O que é têmpera na metalurgia?

O que é têmpera?

A têmpera é um processo do tratamento térmico usado na metalurgia para melhorar a resistência, a dureza e a durabilidade de aços e outras ligas metálicas. Consiste basicamente no aquecimento do metal a uma temperatura elevada (normalmente entre 800 °C e 900 °C, dependendo do tipo de aço), o que provoca uma transformação da estrutura cristalina do aço (formação de austenita), e em seguida resfriá-los rapidamente, geralmente em água, óleo ou outro meio de resfriamento rápido.

Objetivo da têmpera

O principal objetivo da têmpera é transformar a estrutura do aço de austenita em martensita, que é uma fase muito dura e frágil. Isso melhora significativamente a dureza, a resistência ao desgaste e, em alguns casos, a resistência à tração do material.

Como funciona o processo de têmpera: o que acontece “por dentro” do metal

Desde o estado inicial até o pós-tratamento (revenimento), o aço passa por várias transformações microestruturais que influenciam na dureza final do aço. Entenda como funciona esse processo:

1. Antes da têmpera: aço recozido ou normalizado

Aqui, o aço ainda não passou por tratamento térmico intensivo. Sua estrutura é uma combinação de ferrita (muito dúctil e macia) e perlita (mais resistente), que confere ao material uma dureza relativamente baixa.

Dureza típica: Aço 1045 recozido: ~170 HB (~10–20 HRC)

2. Aquecimento: formação de austenita

Quando o aço é aquecido à temperatura de austenitização, sua estrutura se transforma em austenita, que é uma fase estável apenas em altas temperaturas. A austenita não é dura, mas é a fase-chave para formar martensita depois.

3. Resfriamento rápido: formação de martensita

Após o aquecimento, o aço é resfriado rapidamente (têmpera), formando a martensita, que é extremamente dura, mas também frágil. Esse é o ponto de máxima dureza do material.

Dureza típica:

• Aço 1045 temperado: ~55 HRC
• Aço 1095 temperado: até ~66 HRC

4. Pós-têmpera: revenimento (opcional)

Para reduzir a fragilidade da martensita e aumentar sua tenacidade, realiza-se o revenimento, um reaquecimento a temperaturas mais baixas. A estrutura resultante é chamada de martensita revenida.

Dureza ajustada:

• Por exemplo, de 62 HRC (temperado) → 52 HRC (revenido a 500 °C)

Comparativo de dureza por estrutura (aproximado):

Estrutura	Descrição	Dureza (HRC)
Ferrita pura	Muito dúctil e macia	<10
Perlita	Lamelar, um pouco mais dura	~15–25
Austenita	Instável à temperatura ambiente	Não mensurável
Martensita	Muito dura, frágil	55–66
Martensita revenida	Boa dureza + tenacidade	40–60

Importância e vantagens da têmpera

A têmpera garante metais mais duros e resistentes ao desgaste e melhora sua tenacidade reduzindo a fragilidade do material. Com isso, é possível prolongar a vida útil dos componentes e reduzir os custos de manutenção dos equipamentos.

Um metal temperado é mais adequado para suportar altos níveis de estresse, impacto ou desgaste, aumentando a confiabilidade da operação.

Conheça outros tipos de tratamentos térmicos.

Tipos de têmperas

Existem diversos tipos de têmpera, que variam principalmente quanto ao meio de resfriamento e à velocidade com que ele retira o calor da peça. A escolha do tipo de têmpera depende do tipo de aço, das dimensões da peça e das propriedades desejadas.

Têmpera direta (convencional)

Nesse processo, a peça é aquecida até a temperatura de austenitização e, em seguida, resfriada rapidamente em um meio apropriado, como água, óleo ou ar forçado.

Meios de resfriamento comuns:

• Água: proporciona um resfriamento muito rápido, ideal para aços com baixa temperabilidade.
• Óleo: resfriamento moderado, reduz o risco de trincas e deformações.
• Ar forçado: usado em aços com alta temperabilidade.

Vantagens: processo simples, amplamente utilizado e eficaz.

Desvantagens: risco de trincas, empenamentos e tensões internas, especialmente em peças de grande porte ou geometrias complexas.

Têmpera em banho de sal ou chumbo (isotérmica)

Após o aquecimento, a peça é resfriada até uma temperatura intermediária controlada (250 °C a 400 °C) em um banho de sal fundido ou chumbo. Ela é mantida nessa temperatura até ocorrer a transformação para bainita.

O objetivo é obter uma microestrutura bainítica, que combina boa resistência com alta tenacidade.

Vantagens: menor risco de trincas e distorções, ideal para peças com seções variáveis.

Martêmpera

Semelhante à isotérmica, a peça é resfriada em um meio (como sal fundido) até que a temperatura se iguale em toda a sua seção, mas sem formar martensita de imediato. Depois, é resfriada ao ar para completar a transformação.

O objetivo é formar uma martensita mais uniforme, reduzindo tensões internas e o risco de deformações.

Ideal para: peças espessas ou com geometrias complexas, onde o resfriamento uniforme é essencial.

Têmpera superficial

Neste método, apenas a superfície da peça é aquecida e rapidamente resfriada, promovendo o endurecimento da camada externa, enquanto o núcleo mantém sua ductilidade.

Principais métodos de aquecimento:

• Indução: utiliza corrente elétrica de alta frequência.
• Chama: aquecimento localizado com maçarico.

Vantagens: alta resistência ao desgaste na superfície, mantendo o núcleo tenaz.

Aplicações típicas: engrenagens, eixos, trilhos e peças sujeitas a atrito constante.

Têmpera por laser ou feixe de elétrons

Esse processo utiliza um feixe concentrado de laser ou elétrons para aquecer rapidamente áreas específicas da peça, seguido por um resfriamento imediato.

Vantagens: altíssima precisão, mínima deformação e aplicação localizada do tratamento.

Indicado para: componentes de alto desempenho ou peças com requisitos rigorosos de endurecimento seletivo.

Materiais que podem passar pelo processo de têmpera

Nem todos os tipos de metais podem ser temperados com sucesso, esse tratamento térmico é mais eficaz em materiais que têm capacidade de formar martensita, principalmente aços com teores adequados de carbono.

Abaixo estão os principais materiais que podem ser temperados:

Aços carbono

Os aços carbono são os materiais mais utilizados no processo de têmpera. Para que ocorra a formação eficaz da martensita (estrutura responsável pela dureza), é necessário um teor mínimo de carbono em torno de 0,3%.

Exemplos comuns:

• Aço 1045 – 0,45% de carbono
• Aço 1060 – 0,60% de carbono
• Aço 1095 – 0,95% de carbono

Aplicações típicas: eixos, molas, ferramentas manuais, facas e lâminas.

Aços liga

Os aços-liga contêm elementos como cromo (Cr), níquel (Ni), molibdênio (Mo) e manganês (Mn), que melhoram a capacidade de endurecimento mesmo em peças com seções maiores.

Exemplos comuns:

• SAE 4140 (Cr-Mo): ideal para peças grandes com boa resistência.
• SAE 4340 (Ni-Cr-Mo): muito usado em eixos e engrenagens pesadas.
• AISI D2, O1, H13: aços ferramenta aplicados em matrizes e moldes.

Vantagem: permitem têmpera com menor risco de trincas e melhor controle da dureza.

Ferros fundidos modificados

Alguns ferros fundidos maleáveis ou nodulares podem passar por têmpera para aumentar dureza superficial, embora não formem martensita da mesma forma que os aços.

Exemplo:

• ADI (Austempered Ductile Iron): ferro nodular tratado termicamente para atingir resistência elevada e boa tenacidade.

Indicação: aplicações que exigem resistência ao impacto e à fadiga, com alguma maleabilidade.

Ligas não ferrosas

De modo geral, a têmpera martensítica tradicional não é aplicável a ligas não ferrosas, mas alguns materiais podem passar por tratamentos similares, embora o termo "têmpera" seja usado de maneira diferente:

Exemplos de tratamentos aplicáveis:

• Alumínio (e ligas): tratamento térmico com solubilização, têmpera e envelhecimento (Não forma martensita, mas sim endurecimento por precipitação).
• Titânio: algumas ligas podem passar por tratamentos de endurecimento, mas não por têmpera clássica.
• Cobre e ligas (latão, bronze): endurecimento por precipitação.

Quem pode ser temperado "de verdade" (com martensita)?

Material	Pode ser temperado?	Notas
Aços carbono > 0,3% C	Sim	Quanto mais carbono, maior a dureza obtida.
Aços-liga	Sim	Melhor controle de têmpera em peças grandes.
Ferros fundidos nodulares	Parcialmente	Requer têmpera especial (como austêmpera).
Alumínio	Tratamento diferente	Não forma martensita.
Titânio	Tratamento específico	Têmpera em sentido amplo.
Cobre e ligas	Não	Usa-se outro tipo de tratamento térmico.

 

Por que nem todos os metais podem ser temperados?

Nem todos os metais podem ser temperados porque a têmpera depende de transformações estruturais específicas que nem todos os metais conseguem realizar. O processo clássico de têmpera envolve a formação de martensita, uma fase dura e metaestável que ocorre principalmente nos aços com teor suficiente de carbono.

Entenda os motivos pelos quais nem todos os metais podem ser temperados:

• Ausência de transformações de fase adequadas: Metais como alumínio, cobre, titânio e magnésio não formam austenita e nem martensita, então não passam pela transformação.
• Teor de carbono insuficiente (em aços): Mesmo entre os aços, a têmpera só é eficaz quando o teor de carbono é de aproximadamente 0,3% ou mais. Aços com baixo carbono (como o aço doce, com ~0,1% C) não conseguem formar martensita suficiente para endurecer significativamente.
• Alto risco de trincas ou deformações: Metais com baixa resistência térmica ou com estrutura granular grosseira podem trincar ou deformar durante o resfriamento rápido da têmpera.

Por isso, a têmpera clássica é restrita aos aços e a alguns ferros fundidos modificados. Outros metais precisam de tratamentos térmicos específicos adaptados às suas estruturas e propriedades.

Avaliando a dureza do material após o processo de têmpera

A medição da dureza do material permite identificar se ele atingiu as propriedades mecânicas desejadas. A dureza indica o quanto o material resiste à deformação permanente (especialmente ao risco e ao desgaste). Essa medição é feita por meios de ensaios específicos:

Método de dureza	Aplicação típica	Unidade	Características
Rockwell (HRC)	Aços temperados	HRC (escala C)	Método mais comum para medir dureza alta
Brinell (HB)	Materiais menos duros ou homogêneos	HB	Usa esfera de aço; bom para aços recozidos
Vickers (HV)	Superfícies pequenas e camadas finas	HV	Alta precisão, ideal para microdureza
Microdureza (Knoop ou Vickers)	Camadas finas (ex: têmpera superficial)	HK ou HV	Medições em seções transversais polidas

 

Interpretação da dureza após a têmpera

A dureza de um aço temperado depende diretamente do teor de carbono presente em sua estrutura:

Teor de carbono (%)	Dureza máxima esperada após têmpera (HRC)
0,2	~35 HRC
0,4	~45 HRC
0,6	~55 HRC
0,8 – 1,0	~62–66 HRC

Acima de 66 HRC, o material se torna muito frágil para a maioria das aplicações.

Verificação da profundidade da têmpera

Para peças grandes ou que passaram por têmpera superficial, pode ser necessário medir a dureza em diferentes profundidades, geralmente em uma seção polida.

Os principais métodos para essa medição são:

• Microdureza Vickers em cortes transversais.
• Mapeamento de dureza em função da profundidade (curvas de dureza).

Dureza antes e depois do revenimento

Logo após a têmpera, a dureza está no máximo, mas o material pode estar muito frágil. Por isso, é aplicado revenimento para reduzir a dureza e aumentar a tenacidade. A dureza final ideal depende da aplicação:

• Ferramentas de corte: ~60–65 HRC
• Engrenagens e eixos: ~45–55 HRC
• Molde ou matriz de conformação: ~50–60 HRC

Exemplo prático

Considere a têmpera de um aço SAE 4340 com 0,4% C. Após a têmpera e antes do revenimento, espera-se uma dureza ~55 HRC se o processo for eficaz. Se a dureza for muito menor do que isso (ex: 30 HRC), pode indicar:

• Têmpera insuficiente (resfriamento lento)
• Temperabilidade insuficiente para a espessura
• Erro de temperatura

Porque a temperatura aumenta a dureza?

Na verdade, a temperatura sozinha não aumenta a dureza de um material, o que aumenta realmente a dureza é o efeito do resfriamento rápido (têmpera) após o aquecimento a altas temperaturas.

Os metais possuem uma estrutura cristalina, ou seja, seus átomos estão organizados em padrões específicos. Quando um metal é aquecido a altas temperaturas, essa estrutura se altera e, o resfriamento rápido trava essa nova estrutura em um estado duro e metaestável.

Entenda o processo:

Durante o aquecimento até a chamada temperatura de austenitização (geralmente entre 800 °C e 900 °C), a estrutura do aço muda de ferrita/perlita para austenita. Essa estrutura é mais “maleável” e permite a redistribuição do carbono dentro do metal.

Se o aço for resfriado rapidamente, os átomos de carbono não conseguem se reorganizar calmamente. O resultado é a formação da martensita, que tem uma estrutura distorsiva e trincada, muito dura e rígida, mas frágil. É essa martensita que aumenta a dureza do aço.

Tratamento térmico com a Zanini Renk

A Zanini Renk oferece uma ampla gama de tratamentos térmicos para aumentar a durabilidade dos metais, garantindo componentes de alta performance para maquinários industriais. Contamos com o maior forno de cementação do Brasil e um laboratório especializado, onde realizamos ensaios metalográficos detalhados, assegurando o mais alto padrão de qualidade em cada peça produzida.

Conheça nosso tratamento térmico.