade das 
mesmas. Em aços com ferrita e austenita a fase o nucleia na interface α/γ. 
Elementos como Mo e Ti aceleram a formação desta fase. 
Por outro lado, os autores explicam que a formação de compostos 
intermetálicos é muito importante em alguns aços (como os aços maraging, que são 
51 
 
aços que aliam alta dureza sem perder a maleabilidade), onde contribuem para o 
aumento da resistência. 
 
3.2.2.10. Efeito das Partículas Metálicas Dispersas 
 
Silva e Mei (1988) explicam que alguns metais se dissolvem em teores muito 
baixos no aço a temperaturas baixas, e que estes tendem a ser precipitados na forma 
de solução sólida, alterando as propriedades mecânicas do aço. Um exemplo disso é 
o cobre, que à temperatura ambiente praticamente não se dissolve na ferrita, 
causando o endurecimento do aço por precipitação. 
 
3.2.2.11. Efeito dos Elementos de Liga na Formação da Austenita 
 
Silva e Mei (1988) explica que para a compreensão do efeito dos elementos de 
liga sobre a austenita, é recomendado (quando possível) o uso de diagramas 
ternários, mas que por serem em três dimensões (3D), na impossibilidade do seu uso, 
também pode-se utilizar diagramas binários para cada elemento de liga (que são 
exibidos em duas dimensões - 2D), como os da Figura 14. 
Os autores também explicam que quando há a necessidade de se comparar o 
efeito de vários elementos de liga no campo austenítico, costuma-se utilizar a 
temperatura base de 1150°C (que é a temperatura onde ocorre a solubilidade máxima 
do carbono na austenita), e através de um diagrama de estabilidade para o campo 
austenítico para essa temperatura, conforme pode ser visto na Figura 23 (as regiões 
abaixo de cada elemento indicam o campo de estabilidade da austenita). 
52 
 
Figura 23 - Limites do campo austenítico para T=1150°C, para vários elementos. 
 
Fonte: Silva e Mei (1988). 
 
3.2.2.12. Efeito dos Elementos de Liga na Têmpera 
 
Segundo Silva e Mei (1988), os elementos de liga podem influenciar nas 
propriedades dos aços temperados de três maneiras: 
a) Alterando as temperaturas de início (Mi) e fim (Mf) da transformação 
martensítica: Silva e Mei (1988) explicam que a maioria dos elementos 
(com exceção do cobalto e do alumínio) tendem a abaixar a temperatura 
Mi. No entanto os autores ressaltam que o carbono é o elemento que 
mais influencia a temperatura Mi. 
Para o cálculo da temperatura Mi, Silva e Mei (1988) apresentaram a 
seguinte equação: 
 
𝑀𝑖 = 539 − 42,3 ∙ %𝐶 − 30,4 ∙ %𝑀𝑛 − 17,7 ∙ %𝑁𝑖 − 12,1 ∙ %𝐶𝑟 − 7,5 ∙ %𝑀𝑜 
 
53 
 
b) Aumentando a dureza da martensita: Para Silva e Mei (1988), os 
elementos de liga podem afetar a dureza dos aços temperados em duas 
ocasiões: 
a. Quando o aço tem porcentagem de carbono muito baixa. 
b. Quando a têmpera é realizada de forma