Tratamentos Termoquímicos e Superficiais - Livro Único

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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
E SUPERFICIAIS
Tratam
entos Term
oquím
icos e Super ciais
Alexandre IartelliAlexandre Iartelli
GRUPO SER EDUCACIONAL
gente criando o futuro
Tratamentos termoquímicos e super ciais são operações realizadas no aço em estado
sólido visando modi cações em sua estrutura, bem como na composição química
da superfície da peça. O objetivo principal é a modi cação de suas propriedades
mecânicas e, além disso, essas são operações realizadas em condições especí cas de
temperatura e em meios adequados. O processo consiste no aquecimento e posterior
resfriamento da peça, como nos tratamentos térmicos.
Ademais, a modi cação da composição química da camada super cial da peça também
pode ser feita, como é o caso dos tratamentos super ciais. Existem diversos trata-
mentos
termoquímicos, a saber: cementação, nitretação e carbonitretação, entre
outros. Posto isso, a termoquímica corresponde a uma área da metalurgia que possui
grande aplicabilidade na indústria metalomecânica, que está relacionada à indústria
automobilística, construção civil e engenharia.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
E SUPERFICIAIS
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tratado.
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Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto.
EXPLICANDO
Explicação, elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da 
área de conhecimento trabalhada.
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Unidade 1 - Microestrutura, endurecimento de materiais e tratamentos térmicos
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 12
Definição e conceituação de microestrutura ................................................................. 13
Microestruturas e fases ................................................................................................. 13
Ligas metálicas ................................................................................................................ 14
Mecanismos de endurecimento de metais ..................................................................... 17
Combinação de mecanismos de endurecimento em metais ................................... 25
Fundamentos sobre tratamentos térmicos ...................................................................... 25
Tratamentos termofísicos............................................................................................... 27
Tratamentos termoquímicos .......................................................................................... 27
Sintetizando ........................................................................................................................... 36
Referências bibliográficas ................................................................................................. 37
Sumário
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Sumário
Unidade 2 - Tratamentos isotérmicos e termomecânicos
Objetivo da unidade ............................................................................................................. 39
Tratamentos isotérmicos ..................................................................................................... 41
Metais ................................................................................................................................ 42
Ligação metálica para formação dos cristais ............................................................ 43
Microestrutura e equilíbrio de fases ............................................................................ 45
Curvas isotérmicas .......................................................................................................... 47
Tratamentos termomecânicos ............................................................................................ 52
Comportamento mecânico das ligas de aço .............................................................. 53
Objetivos e variações ..................................................................................................... 55
Analisando os diagramas de fase ferro-carbono ...................................................... 57
Exemplos ........................................................................................................................... 59
Sintetizando ........................................................................................................................... 62
Referências bibliográficas ................................................................................................. 63
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Sumário
Unidade 3 - Tratamentos de endurecimento superficial
Objetivo da unidade ............................................................................................................. 65
Tratamentos de endurecimento por precipitação .......................................................... 66
Caracterização dos aços ............................................................................................... 67
Ações dos tratamentos térmicos nos metais ............................................................. 70
Efeitos dos elementos de liga nas propriedades dos aços ...................................... 74
Definições e medidas de dureza ................................................................................... 76
Tratamentos de endurecimento superficial ................................................................... 79
Princípios da difusão ...................................................................................................... 80
Carburização (cementação) .......................................................................................... 83
Método Jominy ................................................................................................................ 85
Método Grossman ........................................................................................................... 86
Transformações sem difusão ........................................................................................ 90
Sintetizando ........................................................................................................................... 93
Referências bibliográficas .................................................................................................94
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Sumário
Unidade 4 - Tratamentos térmicos e termoquímicos
Objetivo da unidade ............................................................................................................. 96
Tratamentos termoquímicos .............................................................................................. 97
Desdobramentos da cementação ................................................................................ 98
Nitretação ....................................................................................................................... 102
Outros tratamentos termoquímicos ............................................................................ 106
Tratamentos térmicos dos ferros fundidos ................................................................... 108
Ferros fundidos cinzentos ............................................................................................ 110
Ferros fundidos brancos .............................................................................................. 112
Ferros nodulares ............................................................................................................ 115
Tratamentos térmicos dos aços inoxidáveis ................................................................. 117
Aços inoxidáveis austeníticos ..................................................................................... 117
Aços inoxidáveis martensíticos .................................................................................. 119
Aços inoxidáveis ferríticos .......................................................................................... 122
Sintetizando ......................................................................................................................... 125
Referências bibliográficas ............................................................................................... 126
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Tratamentos termoquímicos e superfi ciais são operações realizadas no aço 
em estado sólido visando modifi cações em sua estrutura, bem como na compo-
sição química da superfície da peça. O objetivo principal é a modifi cação de suas 
propriedades mecânicas e, além disso, essas são operações realizadas em condi-
ções específi cas de temperatura e em meios adequados. O processo consiste no 
aquecimento e posterior resfriamento da peça, como nos tratamentos térmicos.
Ademais, a modifi cação da composição química da camada superfi cial da 
peça também pode ser feita, como é o caso dos tratamentos superfi ciais. Exis-
tem diversos tratamentos termoquímicos, a saber: cementação, nitretação e car-
bonitretação, entre outros. Posto isso, a termoquímica corresponde a uma área 
da metalurgia que possui grande aplicabilidade na indústria metalomecânica, 
que está relacionada à indústria automobilística, construção civil e engenharia.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 9
Apresentação
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Dedico esta obra à minha esposa Rosi e aos meus fi lhos, Miguel e Joaquim. 
Eles são a razão de tudo e me dão forças para sempre continuar lutando.
O professor Alexandre Iartelli possui 
mestrado em Materiais e Processos de 
Fabricação pela Universidade Federal de 
São João Del Rei (2014), MBA em Gestão 
Estratégica de Negócios pela Anhangue-
ra Educacional (2010) e graduação em 
Engenharia de Materiais e Metalúrgica 
pelo Centro Universitário da FEI (1999).
Tem experiência na área de Engenharia 
de Materiais e Metalúrgica como gerente 
de produção, engenheiro de processos e 
qualidade e engenheiro de vendas, e em 
Ciências do Materiais, Conformação Me-
cânica e Tratamento de superfícies.
Currículo Lattes:
http://lattes.cnpq.br/9671831225862938
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 10
O autor
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MICROESTRUTURA, 
ENDURECIMENTO 
DE MATERIAIS E 
TRATAMENTOS 
TÉRMICOS
1
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Definir as diversas microestruturas existentes, bem como suas morfologias 
básicas;
 Difundir os mecanismos de endurecimento existentes nos metais;
 Apresentar as noções elementares sobre tratamentos térmicos.
 Definição e conceituação de 
microestrutura 
 Microestruturas e fases
 Ligas metálicas
 Mecanismos de endurecimento 
de metais
 Combinação de mecanismos 
de endurecimento de metais
 Fundamentos sobre tratamen-
tos térmicos
 Introdução
 Tratamentos termofísicos
 Tratamentos termoquímicos
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 12
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Características físicas de um 
material, observadas em escala mi-
croscópica, são denominadas mi-
croestruturas, ao passo que carac-
terísticas observadas a olho nu são 
consideradas macroestruturas. Para 
se ter uma ideia de proporção, po-
de-se defi nir como microestruturas 
as características que estão desde 1 
nanômetro (1 · 10-9 m, 10 Å) até 1 milímetro (1 mm, 1 · 10-3 m). Podem ser 
observadas em microscópios ópticos comuns, com aumento em 1000 vezes, 
até microscópios de transmissão altamente potentes, que podem chegar 
a um aumento em 1.500.000 vezes. Muitas características que defi nem as 
propriedades dos materiais, como o tamanho de grãos, estão contidas nes-
ta faixa de dimensão.
A composição química e os tratamentos posteriores nos materiais, como tra-
tamento térmico e conformação mecânica, são os elementos que determinam 
as microestruturas. No caso da composição química, pode-se ter um resultado 
mais preciso, ou seja, determinada composição resultou em determinada mi-
croestrutura. Já no caso dos tratamentos, esta constatação é mais imprecisa. 
Definição e conceituação de microestrutura
DICA
Durante a preparação de amostras de aço ou ferro fundido para análise me-
talográfi ca, deve-se, após seu lixamento, realizar polimento com alumina ou 
pasta de diamante. Isso ocorre porque o aquecimento da superfície, durante 
o lixamento, pode provocar alterações na microestrutura e nos resultados.
Há uma certa relação entre microestrutura, propriedades e processamento, 
o que signifi ca que determinado processamento permitirá a obtenção de uma 
microestrutura que, consequentemente, possui certas propriedades. Esta rela-
ção, se corretamente aplicada ao material, proporcionará bons resultados du-
rante sua utilização. Se necessário, tudo isso deve ser retrabalhado para que 
atinja-se o objetivo defi nido.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 13
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Ligas metálicas
Uma liga metálica pode ocorrer quando dois metais dissolvem-se entre si 
em nível atômico, formando uma solução. Neste nível atômico, os metais se 
organizam nas chamadas estruturas cristalinas. Posto isso, pode-se imaginar a 
liga como sendo o processo em que um átomo de certo elemento é substituí-
do pelo átomo de outro elemento. Tem-se o exemplo do cobre e o níquel, nos 
quais pode ocorrer de 0% a 100% de substituição. Porém, 
na maioria das ligas, observa-se que há um limite de so-
lubilidade em que existe um valor máximo de substitui-
ção dos átomos de um elemento nos cristais de átomos 
de outro elemento, e vice-versa.
Imaginando-se uma composição qualquer, é 
correto afi rmar que ela pode ser formada pela 
mistura mecânica de duas ligas com composições 
diferentes da composição principal. Uma liga com-
posta por chumbo e estanho forma, internamente – e 
Microestruturas e fases
Um material, na maioria das vezes, possui diversas fases. Estas, por sua 
vez, estão organizadas de uma forma característica. Portanto, a microestru-
tura é a reunião e o arranjo destas fases. Em uma liga ferro-carbono, pode-se 
observar uma reunião de duas fases diferentes, formadas por ferrita e ce-
mentita(ferro α e Fe3C).
A perlita, como é chamada, é uma reunião de camadas de ferrita e cementita. 
Com teores bastante baixos de carbono (menores de 0,04%), só há a formação, ou 
a fase, da ferrita (ferro α). O mesmo acontece com teores altos de carbono, em que 
só se tem a cementita (Fe3C).
CURIOSIDADE
A espectroscopia de energia dispersiva é um tipo de microanálise. Ela 
pode ser realizada em alguns microscópios de varredura e permite a visu-
alização da composição química em pontos muito específi cos de determi-
nadas fases em microestruturas.
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por uma mistura mecânica –, duas ligas diferentes. Uma delas instituída onde a 
solubilidade do estanho é de, no máximo, 5% (Pb-5%Sn) e outra formada com 
solubilidade máxima de 1% de chumbo (Sn-1%Pb). Estas duas ligas internas for-
mam-se a uma temperatura de 100 °C, para uma liga de composição principal 
de 80% Pb e 20% Sn.
A liga, com sua composição principal, será sempre aquela definida na produ-
ção. Podem-se formar muitos ou poucos grãos com determinada composição, 
mas cada um deles terá apenas a composição a ou a composição b. No exemplo 
citado, a composição da liga é 80% Pb e 20% Sn, mas sua microestrutura era 
formada por grãos contendo duas composições diferentes (Pb-5%Sn e Sn-1%Pb).
Existe uma solubilidade máxima entre os elementos, que tem relação com 
algumas condições como tamanho do átomo, estrutura cristalina e outras ca-
racterísticas. Quando a diferença de tamanho entre os átomos é menor do 
que 15%, por exemplo, pode ocorrer a solubilidade entre eles (é o caso do Cu 
e do Ni). Entretanto, quando a diferença é maior, a solubilidade diminui muito, 
chegando a zero.
Quando um átomo preenche o local pertencente a outro átomo na estru-
tura cristalina, diz-se que formou-se uma solução substitucional. Quando este 
átomo preenche vazios, ou lacunas, nesta estrutura, denomina-se solução in-
tersticial.
Existem algumas combinações en-
tre elementos, sejam metais ou não 
metais, que formam os chamados 
intermetálicos. Estas combinações 
encontram-se dentro das ligas e pos-
suem algumas propriedades distintas, 
como dureza e fragilidade. Sua pro-
porção é fixa, e alguns exemplos são 
Fe3C, TiNi e Al2Cu, entre outros.
Dentre as fases encontradas no 
sistema ferro carbono, com teores me-
nores de 1% C, pode-se observar que 
elas são iguais àquelas encontradas 
no ferro puro, com exceção da cemen-
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 15
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GRÁFICO 1. FASES DA LIGA FE-C EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA E DA COMPOSIÇÃO
50
0
(Fe)
1600
1538 ºC
1493 ºC
1394 ºC
1147 ºC
912 ºC
727 ºC
4.30 2.14
0.76
0.022
δ
fase delta
γ + L
austenita + líquido
L
γ + Fe3C
austenita + cementita
cementita (Fe3C)
α + Fe3C
ferrita + cementita
ferrita + austenita
y1 austenita
α1 ferrita
1400
1200
1000
800
600
400
1 2 3 4 5 6
10
Composição (at% C)
Composição (% em peso C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (º
C)
15 20 25
6.70
α + γ
Fonte: CALLISTER, 2011, p. 211. (Adaptado).
tita, ou Fe3C. Uma quantidade extremamente pequena 
de carbono dissolve-se no ferro, formando a ferrita 
(0,004% C). Mesmo assim, existem aços que possuem 
teores de carbono maiores do que 1%. Para isto acon-
tecer, normalmente, há uma mistura mecânica entre 
a ferrita e a cementita. Isso ocorre porque a ferrita 
é saturada de carbono, ao passo que a cementita 
é uma fase com maior teor de carbono. Quando há 
mudança de temperatura as fases e as proporções 
variam, e isso pode ser observado no diagrama ferro 
carbono (Gráfico 1).
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 16
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Mecanismos de endurecimento de metais
Quando um material sofre algum tipo de deformação, normalmente, sua du-
reza aumenta, em detrimento de sua ductilidade e tenacidade.
Na maioria das vezes, quando uma ou mais propriedades são melhoradas, 
outras acabam piorando. Assim sendo, existem diversos tipos de mecanismos 
de endurecimento de metais, e a restrição ao movimento das discordâncias em 
um metal provoca o aumento de sua resistência mecânica.
Por isso, um princípio simples para aumentar a resistência mecânica de um 
material é a restrição do movimento de suas discordâncias.
Na verdade, pode-se observar que, na maioria das vezes, o trabalho do en-
genheiro para alterar as propriedades dos materiais se resume em lidar com as 
discordâncias que os metais geram em sua estrutura.
Os principais mecanismos de endurecimento em metais estão reunidos em 
cinco tipos básicos:
 1 Redução de tamanho de grão.
 2 Formação de solução sólida.
 3 Encruamento.
 4 Transformação de fase.
 5 Dispersão de partículas.
 5.1. Partículas incoerentes.
 5.2. Partículas coerentes.
1. Redução de tamanho de grão
Existem diversos grãos, com diversas orientações cris-
talinas, em um material policristalino. Grãos vizinhos divi-
dem o mesmo contorno de grão, e estes contornos são ver-
dadeiras barreiras para o movimento das discordâncias. 
Isto acontece por dois motivos:
1. Cada grão possui uma orientação cristalina diferen-
te. Para uma discordância passar de um grão para ou-
tro ela deverá alterar sua orientação, o que fi ca mais difícil 
quanto maior for a quantidade de discordâncias entre eles.
2. Há uma descontinuidade no plano de escorregamento entre 
os grãos, causada pela desordem atômica existente no contorno de grão.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 17
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É importante salientar que a tensão gerada em um plano de escorregamento 
de um grão pode gerar uma nova discordância em outro grão, visto que eles são 
separados por um contorno de alto ângulo.
Tem-se, então, que os materiais que possuem uma granulação mais fina, isto 
é, maior número de grãos, possuem uma resistência mecânica mais alta. Isto 
ocorre porque um maior número de grãos corresponde a um aumento no nú-
mero de contornos, dificultando ainda mais a movimentação de discordâncias.
A relação mostrada na equação 1 abaixo mostra que a tensão de escoamen-
to, em alguns materiais, é diferente, variando de acordo com o tamanho de grão.
σy = σ0 + k · d
-1/2
Nesta equação, d é o diâmetro médio dos grãos, e k e σ0 são as constantes de 
cada material.
2. Formação de solução sólida
A adição de elementos de liga com o intuito de formar soluções sólidas, sejam 
elas intersticiais ou substitucionais, corresponde a outro mecanismo de endure-
cimento de metais. Obviamente, a substituição de átomos, bem como a pene-
tração na rede cristalina, depende da relação de tamanhos entre os átomos do 
soluto e do solvente.
A presença de átomos do soluto gera tensões e deformações no reticulado 
cristalino e isto dificulta o movimento das discordâncias, resultando no endure-
cimento do material. Este é um dos motivos que torna as ligas metálicas mais 
resistentes que os metais puros. Aqui, nota-se que não há formação de novas 
fases. Em alguns casos, a discordância no reticulado pode criar regiões defor-
madas, onde os átomos de soluto se acomodam. Isso resulta, então, em uma 
redução nas tensões do reticulado.
Nos casos em que os átomos de soluto são substitucionais, menores ou 
maiores que o solvente, eles podem se alojar nas áreas livres, formadas pela 
deformação no reticulado, o que resulta na minimização de seus efeitos.
Os gráficos a seguir mostram o aumento da resistência mecânica e do limi-
te de escoamento, de acordo com o aumento da quantidade de níquel na liga 
Cu-Ni. Consequentemente, com o aumento destas propriedades, ocorre um de-
créscimo no alongamento. Lembrando que o níquel forma uma solução sólida 
substitucional na liga, ou seja, seus átomos tomam o lugar dos átomos de cobre 
no reticulado. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 18
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GRÁFICO2. VARIAÇÃO (A) DO LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO; (B) DO 
LIMITE DE ESCOAMENTO; E (C) DA DUCTILIDADE (%AL) EM FUNÇÃO DO 
TEOR DE NÍQUEL PARA AS LIGAS COBRE-NÍQUEL
60
60400
300
200
50
50
50 50
180
160
140
120
100
80
60
50
40
40
40 40
40
30
30
30 30
30
20
20
20 20
Quantidade de níquel (% em peso)
Quantidade de níquel (% em peso) Quantidade de níquel (% em peso)
Re
sis
tê
nc
ia
 à
 tr
aç
ão
 (M
PA
)
Re
sis
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 à
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ga
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en
to
 (%
 p
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ad
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2 
po
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ga
da
)
10
10
15
20
25
10 10
0
0 0
Fonte: CALLISTER, 2011 p. 140. (Adaptado).
3. Encruamento
Este tipo de endurecimento ocorre quando os metais sofrem deformações 
plásticas como consequência de trabalhos mecânicos (cold hardening ou work 
hardening). O trabalho mecânico cria muitas deformações nos reticulados ao 
aumentar a densidade das discordâncias, deixando o material encruado. Con-
sequentemente, a movimentação destas discordâncias é prejudicada, o que re-
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100 200
0 010 1020 2030 3040 40
Percentual de trabalho a frio
Cobre
Cobre
Latão
Latão
Aço SAE 1040
Aço SAE 1040
Percentual de trabalho a frio
Te
ns
ão
 d
e 
es
co
am
en
to
 (M
Pa
)
Re
sis
tê
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 m
ec
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ica
Te
ns
ão
 d
e 
es
co
am
en
to
 (k
si)
Re
sis
tê
nc
ia
 m
ec
ân
ica
50 5060 6070 70
200 300
300 400
400 500
500 600
600 700
700 800
800 900
20 40
40 60
60 80
80 100
100 120
120 140
sulta em um aumento de sua resistência mecânica. Em suma, quanto maior o 
encruamento, maior a resistência do material.
GRÁFICO 3. PARA O AÇO 1040, O LATÃO E O COBRE, (A) AUMENTO DO LIMITE DE 
ESCOAMENTO, (B) AUMENTO DO LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E (C) REDUÇÃO NA 
DUCTILIDADE (%AL)
Du
ct
ib
ili
da
de
 (A
 %
)
Percentual de trabalho a frio
Aço SAE 
1040
Latão
Cobre
00 10
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
60
70
70
Fonte: CALLISTER, 2011 p. 142. (Adaptado).
A taxa de encruamento é dada pela fórmula representada na equação 2, em 
que CW corresponde à % de deformação a frio (cold work) e A0 e Ad correspon-
dem às áreas inicial e deformada, respectivamente, do material.
%cw = x 100A0 - Ad A0 
 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 20
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CURIOSIDADE
O marmitex, recipiente de alumínio utilizado para colocar alimentos, deve 
estar parcialmente encruado para se obter a resistência necessária. Para 
avaliar esta característica no material, deve-se “amassar” e esticar o 
recipiente diversas vezes. Se o som que ele fizer for parecido com “cor-
rentes arrastando-se pelo chão”, pode-se concluir que o material está 
devidamente encruado.
GRÁFICO 4. RESFRIAMENTO CONTÍNUO PARA UM AÇO COM 0.32% C, 0.3% MN, 0.2% 
Si, 0.008% S, 0.017% P, 2.95% Ni, 0.69% Cr, 0.10% Mo, 0.31% Cu, 0.056% As.900 1650Austenitizado por 30 min. a 850 oC
tamanho de grão ASTM 12
800 1470
700 1290
600
V1 (50)
V2 (50)V1AC1
AC3
V2 V3
1110
te
m
pe
ra
tu
ra
 °F
te
m
pe
ra
tu
ra
 °C
500 930
400 750
300 570
200
Martensita
Bainita
M50
M5
M90 390
100
100
Tempo, segundos
103 104 105101
212
ferrite + perlita
Fonte: ASM, 1991 p. 58. (Adaptado).
4. Transformação de fase
O endurecimento por transformação de fase tem como objetivo a formação 
de microconstituintes que podem alterar as propriedades do material. Normal-
mente executada através de tratamentos térmicos, as transformações de fase 
afetam a morfologia e a distribuição das fases existentes, além das soluções sóli-
das, e podem causar alterações na estrutura cristalina, como acontece nos aços. 
Esta alteração na estrutura gera uma mudança nos sistemas de escorregamen-
to, resultando em aumento da resistência no material.
Alguns diagramas e gráficos representam as estruturas que um material terá 
quando submetido a uma dada temperatura por um certo período de tempo. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 21
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 21 05/03/20 14:50
GRÁFICO 5. RESFRIAMENTO CONTÍNUO PARA UM AÇO COM 0.32% C, 0.3% 
Mn, 0.2% Si, 0.008% S, 0.017% P, 2.95% Ni, 0.69% Cr, 0.10% Mo, 0.31% Cu, 
0.056%
900 1650
Austenitizado por 30 min. a 850 °C 
tamanho de grão ASTM 12
800 1470
700 1290
600
V1 (50)
V2 (50)V1AC1
AC3
V2 V3
1110
te
m
pe
ra
tu
ra
 °F
te
m
pe
ra
tu
ra
 °C
500 930
400 750
300 570
200
Martensita
Bainita
M50
M5
M90 390
100
100
Tempo, segundos
103 104 105101
212
ferrite + perlita
Fonte: ASM, 1991 p. 58. (Adaptado).
O Gráfico 4 mostra que, para um mesmo tipo de aço, um pequeno au-
mento no tempo de resfriamento pode aumentar a formação de uma fase; 
no caso da martensita (V1), ela passa para bainita (V2), e assim por diante. 
Isso resultou em uma redução na dureza do material, que foi de 20/30 HRC 
para 86/97 HRB. Em suma, o material normalizou, aliviou suas tensões e, por 
isso, ficou menos duro. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 22
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 22 05/03/20 14:50
GRÁFICO 6. (a) TRANSFORMAÇÃO DE RESFRIAMENTO CONTÍNUO DE AÇO DIN 
22CrMo44 E (b) O PADRÃO DE TENSÃO RESIDUAL CORRESPONDENTE
Te
m
pe
ra
tu
ra
 o C
Te
m
pe
ra
tu
ra
 o F
1000 1830
800 1470
600 1110
400
Superfície Centro
750
200 390
0
1000 1830
800 1470
600 1110
400
Superfície
Centro
750
200 390
0
1000 1830
800 1470
600 1110
400
Superfície
Centro
750
200
Tempo, s
390
0
1 10 100 103
(a)
Te
ns
ão
 re
sid
ua
l M
PA
Te
ns
ão
 re
sid
ua
l K
si
-20 -3
0 0
+20 +3
Distribuição de
tensão residual
100 mm
diam
30 mm
diam
10 mm
diam
-40
+20
+20
+3
+3
0
0
0
0
-20
-20
-3
-3
-6
Centro
+ = Tensão de tração
- = Tensão de compressão
Centro
Centro
Superfície
Superfície
Superfície
(b)
Fonte: ASM, 1991 p. 1333. (Adaptado).
No Gráfico 5, o mesmo material mencionado anteriormente permaneceu 
menos tempo na temperatura austenitizante. Ele experenciou um resfria-
mento acelerado, em que iniciou-se a formação de ferrita e perlita (V3), que 
apresenta uma dureza na faixa de 40 a 50 HRC. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 23
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 23 05/03/20 14:50
Para o Gráfico 6, com o mesmo 
tipo de aço, tem-se o caso (a) em que 
o material atingiu a temperatura de 
austenitização e logo foi resfriado, 
gerando uma estrutura perlítica no 
centro e bainítica na superfície. Ao 
aumentar um pouco mais a taxa de 
resfriamento (b), o material apresen-
ta a formação de estruturas bainí-
ticas no centro e superfície e, após 
algum tempo, está completamente coberto por uma microestrutura mar-
tensítica. Esta estrutura pode atingir durezas entre 50 – 55 HRC.
5. Dispersão de partículas
O endurecimento por dispersão de partículas, ou formação de segunda 
fase, acontece quando o limite de solubilidade é atingido. Estas fases pos-
suem morfologia e composição completamente diferentes da matriz. Além 
disso, elas podem servir como barreiras, dificultando a movimentação de 
discordâncias, o que provoca o aumento da resistência do material.
5.1. Dispersão de partículas incoerentes
A dispersão de partículas incoerentes acontece com maior frequência, 
se comparada às partículas coerentes. Neste caso, o reticulado da segunda 
fase é diferente da matriz, por isso é chamado de incoerente. Uma liga de 
alumínio, por exemplo, pode apresentar um precipitado, ou segunda fase, 
de AlCu2. O alumínio tem estrutura CFC, mas, no entanto, a fase formada de 
cobre possui estrutura ortorrômbica.
5.2. Dispersão de partículas coerentes
As partículas de segunda fase são chamadas de coerentes, uma vez que 
possuem a mesma estrutura cristalina da matriz e podem apresentar uma 
dispersão muito grande. O tamanho de seus parâmetros, com relação aos 
da matriz, não diferem mais do que 15%. Com relação ao precipitado incoe-
rente, seu tamanho pode chegara ser até 1000 vezes menor. Isso provoca 
uma dispersão muito maior no reticulado, o que restringe muito mais o mo-
vimento das discordâncias. É devido a isso que os precipitados coerentes 
são mais endurecedores do que os incoerentes.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 24
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 24 05/03/20 14:50
Combinação de mecanismos de endurecimento em metais
Na grande maioria das vezes, determinado processo de fabricação pode 
ser realizado no material para que haja uma combinação de fatores de endu-
recimento. Um tratamento térmico, ao ser realizado no aço, 
pode formar soluções sólidas, refi nar os grãos e precipitar 
partículas de segunda fase. Esta combinação de fatores 
tem como objetivo melhorar as propriedades mecânicas, 
como a dureza, a resistência mecânica e o escoamento, 
entre outras.
É o chamado “efeito cumulativo”, uma espécie de 
somatório dos efeitos do endurecimento por solução 
sólida + endurecimento por precipitação + endurecimen-
to por refi no de grão + endurecimento por encruamento + 
endurecimento por transformação de fase.
Fundamentos sobre tratamentos térmicos
Tratamento térmico refere-se a operações realizadas nos materiais, com tempe-
ratura e tempo controlados, que possuem como objetivo alterar suas propriedades. 
Já os tratamentos termomecânicos são aqueles que estão combinados com algum 
tipo de deformação mecânica, como laminação, extrusão etc. Da mesma maneira 
que os processos mecânicos, existem tratamentos que são aplicáveis a uma gama 
muito grande de aços e ligas. Todavia, existem alguns deles que são bastante restri-
tos, seja devido às características do material ou às limitações de processo.
A maioria dos tratamentos térmicos é realizada na peça inteira, ou seja, as al-
terações afetarão desde a superfície até o centro do material. Outros tratamentos 
são superfi ciais, isto é, atingem determinada camada da superfície, deixando o 
centro com suas propriedades originais. Esses tratamentos envolvem uma altera-
ção na composição química da região superfi cial da peça. Sua dureza, por exem-
plo, torna-se muito maior na camada superfi cial (que pode variar entre 1 a 10 mm 
ou mais), enquanto o centro apresenta dureza mais baixa.
Uma coisa deve fi car bem clara quanto aos tratamentos superfi ciais: além de 
serem conhecidos também como tratamentos termoquímicos, tais processos 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 25
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 25 05/03/20 14:50
necessitam de tratamento térmico após sua realização. Isso acontece porque a 
alteração na composição química nas camadas superfi ciais não é sufi ciente para 
alterar as propriedades na forma desejada. Há a necessidade de realização de um 
tratamento térmico adequado, para que estas se alterem. As propriedades ao lon-
go de toda a peça se alteram de forma proporcional.
Introdução
Como já foi dito, as operações envolvendo aquecimento e resfriamento 
controlados, com o objetivo de alterar as características dos aços e suas ligas 
são intitulados de tratamentos térmicos. Os principais objetivos dos tratamen-
tos térmicos são os seguintes:
• Remover tensões provenientes de esfriamento desigual e trabalho mecâ-
nico, entre outros;
• Aumentar ou diminuir a dureza do material;
• Aumentar a resistência mecânica.
• Melhorar a ductilidade;
• Melhorar a usinabilidade;
• Melhorar a resistência ao desgaste;
• Melhorar as propriedades de corte, como aumento da velocidade, resis-
tência a temperaturas etc.;
• Melhorar a resistência à corrosão, seja aumentando o tempo de exposição 
ou a resistência a diferentes ambientes corrosivos, entre outros;
• Melhorar a resistência ao calor, ou resistência à fl uência;
• Modifi car propriedades elétricas e magnéticas, como aumentar ou dimi-
nuir a condução elétrica resistência, etc.
Geralmente, consideram-se dois tipos diferentes de tratamentos térmicos 
que são utilizados para o alcance dessas propriedades:
• Tratamentos termo físicos: são processos constituídos por aquecimento 
do material, conservação por certo período de tempo e resfriamento, que pode 
ser lento ou rápido;
• Tratamentos termoquímicos: são processos que não apenas contemplam 
o aquecimento do material, como também a adição de elementos, a ser realiza-
da na atmosfera de tratamento, a fi m de promover as alterações desejadas.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 26
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 26 05/03/20 14:50
Para o tratamento térmico de um aço, alguns fatores devem ser considera-
dos. Entre eles, tem-se:
• Aquecimento: temperatura que o material deve ser aquecido para alcan-
çar a estrutura inicial desejada.
• Tempo de permanência à temperatura de aquecimento: tempo para 
que a estrutura do material fi que homogênea ou precipite/elimine fases.
• Resfriamento: taxa de resfriamento necessária para o material chegar na 
característica desejada.
• Atmosfera do forno: constituintes internos do forno que podem provo-
car, ou não, reações químicas no material.
Tratamentos termofísicos
Os tratamentos termofísicos são definidos por um processo de aque-
cimento (para o aço chegar à austenitização), permanência na temperatu-
ra (para a peça homogeneizar-se na estrutura austenítica) e resfriamento 
com velocidade e temperatura controlados (para atingir a microestrutura 
desejada).
Os principais tratamentos termofísicos são:
• Normalização;
• Têmpera;
• Revenimento;
• Recozimento.
O recozimento no aço tem como objetivo diminuir a dureza do material, 
melhorar sua usinabilidade, aliviar as tensões internas, geradas por processos 
como soldagem, fundição e conformação mecânica, ou simplesmente obter as 
propriedades e microestrutura desejadas.
Quando um material sofre alguma deformação, parte desta energia apli-
cada fi ca “gravada” na forma de discordâncias. Essa energia acumulada é 
sufi ciente para fazer com que o processo de deformação sofrido por ele re-
torne à sua condição inicial. Para que isso aconteça, são necessários tempo 
e temperatura adequados e sufi cientes, em que o material possa eliminar 
estes defeitos.
O recozimento passa, essencialmente, por três estágios:
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 27
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 27 05/03/20 14:50
• Recuperação ou alívio de ten-
sões (subcrítico): neste primeiro 
estágio, que ocorre abaixo da linha 
A1 (entre 10 °C a 20 °C abaixo desta 
linha), há um restauro das discor-
dâncias. A quantidade de defeitos 
continua igual, porém há um alívio 
de tensão.
• Recristalização ou recozimen-
to pleno: este estágio ocorre acima 
da linha A3 (50 °C), logo após a re-
cuperação. Caracteriza-se pelo surgi-
mento de cristais idênticos aos grãos 
originais (não-deformados), tanto 
em composição como estrutura.
• Crescimento de grão: em tem-
peraturas mais elevadas, os grãos 
recristalizados começam a cres-
cer, pois absorvem parte de alguns 
grãos vizinhos.
Os contornos de grão são “barreiras” para o movimento de discordân-
cias, como já foi dito. Por isso, uma granulação mais grosseira deixa o ma-
terial menos duro, bem como reduz sua resistência mecânica, aprimoran-
do sua plasticidade e usinabilidade.
Existem quatro tipos de recozimento:
• Recozimento pleno;
• Recozimento isotérmico;
• Recozimento subcrítico;
• Esferoidização ou recozimento intercrítico.
Recozimento pleno – o aço é aquecido a temperaturas de 50 ºC acima 
das linhas críticas (linha A3 para os aços hipoeutetóides e A1 para hipereu-
tetóides). Depois, ele é resfriado lentamente, dentro do forno. O objetivo 
é deixar a estrutura totalmente austenitizada e, ao esfriar, deixá-la seme-
lhante à de equilíbrio. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 28
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 28 05/03/20 14:50
GRÁFICO 7. CURVA DE RESFRIAMENTO DE RECOZIMENTO PLENO
Curva de resfriamento
Tempo, esc. log.
Ae3
Mi
Mf
Produto: perlita (ou perlita e 
ferrita ou perlita e cementita)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 ºC
Centroe superfície
Fonte: CHIAVERINI, 2008, p. 56. (Adaptado).
Recozimento isotérmico – é o aquecimento que ocorre da mesma ma-
neira que o recozimento pleno, sucedido por um resfriamento rápido até 
certa temperatura. Esta é mantida até a total transformação do material. 
Apesar de ser bastante semelhante ao recozimento pleno, o recozimento 
isotérmico possui uma estrutura final bem mais uniforme. 
GRÁFICO 8. CURVA DE RESFRIAMENTO DE RECOZIMENTO ISOTÉRMICO (A)
Tempo, esc. log.
Curva de resfriamentoCentroSuperfície
Ae3
Mi
Mf
Produto: perlita (ou perlita e 
ferrita ou perlita e cementita
Te
m
pe
ra
tu
ra
 ºC
Fonte: CHIAVERINI, 2008, p. 58. (Adaptado).
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 29
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 29 05/03/20 14:50
Recozimento subcrítico (alívio de tensões) – o material é aquecido abaixo 
da linha A1 e depois resfriado ao ar. Transformações importantes ocorrem nesta 
faixa de temperatura, como a recuperação e a recristalização das fases encrua-
das. Este recozimento ocorre quando necessita-se reduzir tensões residuais em 
estruturas ou componentes, como após soldagem, dobramento, têmpera, etc.
Recozimento para esferoidização – é o processo normal de tratamento tér-
mico (aquecimento e resfriamento), mas com o objetivo de criar uma estrutura 
globular ou esferoidal, composta de carbonetos de aço. Pode ser feito das se-
guintes maneiras:
• aquecimento (temperatura pouco acima da linha inferior de transformação) 
e resfriamento lento.
• aquecimento (temperatura logo abaixo da linha inferior da zona crítica) por 
longo tempo.
• aquecimento e resfriamento alternados (acima e abaixo da zona crítica).
Normalização
Constitui-se em aquecer o aço até sua total austenitização e, posteriormente, 
resfriá-lo ao ar. A austenitização é realizada em temperaturas acima de A1 ou 
Acm, e o resfriamento ao ar livre deve ser mais rápido do que no recozimento.
A normalização pode ser usada para:
• Refinar o grão. Devido à recristalização e homogeneização da estrutu-
ra, pode-se alcançar melhores resultados na têmpera e revenimento;
• Melhorar a usinabilidade;
• Refinar estruturas brutas de fusão, como peças fundidas, por exemplo;
• Atingir propriedades mecânicas desejadas. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 30
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 30 05/03/20 14:51
GRÁFICO 9. CICLOS TÉRMICOS (ESQUEMÁTICOS)
 DE RECOZIMENTO PLENO E NORMALIZAÇÃO
Ciclo de
aquecimento
Normalização
Recozimento
Ferrita + austenita
Perlita + austenita
Ciclo de
resfriamento
Ac3
Ac1
Ms
Tempo
Fonte: ASM, 1991, p. 87. (Adaptado).
Têmpera
A têmpera tem como objetivo a obtenção de uma estrutura martensítica, 
mais dura e frágil. O material deve ser aquecido até sua total austenitização 
e depois resfriado rapidamente. A martensita se forma porque os átomos de 
carbono não se compõem em ferrita e cementita, difundindo-se com o ferro. 
Eles formam uma nova fase, contida nos interstícios da estrutura CCC do fer-
ro. Nessa estrutura, a solubilidade do carbono é baixa e por isso ele deforma, 
ou seja, alarga, a célula unitária e forma uma estrutura chamada tetragonal 
de corpo centrado, resultando na geração de muitas tensões no reticulado.
Algumas características da peça, como forma, tamanho e teor de carbono, 
determinam o meio de resfriamento a ser utilizado: líquido ou gasoso. Para 
meios líquidos, podem ser utilizados água, água contendo sal ou aditivos cáus-
ticos, óleo e soluções aquosas de polímeros. Para os gasosos, tem-se ar ou 
hélio e argônio.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 31
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 31 05/03/20 14:51
Como resultado, a têmpera reduz a ductilidade, tenacidade e gera ten-
sões internas. Para minimizar estes inconvenientes, o revenimento é feito 
no material.
A têmpera é realizada em três etapas: aquecimento, permanência e res-
friamento.
• Aquecimento: o material é aquecido até sua austenitização (50 °C 
acima da A3 para aços hipoeutetóides e 50 °C acima da linha A1 para os 
hipereutetóides). A ferrita e a perlita que existem nos hipoeutetóides aus-
tenitizam, ao passo que nos hipereutetóides a perlita austenitiza, mas a 
cementita continua imutável.
• Permanência: é o tempo suficiente para o carbono solubilizar-se na 
austenita (CFC) e na peça inteira (centro e superfície). Na indústria, costu-
ma-se utilizar 2 minutos/mm de espessura.
• Resfriamento: é a redução da temperatura em tempo suficiente para 
que a austenita se transforme em martensita, mas sem transformar-se em 
nenhuma outra estrutura durante o processo. 
ASSISTA
Para mais informações acerca da têmpera, assista a 
este vídeo, que mostra com mais detalhes o processo de 
têmpera total de anéis para rolamentos.
Revenimento
O material, após ter sido submetido à têmpe-
ra, está com sua estrutura um pouco distorcida e 
acumula muitas tensões internas. Por isso, um tra-
tamento de revenimento se faz necessário, a fim de 
evitar a formação de trincas e diminuir sua dureza 
e fragilidade.
O material é aquecido a uma temperatura 
abaixo da temperatura de austenitização. De-
pois, ele é mantido nesta temperatura por certo 
tempo, dependendo das propriedades desejadas. 
Quanto maior o tempo, maior a ductilidade e menor 
a dureza. O mesmo se diz para a temperatura de tratamento.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 32
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 32 05/03/20 14:51
GRÁFICO 10. TÊMPERA REALIZADA EM UM AÇO, SEGUIDO DE REVENIMENTO
Tempo (escala log)
Revenido para a 
dureza desejada
Transformação
Austenita + bainita
Austenita
Perlita
Bainita
Temperatura
A
Mi
Mf
Su
pe
rfí
cie
 d
a 
pe
ça
Ce
nt
ro
 d
a 
pe
ça
Au
ste
nita
 + pe
rlita
Fonte: CHIAVERINI, 2008, p. 65. (Adaptado).
Tratamentos termoquímicos
Estes tratamentos são caracterizados pelas reações dos elementos conti-
dos no ambiente com o material. Eles buscam aumentar a dureza superfi cial, 
mas manter a região interna, ou núcleo, dúctil. Também aprimoram outras ca-
racterísticas, como resistência ao desgaste e corrosão a altas temperaturas.
Por meio da difusão, elementos como carbono, boro, nitrogênio e outros são 
inseridos, ou seja, penetram, na estrutura, ou região superfi cial, do material. É 
importante salientar que o potencial do meio, isto é, a característica do ambiente 
de tratamento, como gás, líquido, sólido, é um fator importante no provimento 
do elemento de adição (C, N ou B). Além disso, características da peça, como 
solubilidade e difusão, determinam a capacidade dela em absorver o elemento.
Existem diversos tipos de tratamentos, entre eles: cementação, nitretação 
e boretação.
Cementação
Consiste no processo em que a peça é aquecida em um ambiente rico em 
carbono. O elemento penetra na superfície do material por difusão, dissolven-
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 33
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 33 05/03/20 14:51
do-se na estrutura. A temperatura de aquecimento deve ser suficiente para 
austenitizar o aço. O tempo de permanência no banho deve ser proporcional 
à camada rica em carbono que se deseja. Normalmente, este tratamento é 
feito para aços com até 0,3% C. Além disso, a quantidade de carbono diminui à 
medida que se direciona para o centro da peça. Após a cementação, o aço deve 
ser temperado e revenido. 
GRÁFICO 11. INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA E DO TEMPO NA 
PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO
5.0 0.20
4.0 0.16
3.0 0.12
2.0 0.08
1.0 0.04
0 0
0 5 10 15
Tempo de cementação (h)
Pr
of
un
di
da
de
 d
e 
pe
ne
tra
çã
o 
to
ta
l (
po
le
ga
da
)
Pr
of
un
di
da
de
 d
e 
pe
ne
tra
çã
o 
to
ta
l (
m
ilí
m
et
ro
)
20 25 30
955 oC
927 oC
899 oC
871 oC
Fonte: ASM, 1991 p. 727. (Adaptado).
O Gráfico 11 mostra a profundidade de penetração de carbono, em mm 
e polegadas, de acordo com o tempo, em horas, para um material tratado a 
871 °C, 899 °C, 927 °C e 955 °C.
Nitretação
Semelhante à cementação, a nitretação consiste na introdução de nitrogênio 
na superfíciedo material. A quantidade de carbono da composição superficial 
não se altera e a camada de nitrogênio possui uma espessura menor. A tempe-
ratura de tratamento é menor que a de austenitização (500 °C e 560 °C) e o ferro 
ligado ao nitrogênio formará o nitreto de ferro, que possui alta dureza. Após a 
nitretação, o aço deve ser temperado, a fim de alcançar a dureza requerida.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 34
SER_ENGMEC_TRATERMOSUP_UNID1.indd 34 05/03/20 14:51
Existem alguns tipos de nitretação, entre eles: gasosa líquida e iônica. Peças 
nitretadas possuem alta dureza e, por isso, é recomendável que o resfriamento no 
tratamento seja rápido, visto que assim o nitrogênio fica retido em solução sólida. 
GRÁFICO 12. PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO 
OBTIDA PARA ALGUNS AÇOS NITRETADOS
Pr
of
un
di
da
de
 d
e 
ni
tre
ta
çã
o 
(m
m
)
Horas
1,0
0,15%C
0,45%C
Aço-liga
ao cromo
0,5
0 5 10
Fonte: CHIAVERINI, 2008, p. 134. (Adaptado).
O Gráfico 12 mostra a porcentagem de nitretação, em mm, de acordo com a 
quantidade de horas do material dentro do forno (0, 5 e 10 horas), para um aço 
com 0,15% de C, 0,45% de C e aço-liga ao cromo.
Boretação
Consiste na formação de boreto de ferro na superfície do material, que possui 
elevada dureza, a partir de um tratamento utilizando carboneto de boro, em tem-
peraturas entre 800 °C a 1050 °C. Da mesma maneira que a nitretação, a porcenta-
gem de carbono na superfície não sofre influência neste tratamento.
A dureza é mais alta que a da cementação e nitretação, e o 
material apresenta alta resistência à corrosão, assim como ao 
desgaste. Em contrapartida, o acabamento da peça é dificulta-
do, assim como a sua resistência à fadiga é baixa.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 35
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Sintetizando
Nesta unidade foram apresentados conceitos de microestruturas, como 
elas surgem e seus componentes internos. Enfatizou-se a importância do co-
nhecimento sobre as fases e seus constituintes, uma vez que muitas proprie-
dades dos materiais provêm das fases presentes, bem como de sua morfologia 
e distribuição na microestrutura. Além disso, foram apresentados os principais 
mecanismos de endurecimento nos metais. Estes mecanismos podem provo-
car alterações nas fases e suas microestruturas, alterando as propriedades dos 
materiais. Deve-se atentar para o fato de que sempre ocorre uma combinação 
de mecanismos para o endurecimento dos metais. Por fim, foram apresenta-
dos conceitos sobre tratamentos térmicos, e os principais tratamentos nos 
metais, em especial os aços, foram expostos, a fim de formar uma base de co-
nhecimentos sobre estes processos. Alguns podem ser aplicados a uma gama 
enorme de ligas de aço, ao passo que outros não.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 36
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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 37
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TRATAMENTOS 
ISOTÉRMICOS E 
TERMOMECÂNICOS
2
UNIDADE
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Objetivo da unidade
Tópicos de estudo
 Compreender os conceitos iniciais a respeito 
dos tratamentos isotérmicos, termomecânicos 
e termoquímicos dos aços e ferros fundidos.
 Tratamentos isotérmicos 
 Metais
 Ligação metálica para forma-
ção dos cristais
 Microestrutura e equilíbrio de 
fases
 Curvas isotérmicas
 Tratamentos termomecânicos
 Comportamento mecânico das 
ligas de aço
 Objetivos e variações
 Analisando os diagramas de 
fase ferro-carbono
 Exemplos
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Tratamentos isotérmicos
Para se classifi car os mais diversos materiais de uso em engenharia, é co-
mum se usar um sistema baseado na composição química e no arranjo atômi-
co que formam sua microestrutura. Dessa forma, eles podem ser classifi cados 
como cerâmicos, poliméricos ou metálicos. Essas são as três classifi cações 
básicas, afi nal, a cada dia, novas pesquisas propõem a combinação desses três 
tipos para usos específi cos: os chamados compósitos, que são desenvolvidos 
em estudos avançados. Todavia, a grande maioria das aplicações 
da engenharia utiliza uma das três formas básicas: polímeros 
(popularmente chamados de plásticos), cerâmicos ou metálicos.
Quando se trata de tratamentos térmicos, termoquímicos e 
superfi ciais, os estudos são direcionados ao mundo dos metálicos 
em suas mais diversas funções, como em aplicações aeroespaciais, ligas de aço 
e alumínio, materiais estruturais, diferentes tipos de aços, entre outros. 
Na Figura 1, pode-se verifi car uma estrutura metálica em que estão aplicados 
vários elementos diferentes: os perfi s W, que são extrudados, os parafusos e por-
cas, que são forjados, e os cordões de solda. Cada um desses elementos, apesar 
de classifi cado como aço, possui características mecânicas diferentes devido às 
diferentes formas de fabricação e exposições térmicas às quais foi submetido.
Figura 1. Estrutura metálica. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 18/02/2020. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 40
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Metais
Metais básicos de aplicação em engenharia, como o ferro, alumínio, cobre, 
níquel e bronze podem possuir elementos não metálicos na sua composição, 
como o carbono e o nitrogênio. Os chamados aços são ligas de ferro com per-
centuais de carbono em suas estruturas cristalinas. Os diferentes tipos são 
defi nidos pelo percentual de carbono e outros elementos, como magnésio e 
molibdênio, que defi nem grande parte de suas características mecânicas.
Os materiais metálicos possuem uma estrutura cristalina ordenada, o que 
os confere uma alta resistência. Essa ordenação molecular permite suportar 
deformações plásticas e elásticas antes de se romper, característica que pos-
sibilita a conformação de chapas de aço nos mais diversos formatos, como a 
lateral de um carro. A maleabilidade e a conformação são chamadas de ducti-
lidade, que é exatamente o contrário de “dureza”. Logo, quanto mais duro um 
aço, menos dúctil ele é, isto é, ele vai se deformar pouco antes de quebrar. 
Outra característica marcante dos metais é a alta capacidade de condutividade 
térmica e elétrica, visto que os elétrons da estrutura cristalina têm grande liber-
dade de movimento. Com isso, os metais acabam sendo excelentes opções para 
inúmeras aplicações, como em estruturas, vasos de pressão, motores, elementos 
de máquinas, como engrenagens e parafusos, soluções de soldagem, turbinas, ar-
mas, peças de design, entre outras utilidades industriais e do nosso dia a dia. 
DIAGRAMA 1. CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS METÁLICOS
Ligas metálicas 
Ferros fundidos 
Aço 
ferramenta 
Aço 
inoxidável 
Alta liga 
Não ferrosas (ligas de 
Al, Cu, Mg, Ti) 
Baixa liga (baixo 
a alto teor de 
carbono) 
Ferrosas 
Aços 
Fonte: CALLISTER; RETHWISCH, 2014. 
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS41
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No Diagrama 1, observamos que as ligas metálicas podem ser ferrosas 
ou não ferrosas (como alumínio, cobre e titânio) de acordo com a presença 
de ferro em sua composição. Os aços são exemplos de ligas metálicas ferro-
sas que possuem carbono em sua composição. Eles são usados em muitas 
aplicações da engenharia pela versatilidade conferida em suas propriedades 
mecânicas de acordo com os percentuais de carbono e demais elementos de 
liga adicionados em sua composição. Além disso, permitem a utilização de 
técnicas de tratamentos térmicos que conferem características estruturais e 
superficiais extremamente úteis em aplicações específicas, como, por exem-
plo, quando se faz necessário aumentar a dureza superficial de algum com-
ponente que será exposto à grande abrasão (como dentes de engrenagens 
ou pistas de rolamentos).
As características mecânicas dos metais têm relações com as proprieda-
des de suas microestruturas. Essas microestruturas podem ser controladas 
com o uso de tratamentos térmicos adequados, assim, é fundamental, para 
o profissional responsável pela definição dos materiais de um projeto, enten-
der os mecanismos de fases e os possíveis componentes de uma composição 
microestrutural de qualquer liga metálica, e por quais maneiras essas estru-
turas com características específicas podem ser obtidas. Afinal, uma solução 
sólida é obtida quando os componentes de um soluto são colocados em um 
solvente sem que haja a alteração da estrutura cristalina do metal. Assim 
como nem todo açúcar se dissolve na água depois de certa quantidade, existe 
um limite de soluto que consegue se dissolver na composição do metal, ocu-
pando os espaços intersticiais da estrutura cristalina do solvente ou substi-
tuindo alguns átomos originais. Este percentual de soluto é 
denominado limite de solubilidade, que, em porcentagem 
atômica, é descrito como %a e, em porcentagem de peso, 
é descrito como %p. Esses limites variam de acordo com a 
temperatura, assim como o açúcar que, quanto mais 
quente estiver a água, mais açúcar se dissolve. Se 
o percentual de soluto ultrapassar esse limite de 
solubilidade, ocorrerá formação de uma solução 
sólida ou algum composto adicional sem ligação 
atômica com o solvente.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 42
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Ligação metálica para formação dos cristais 
As ligas metálicas tipicamente estruturam-se de forma cristalina com ligações 
metálicas. Nessas ligações, os elétrons de valência livres formam nuvens, e os de-
mais formam núcleos iônicos com cargas positivas. 
Os elétrons, em ligações metálicas, têm liberdade, o que consolida a proprieda-
de de boa condutividade elétrica que os metais possuem. Dessa forma, fi ca clara 
a relação que a estrutura cristalina e os tipos de ligações atômicas têm com as 
propriedades dos materiais. Assim como a condutividade elétrica, a ductilidade 
dos metais se preconiza pelo tipo de ligação metálica conferida por seus átomos. 
A ductibilidade pode ser melhor compreendida como a capacidade do material 
de suportar grandes cargas, e sofrer deformação elástica e permanente antes de 
ocorrer a ruptura. Assim, a fl exibilidade dos metais se dá pela característica não 
direcional das ligações metálicas.
Assim, pode-se dizer que as peças metálicas são sólidos cristalinos formados 
por ligações metálicas. Logo, são materiais em que os arranjos atômicos são or-
ganizados, e a estrutura cristalina defi ne o formato dos arranjos que os átomos 
se distribuem no espaço. Essas montagens cristalinas são tridimensionais e de 
padrão repetitivo. Para entender essa distribuição, pode-se observar a Figura 2, 
onde os átomos são mostrados como esferas. Percebe-se que há repetição de 
arranjo atômico de longo alcance; e o que se repete é o agrupamento chamado de 
célula unitária. A Figura 2 ilustra o conceito de célula unitária por meio do modelo 
de esferas rígidas. Ao observá-la, podemos entender que o cubo formado como a 
tal célula unitária consolida a estrutura cristalina.
Figura 2. Célula unitária elementar de uma estrutura cristalina. Fonte: CALLISTER; RETHWISCH, 2014.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 43
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Sendo os metais sólidos cristalinos, durante a solidificação que ocorre nas usi-
nas metalúrgicas no momento da fabricação das ligas de aço, esses cristais ge-
ram orientações cristalográficas aleatórias que, quando se encontram, criam os 
contornos de grão. Cada agrupamento de cristais com a mesma orientação crista-
lográfica costuma ser chamado de grão.
CURIOSIDADE
Existe um software interativo chamado de Crystal Walk. Com ele é pos-
sível simular a construção de estruturas cristalinas e visualizá-las tridi-
mensionalmente.
O entendimento das ligações atômicas e da formação cristalina dos aços 
é fundamental para a definição de tratamentos isotérmicos. As ligações dos 
átomos nas proximidades dos contornos de grão são irregulares, o que pode 
causar um crescimento na energia nessas regiões, aumentando a resistência 
do material devido ao aumento das forças de coesão. Porém, pode ter um 
efeito negativo em algumas aplicações, uma vez que os contornos se tornam 
regiões mais susceptíveis à corrosão. Para situações como essas, em que o 
engenheiro precisa melhorar alguma propriedade específica de um determi-
nado metal, o ideal é buscar tratamentos térmicos e superficiais alternativos.
Os grãos em uma amostra policristalina monofásica geralmente estão 
em muitas orientações diferentes e, portanto, são possíveis muitos tipos de 
limites. A natureza de qualquer limite depende da desorientação dos dois 
grãos adjacentes e da orientação do plano do limite em relação a eles. As 
redes de quaisquer dois grãos podem coincidir girando um deles por um ân-
gulo adequado em torno de um único eixo. Em geral, o eixo 
de rotação não será simplesmente orientado em relação 
ao grão ou ao plano de limite de grão, mas existem dois 
tipos especiais que são relativamente simples. Estes 
são limites puros de inclinação e limites puros de 
torção, conforme ilustrado na Figura 3. Um limite 
de inclinação ocorre quando o eixo de rotação é 
paralelo ao plano do limite, enquanto um limite 
de torção é formado quando o eixo de rotação é 
perpendicular ao limite.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 44
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Eixo de rotação 
(a) (b)
θ θ
Plano de 
fronteira
Plano de 
fronteira
Eixo de rotação 
Figura 3. As orientações relativas dos cristais e o contorno que forma. Fonte: PORTER et al., 2009. (Adaptado).
 O nível de resistência de um metal tem relação direta com tamanho de 
grão. Afi nal, quanto menores os grãos, o metal acaba sendo mais resistente 
devido ao aumento da quantidade de barreiras que impedem o movimento. 
Porém, grãos maiores podem ser importantes em algumas aplicações, sendo 
possível obtê-los com o uso de tratamentos térmicos específi cos.
Microestrutura e equilíbrio de fases
Para compreender os mecanismos de transformação envolvidos nos tra-
tamentos isotérmicos, primeiramente é fundamental compreender que cada 
material possui propriedades específi cas e fases que variam em função de sua 
composição química e da temperatura.
Um exemplo mais básico de nosso dia a dia é a própria água, que possui 
um diagrama de fases que conhecemos na prática: em certas condições ela 
está líquida, mas, dependendo da temperatura e pressão, ela pode solidifi car 
como gelo ou vaporizar. O Diagrama 2 mostra as fases da água, sendo que as 
variáveis relevantes são: temperatura, apresentada no eixo horizontal, em °C, 
e a pressão, apresentada no eixo vertical, em atm.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 45
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DIAGRAMA 2. DIAGRAMA DE FASE DA ÁGUA
Fonte: CALLISTER; RETHWISCH,2014. (Adaptado). 
Assim como a água, todas as demais substâncias possuem sua identidade 
descrita como um diagrama de fases. No caso dos metais, as variáveis mais im-
portantes são a composição ou percentual de certo elemento de liga, e a tem-
peratura, que diferentemente da água, apresentam temperatura e pressão.
O Diagrama 3 exemplifi ca as fases de uma liga metálica de chumbo-es-
tanho. No eixo horizontal é listado o percentual de estanho (% Sn) e no ver-
tical a temperatura - tanto um eixo quanto o outro mostram bases diferen-
tes para auxiliar a compreensão do usuário. No eixo horizontal inferior, o 
percentual de estanho é em relação ao peso percentual; no superior, em 
percentual atômico, assim como a temperatura, em que o eixo vertical à 
esquerda apresenta a escala em °C, tendo o eixo vertical à direita com as 
temperaturas em °F.
Nesse diagrama, fi ca evidente que, dependendo do percentual de chumbo 
(Pb) e estanho (Sn) da liga, e da temperatura, o material apresenta regiões 
monofásicas sólidas, como a, regiões bifásicas sólidas, como a + b, regiões 
puramente líquidas e, ainda, regiões onde ocorrem soluções sólico+líquido, 
como as a + L e a b + L. 
1.000
-20 0 20 40 60 80 100 120
Pr
es
sã
o 
(a
tm
)
Temperatura (ºC)
Sólido 
(gelo)
Líquido 
(água)
Gás (vapor 
d’água)
100
10
1,0
0,1
0,01
0,001
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DIAGRAMA 3. DIAGRAMA DE FASE DE UMA LIGA CHUMBO (Pb)-ESTANHO (Sn)
Fonte: CALLISTER; RETHWISCH, 2014. (Adaptado).
Curvas isotérmicas
Cada liga metálica possui características particulares de formação de mi-
croestruturas cristalinas que variam de acordo com o tempo de exposição à 
determinada temperatura e de acordo com a forma de resfriamento. Essas ca-
racterísticas são descritas nos diagramas de transformação isotérmica, muito 
conhecidos no mundo da engenharia como as curvas de tempo-temperatu-
ra-transformação ou simplesmente por seus acrônimos TTT. Elas nada mais 
são que diagramas que defi nem as relações entre o tempo de resfriamento e as 
transformações microestruturais que, por sua vez, são dependentes do tempo 
de permanência de determinada liga à certa temperatura constante. 
No Diagrama 4 fi ca ainda mais evidente o efeito das transformações iso-
térmicas. Existem duas curvas que defi nem os tempos de começo e fi nal das 
transformações de fase do aço em questão: a da esquerda mostra o começo 
da transformação e a curva da direita o término. Nos pontos A, B e C, a estru-
tura é 100% austenítica; entre os pontos C e D, a estrutura é uma solução de 
austenita+perlita; e do ponto D em diante, a estrutura é 100 % perlita.
0
0
0
20
20
40
40
60
Composição %a 
Composição %p Sn
60
80
80
100
100
(Sn)(Pb)
100
600
500
400
300
200
300
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
F)
200
α + L
α + β100
Líquido
18.3 61.9 97.8
183°
232°C D
F
G
E
B
C
A
β + Lα 
β 
327 °C
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DIAGRAMA 4. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA DO 
AÇO CARBONO EUTETOIDE (0,77% C)
Fonte: CALLISTER; RETHWISCH, 2014. (Adaptado).
Esses tratamentos isotérmicos, de modo geral, podem ter duas finalidades 
básicas: amolecimento ou endurecimento.
O amolecimento é recomendado em casos de necessidade de remoção de 
tensões residuais oriundas dos processos de fabricação, como laminação, for-
jamento e trefilação, ou ainda, em regiões soldadas. Esses processos encruam 
o material e, por meio de tratamentos isotérmicos, consegue-se restaurar a 
ductilidade. Um tratamento de amolecimento muito comum em um ambien-
te industrial é a normalização. O aço é aquecido acima da sua zona crítica de 
temperatura e, em seguida, é removido do forno e colocado para resfriar em 
temperatura ambiente.
Outra forma de amolecer o aço é utilizando do tratamento de recozimento. 
Ele é muito parecido com a normalização, porém, ao invés de retirar a peça do 
forno, desliga-se o forno, e o resfriamento é muito mais lento.
727 ºC Austenita (estável)
Temperatura
eutetoide
Ferrita α
Perlita fina
Perlita grosseira
Fe3C
Transformação
austenita → perita
700
600
A
B
C
D
500
1 s
1 10 10²
TEMPO (s)
TE
M
PE
RA
TU
RA
 ºC
TE
M
PE
RA
TU
RA
 ºF
10³ 104 105
1 min 1 h 1 dia
1400
1200
1000
800
γ
γ γ
γ
γ γ
γ
Indica que uma
transformação está ocorrendo
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Já para o endurecimento, esses tratamentos isotérmicos são indicados 
quando a finalidade é o aumento da resistência mecânica ou o desgaste. Pode 
contribuir em casos de projetos de estruturas estáticas, para o aumento da 
resistência à fadiga, ou ainda, para situações de abrasão em que o aumento da 
resistência superficial é indispensável, como em casos de mancais de desliza-
mentos, virabrequins e hélices de turbinas.
Um tratamento de endurecimento bastante recorrente é a têmpera. Nesse 
caso, o aço é aquecido acima da sua zona crítica de temperatura e, em seguida, 
é resfriado rapidamente em água ou óleo. Trata-se de um processo usado des-
de a antiguidade pelos romanos que, na época, usavam para endurecer suas 
espadas e ferramentas. O resfriamento rápido busca evitar a formação de per-
lita e bainita, tornando a microestrutura basicamente formada por martensita, 
muito mais dura que as anteriores, porém mais frágil.
Para um tratamento ser classificado formalmente como isotérmico, deverá 
existir uma fase de resfriamento em que a temperatura permanece constante 
por certo tempo. Logo, a têmpera, a rigor, não seria um tratamento isotérmico, 
assim como a normalização e o recozimento também não são, por se carac-
terizarem como decréscimos constantes de temperatura, mas, em momento 
algum acontece a fixação da temperatura por um determinado tempo. Porém, 
apesar desses processos clássicos não se enquadrarem como transformações 
isotérmicas, algumas de suas derivações podem ser enquadradas, como é o 
caso da martêmpera e da austêmpera. 
A austêmpera é um tratamento isotérmico indicado a aços de alto teor 
de carbono. Nesse processo, o aço é aquecido a uma temperatura superior a 
800 ºC (dependendo do teor de carbono) até se tornar totalmente austenítico. 
Esse processo é representado no Gráfico 1, e o primeiro passo de aquecimen-
to é indicado na posição um. A partir daí, inicia-se o resfriamento rápido até 
temperaturas mostradas na posição dois da figura, entre 260 °C e 440 
ºC (dependendo do teor de carbono). Ele permanece nessa tempera-
tura logo acima da linha horizontal superior de formação 
de martensita por um tempo, cruzando as duas curvas 
TTT de início e de fim de transformação, e modificando 
a austenita em bainita, como mostrado na posição três. 
Por fim, o aço é resfriado ao ar livre até a posição quatro.
TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS E SUPERFICIAIS 49
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GRÁFICO 1. CURVA TTT DE UM AÇO COM ALTO TEOR 
DE CARBONO – AUSTÊMPERA
ASSISTA
A austêmpera é um processo especializado que fornece 
controle de distorção excepcional e resistência à alta du-
reza. Isso é obtido por meio da transformação isotérmica 
do aço para produzir microestrutura predominantemente 
bainítica. Veja um exemplo no vídeo Displacements due to 
bainite transformation (deslocamentos devido à transfor-
mação de bainita, em tradução livre). 
A martêmpera é um tratamento isotérmico indicado a aços-liga com o ob-
jetivo principal de aliviar tensões e reduzir o risco de trincas em peças. Também 
nesse processo, inicialmente, o aço é aquecido acima de 800 ºC (dependendo 
do teor de carbono) até se tornar totalmente austenítico, conforme mostrado 
na posição um do Gráfico 2. A partir daí, o resfriamento se diferencia da aus-
Tempo em segundos
Cur
va 
de 
iníc
io 
de 
tra
nsf
orm
açã
o
Curv
a de
 fim 
de 
tran
sform
ação
Posição 1Posição 2
Posição 3
Posição 4
Linha A1
Campo da austenita
A1
ºC
440
260
Produto final: bainita
FIM DO PROCESSO 
Mi
Mf
Fonte: CHIAVERINI, 2008. (Adaptado).
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têmpera, principalmente por ocorrer em dois estágios: primeiramente, o aço é 
colocado em um banho de sal ou óleo até atingir a posição dois – a temperatura 
é um pouco acima da linha horizontal superior da martensita (Mi). Estabiliza-se 
a temperatura por certo tempo até atingir a posição três (antes da curva de 
início de transformação) para então seguir para o próximo estágio de resfria-
mento, quando ele é colocado à temperatura ambiente até estabilizar abaixo 
da linha horizontal inferior da martensita (Mf).
GRÁFICO 2. CURVA TTT DE UM AÇO-LIGA – MARTÊMPERA
Nota-se ainda que, após a martêmpera, é indicado um processo de re-
venimento. Em condições reais, são usados os aços-liga caracterizados com 
estrutura de martêmpera revenida, reduzindo, assim, as tensões residuais 
e a probabilidade de geração de trincas, o que aumenta a resistência à fadiga 
desse material.
Tempo em segundos
Cur
va 
de 
iníc
io 
de 
tra
nsf
orm
açã
o
Curva
 de fi
m de
 
trans
form
ação
Posição 1
Posição 2
Posição 3
Posição 4
Linha A1
Campo da austenita
Martensita Martensita revenida
Revenida
A1
ºC
440
260
Produto final: martensita revenida
FIM DO PROCESSO 
Mi
Mf
Fonte: CHIAVERINI, 2008. (Adaptado).
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A vantagem de martemperar à temperatura baixa re-
side no gradiente térmico reduzido entre a superfície 
e o centro, à medida que a peça é temperada até a 
temperatura isotérmica e, em seguida, resfriada a ar até 
a temperatura ambiente. As tensões residuais desenvolvi-
das durante esse tratamento térmico são menores do que as desen-
volvidas durante a têmpera convencional, porque as maiores variações 
térmicas ocorrem enquanto o aço está na condição austenítica relativamente 
plástica, além da transformação fi nal e as mudanças térmicas ocorrerem em 
toda peça aproximadamente ao mesmo tempo. A martêmpera também reduz 
ou elimina a suscetibilidade a rachaduras.
Outro detalhe é a possibilidade da martêmpera em sal fundido. Com isso, 
pode-se controlar melhor a cementação ou descarbonetação da superfície. 
Quando o banho de austenitização é em sal neutro, controlado pela adição de 
gás metano ou retifi cadores proprietários para manter sua neutralidade, as 
peças são protegidas com um revestimento residual deste sal até imersão no 
banho fi nal de resfriamento.
Assim, sendo a martensita uma estrutura cristalina de alta resistência, ela 
tem características de fragilidade, por isso a indicação de um processo de re-
venido após a martêmpera. Esse processo prevê o aquecimento do aço a uma 
temperatura abaixo da temperatura de transformação eutetoide (o cotovelo da 
curva TTT do aço em questão). Nesse ponto, a temperatura é estabilizada por 
certo tempo para ser resfriada. Com isso, é reduzida a fragilidade da marten-
sita, o que reduz, também, um pouco da resistência do material, mas com um 
ganho considerável de ductilidade.
Tratamentos termomecânicos
Nos últimos anos, tem havido mais interesse na interdependência das opera-
ções de trabalho a quente e tratamento térmico. Em muitas aplicações críticas, 
as propriedades fi nais desejadas não são atingíveis por tratamento térmico se 
a operação de trabalho a quente não tiver sido realizada sob temperatura con-
trolada e parâmetros de deformação. Isso requer um estudo conhecido como 
processamento termomecânico.
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Os tratamentos termomecânicos envolvem a aplicação simultânea de varia-
ção de temperatura e deformações em ligas metálicas, com a fi nalidade de mu-
dar sua forma e, fi nalmente, refi nar sua microestrutura em prol de melhores 
propriedades. A deformação em processos produtivos para essa fi nalidade é a 
laminação a quente, visto que o processo é capaz de lidar com grandes quan-
tidades de aço e ainda pode ser submetido a controle e automação precisos.
Toneladas de materiais passam por um forno de retenção e são introduzi-
dos na sequência de rolos de laminação a temperaturas que costumam variar 
de 1200 a 1300 °C. Eles são progressivamente laminados em uma variedade de 
formas, dependendo da programação. Essa deformação a quente leva a uma 
quebra da microestrutura grosseira original, que existe no estado fundido por 
recristalização repetida do aço enquanto na condição austenítica, ao mesmo 
tempo reduzindo gradualmente à escala de comprimento e magnitude de qual-
quer segregação química. Quaisquer inclusões não metálicas, isto é, óxidos, 
sulfuretos e silicatos, são quebradas. Algumas são deformadas e distribuídas 
por todo o aço de uma maneira mais refi nada e uniforme.
A laminação a quente não se limita à produção apenas de chapas regulares. 
Com o projeto apropriado de rolo e sequência de rolamento, ela pode ser aplicada 
para fazer hastes, trilhos, vigas para construção de infraestruturas, entre outros.
EXPLICANDO
Atualmente, o processo de laminação a quente é uma operação refi nada 
em que mais de um bilhão de toneladas de aço são produzidas anualmente 
usando matrizes automatizadas de equipamentos, o que resulta em níveis 
impressionantes de produtividade e repetibilidade. As composições dos 
aços de baixa liga são escolhidas cuidadosamente para fornecer ótimas 
propriedades mecânicas quando a deformação a quente e o resfriamento 
subsequente estiverem completos.
Comportamento mecânico das ligas de aço
O tratamento termomecânico de ligas de aço está diretamente relacionado com 
os comportamentos mecânicos que um metal deverá ter para suprir às necessida-
des defi nidas pelo engenheiro de projetos. Para isso, é fundamental o perfeito en-
tendimento dos mecanismos de formações microestruturais e da interrelação disso 
com os tempos e temperaturas que defi nem o diagrama TTT do material específi co.
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As características mecânicas das ligas ferro-carbono estão diretamente re-
lacionadas com suas microestruturas cristalinas, que podem ser controladas 
por meio de tratamentos térmicos e processamentos termomecânicos. O com-
portamento dos componentes cristalinos mais frequentemente encontrado 
nas ligas de aço é:
• Perlita: aumentando o percentual de cementita, aumentar-se-á, por con-
seguinte, a resistência do material, ou seja, seus limites de escoamento e de 
resistência à tração serão mais altos. Isso se dá pela dureza da perlita, contudo, 
há sempre um preço a se pagar: se a resistência aumenta, a fragilidade tam-
bém aumenta, afinal, a cementita é mais frágil que a ferrita. Lembrando que 
fragilidade é sinônimo de baixa ductilidade, isto é, baixa capacidade de defor-
mação elástica e plástica antes de se romper;
• Cementita global: aquecendo uma liga de aço até uma temperatura logo 
abaixo da eutetoide (o “cotovelo” da curva TTT) e mantendo nessa temperatu-
ra por longo período, a cementita se transforma de lamelar para uma forma 
próxima a uma esfera, chamada cementita global. Essa transformação deixa o 
aço mais dúctil e, em contrapartida, menos resistente. É um tipo de tratamen-
to bastante comum em chapas ou barras de aço que deverão ser dobradas e 
conformadas. Após essas conformações, a peça final pode passar por outros 
tratamentos que aumentam sua resistência e dureza novamente;
• Bainita: sendo uma estrutura cristalina mais refinada em relação à perlita 
(ferrita e cementita), o aço adquire uma característica de maior resistência;
• Martensita: de todas as formas cristalinas do aço, essa é a estrutura mais 
resistente que pode ser obtida por meio de tratamentos térmicos e termome-