Revenimento do aço: o que é, temperatura, curva de dureza e fragilidade do revenido

Revenimento é o reaquecimento do aço temperado a uma temperatura abaixo da crítica, em geral entre 150 e 650 °C, seguido de manutenção e resfriamento, para trocar parte da dureza da martensita por tenacidade e aliviar as tensões deixadas pela têmpera. Quanto mais alta a temperatura, menor a dureza e maior a ductilidade: o aço 4140 temperado em óleo tem cerca de 57 HRC, fica com 54,5 HRC revenido a 200 °C e com 31 HRC revenido a 650 °C (ficha Lucefin do 42CrMo4, barra de 10 mm).

O artigo segue a ordem do processo: o que muda na martensita, as faixas de temperatura e de tempo, a curva de dureza e de energia de impacto do 4140, o parâmetro de Hollomon-Jaffe, as duas faixas de fragilidade, as cores de revenido e os ensaios que conferem o resultado, com exercícios resolvidos no fim.

O que é revenimento

O revenimento só existe depois da têmpera. Na têmpera, o aço é aquecido até virar austenita, a fase de alta temperatura que dissolve o carbono, e resfriado tão depressa que o carbono não tem tempo de sair da rede cristalina. O resultado é a martensita, uma fase supersaturada de carbono, com a rede distorcida em forma tetragonal. Ela é a fase mais dura que o aço pode ter, mas é frágil e sai da têmpera cheia de tensões internas, porque se forma com aumento de volume. Uma parte da austenita pode não se transformar e ficar na peça como austenita retida, instável.

Uma peça nesse estado quebra com facilidade e pode trincar sozinha na prateleira. O revenimento resolve isso aquecendo a peça abaixo da temperatura crítica inferior, a Ac1, em que a austenita começa a se formar (cerca de 745 °C no 4140, pela ficha Lucefin). Nessa faixa não se forma austenita nova: o carbono preso na martensita ganha mobilidade, precipita como carbonetos e alivia as tensões. A dureza cai e a tenacidade sobe, e a temperatura escolhida define até onde vai essa troca.

Por isso o revenimento não pode esperar. Herring (Gear Solutions, "Getting back to basics with tempering") registra que as peças vão ao forno de revenimento, em geral, 60 a 90 minutos depois da têmpera; quando isso não é possível, faz-se um revenimento curto de segurança, a 121 °C por 2 horas por polegada de espessura, antes do revenimento definitivo. O nome em Portugal é "revenido", termo que no Brasil também designa o aço tratado ("aço temperado e revenido"). Em inglês, o processo é tempering, e o aço é quenched and tempered.

Têmpera seguida de revenimento alto, perto de 500 a 650 °C, recebe o nome de beneficiamento: é o estado de fornecimento de eixos, engrenagens e parafusos de aço de médio carbono e baixa liga, como o 1045, o 4140 e o 4340. O ciclo completo, com a austenitização, os meios de têmpera e a comparação entre as duas etapas, está no artigo da têmpera do aço. A visão de conjunto dos processos está em tratamento térmico dos metais.

O que acontece na martensita durante o revenimento

O revenimento não é uma transformação única: conforme a temperatura sobe, a martensita passa por estágios sucessivos, que Krauss (Steels: Processing, Structure, and Performance, ASM) descreve assim. As faixas se sobrepõem e dependem do teor de carbono e dos elementos de liga.

Estágio	Faixa aproximada	O que ocorre
I	100 a 250 °C	o carbono se agrupa e precipita como carbonetos de transição (ε ou η); a martensita perde parte da distorção tetragonal
II	200 a 300 °C	a austenita retida se decompõe em ferrita e cementita
III	250 a 350 °C	a cementita (Fe3C) substitui os carbonetos de transição; a martensita vira ferrita com cementita
IV	acima de cerca de 350 °C	a cementita coalesce e se esferoidiza; a ferrita se recupera e recristaliza; em aços com Cr, Mo, V e W formam-se carbonetos de liga

A leitura prática é a de Herring: até cerca de 200 °C a dureza quase não cai e o ganho é o alívio de tensões; entre 200 e 400 °C a cementita precipita e a austenita retida se transforma; acima de 400 °C a cementita engrossa, a dureza e a resistência caem depressa e a tenacidade sobe de forma marcante.

O último estágio tem uma exceção importante. Nos aços com muito cromo, molibdênio, vanádio ou tungstênio, como os aços-ferramenta e os aços rápidos, os carbonetos de liga que precipitam em temperatura alta, em geral 500 °C ou mais, são finos e numerosos, e a dureza volta a subir num intervalo de temperatura. Esse fenômeno é o endurecimento secundário, e é por causa dele que esses aços são revenidos em temperatura alta sem perder a dureza de trabalho.

Qual a temperatura de revenimento

A temperatura de revenimento se escolhe pela dureza final exigida, e na prática se agrupa em três faixas. Os limites variam entre autores (a Metal Paulista usa 150 a 250, 300 a 450 e 500 a 700 °C; a Wikipédia dá 150 a 600 °C como faixa geral), então devem ser lidos como aproximados. A tabela resume o que cada faixa entrega:

Faixa	Temperatura	Resultado	Aplicações típicas
Baixa	150 a 250 °C	dureza quase mantida, alívio de tensões	ferramentas de corte, rolamentos, peças cementadas
Média	250 a 450 °C	compromisso entre dureza e tenacidade; exige atenção à fragilidade	molas, algumas ferramentas de impacto
Alta	500 a 650 °C	dureza baixa, maior tenacidade (beneficiamento)	eixos, engrenagens, parafusos de alta resistência

O revenimento baixo é o das peças que precisam de dureza máxima na superfície. Na cementação, por exemplo, o aço 8620 cementado a 925 °C, temperado em óleo e revenido a 230 °C fica com 61 HRC na superfície (tabela da Açovisa). O revenimento alto é o do beneficiamento, e o limite de cima é a Ac1: passar dela forma austenita de novo, e a peça deixaria de estar revenida.

Tempo de patamar e resfriamento

A regra prática de Herring é manter a peça 1 hora por 25 mm de espessura, contada depois que o núcleo atinge a temperatura, com mínimo de 1 hora; a Wikipédia dá 1 a 3 horas como faixa usual. O tempo pesa bem menos que a temperatura, como mostra o parâmetro de Hollomon-Jaffe mais adiante. O resfriamento é em geral ao ar. Nos aços sensíveis à fragilidade ao revenido, explicada adiante, o resfriamento depois de um revenimento alto deve ser rápido, para a peça não permanecer na faixa perigosa.

Revenimento duplo e triplo em aços-ferramenta

Nos aços-ferramenta de alta liga, como o D2 e o H13, a têmpera deixa bastante austenita retida. Durante o resfriamento do primeiro revenimento, essa austenita vira martensita nova, que ainda não foi revenida e é frágil. Um segundo revenimento trata essa martensita; em alguns aços se faz um terceiro. Herring indica o segundo ciclo, em geral, cerca de 10 °C abaixo do primeiro. As durezas de partida são altas: cerca de 63 HRC no D2 e 54 HRC no H13 temperados (fichas thyssenkrupp). A temperatura e o número de ciclos saem da ficha do fabricante, que também aponta faixas a evitar: a Villares Metals recomenda não revenir o H13 entre 450 e 540 °C, por perda excessiva de tenacidade.

Curva de dureza e tenacidade do aço 4140 revenido

A melhor forma de escolher a temperatura é pela curva de revenimento do próprio aço, que o fabricante publica. Para o 4140 (42CrMo4 na designação europeia), a ficha da Lucefin dá as propriedades de uma barra de 10 mm de diâmetro temperada em óleo a 850 °C e revenida de 100 a 700 °C. O gráfico abaixo mostra duas dessas grandezas: a dureza Rockwell C e a energia de impacto Charpy KV, que mede a tenacidade ao entalhe. As faixas coloridas são as de fragilidade de Herring, tratadas na seção seguinte.

A dureza cai de forma contínua, de 57 HRC a 100 °C até 27 HRC a 700 °C, com a queda mais rápida acima de 500 °C. A energia de impacto conta outra história: fica parada em 26 a 27 J entre 250 e 450 °C e só sobe a partir de 500 °C, chegando a 75 J a 600 °C e a 135 J a 700 °C. Entre 250 e 450 °C o aço perde dureza e não ganha tenacidade, que é exatamente a assinatura das faixas de fragilidade. A tabela traz os 13 pontos da ficha:

Revenimento (°C)	Dureza (HRC)	Rm (MPa)	KV (J)
100	57	2.200	24
150	56,5	2.180	27
200	54,5	2.030	28
250	52,5	1.910	27
300	51	1.800	26
350	49	1.700	26
400	47	1.590	26
450	45	1.480	27
500	42	1.350	31
550	39	1.220	42
600	36	1.100	75
650	31	980	114
700	27	880	135

A resistência mecânica segue a dureza. O gráfico abaixo, com os mesmos dados da Lucefin, mostra que a resistência à tração R_m cai de 2.200 para 880 MPa, o limite de escoamento R_p0,2 tem um máximo de 1.620 MPa a 200 °C antes de cair para 710 MPa a 700 °C, e o alongamento sobe de 7 % para 21,5 %. É a troca de resistência por ductilidade que define o revenimento.

Esses números valem para a barra de 10 mm. Numa peça grossa o núcleo não chega a ficar todo martensítico na têmpera e, depois do revenimento, a dureza e a resistência ficam abaixo das da tabela. É por isso que outras compilações dão valores diferentes para o mesmo aço: o ASM Handbook, citado pela UTEC e usado no artigo sobre dureza dos materiais, dá 52 a 54 HRC a 205 °C e 26 a 30 HRC a 650 °C. A tabela de Callister (apêndice B), para o 4140 temperado em óleo e revenido a 315 °C, dá 1.570 MPa de escoamento e 1.720 MPa de R_m, coerente com a curva da Lucefin nessa temperatura. A curva serve para escolher a temperatura; a dureza de cada lote se confirma na peça.

Parâmetro de Hollomon-Jaffe: tempo e temperatura

Temperatura e tempo agem juntos no revenimento: um revenimento curto numa temperatura mais alta dá a mesma dureza que um revenimento longo numa temperatura mais baixa. Hollomon e Jaffe (Transactions AIME, v. 162, 1945) reuniram os dois num único número:

• P = T · (C + log t), com T em kelvin, t em horas e log na base 10;
• C é uma constante do aço, que diminui com o teor de carbono: cerca de 19,5 nos aços com 0,25 a 0,4 % de carbono e cerca de 15 nos aços-ferramenta com 0,9 a 1,2 %; na prática usa-se muitas vezes C = 20;
• o mesmo P dá, para um mesmo aço, aproximadamente a mesma dureza revenida.

Como o tempo entra em logaritmo, ele pesa muito menos que a temperatura. Um exemplo com C = 20: um lote revenido a 540 °C por 2 h tem P = 813,15 × (20 + 0,301) = 16.508. Para repetir esse P a 565 °C (838,15 K), 20 + log t = 16.508 / 838,15 = 19,696, log t = −0,304 e t = 0,50 h. Trinta minutos a 565 °C equivalem a duas horas a 540 °C: 25 °C a mais valem quatro vezes menos tempo. O parâmetro é uma aproximação: não vale sem calibração nos aços com endurecimento secundário, e a constante C precisa ser a do aço em questão.

Fragilidade no revenimento

A curva do 4140 mostrou que revenir mais quente nem sempre dá mais tenacidade. Há duas faixas de temperatura em que o aço revenido fica frágil, por mecanismos diferentes. Muitos textos em português chamam as duas de "fragilidade do revenido", mas elas têm causas, faixas e remédios distintos.

Fragilidade da martensita revenida

A fragilidade da martensita revenida, conhecida em inglês como tempered martensite embrittlement (TME) ou "fragilidade a 350 °C", ocorre com revenimento entre cerca de 250 e 400 °C (Herring, "Embrittlement of Steel", Industrial Heating). Nessa faixa, a austenita retida se decompõe e a cementita precipita em filmes finos nos contornos dos cristais de martensita e dos grãos, caminhos por onde a trinca passa com pouca energia. O efeito é irreversível: a peça revenida nessa faixa precisa ser temperada de novo. A regra é não revenir nela peças sujeitas a impacto; para o 4340, a GGD Metals recomenda não revenir entre 230 e 370 °C.

Fragilidade ao revenido

A fragilidade ao revenido (temper embrittlement, TE) aparece quando o aço é mantido ou resfriado lentamente entre cerca de 375 e 575 °C (Herring). A causa é a segregação de impurezas, principalmente fósforo, antimônio, estanho e arsênio, para os contornos dos grãos austeníticos anteriores, que passam a romper de forma intergranular. Cromo, níquel e manganês intensificam o efeito. Ao contrário da primeira, ela é reversível: revenir de novo acima de 575 °C e resfriar rápido devolve a tenacidade. A Total Materia registra ainda que 0,2 a 0,3 % de molibdênio atenua a fragilidade ao revenido, e que teores maiores voltam a piorá-la. A tabela compara as duas:

Característica	Martensita revenida (TME)	Fragilidade ao revenido (TE)
Faixa (Herring)	cerca de 250 a 400 °C	cerca de 375 a 575 °C
Causa	filmes de cementita nos contornos	P, Sb, Sn e As segregados nos contornos
Reversível?	não	sim: revenir acima de 575 °C e resfriar rápido
Prevenção	não revenir na faixa peças sob impacto	aço limpo, resfriamento rápido, Mo de 0,2 a 0,3 %
Como aparece no ensaio	queda da energia Charpy à temperatura ambiente	aumento da temperatura de transição dúctil-frágil

Nenhuma das duas aparece no durômetro: a dureza sai dentro da especificação e a peça está frágil. Quem as revela é o ensaio de impacto Charpy. A fragilidade da martensita revenida se vê como energia baixa à temperatura ambiente, como os 26 J do 4140 entre 300 e 400 °C. A fragilidade ao revenido se vê melhor na curva de energia em função da temperatura de ensaio, que se desloca para a direita: a temperatura de transição dúctil-frágil sobe. O conceito de energia absorvida está no artigo sobre tenacidade.

Cores de revenido

Uma superfície de aço limpa e lixada, aquecida ao ar, cobre-se de uma película muito fina de óxido cuja espessura cresce com a temperatura. A luz refletida nas duas faces da película produz cores de interferência, e os ferreiros e ferramenteiros usavam essas cores para saber quando parar o aquecimento. Na foto, seis talhadeiras de aço temperado revenidas em temperaturas diferentes: a película vai do amarelo-palha, perto de 205 °C, ao azul-claro, perto de 340 °C, passando pelo marrom e pelo roxo, e por isso as cores serviam de termômetro na oficina.

A tabela tradicional, reproduzida pela Wikipédia em inglês ("Tempering (metallurgy)"), associa cada cor a uma temperatura e a um uso de oficina:

Cor	Temperatura	Uso tradicional
Amarelo-claro	176 °C	buris, navalhas, raspadores
Palha-claro	205 °C	brocas de rocha, alargadores, serras para metal
Palha-escuro	226 °C	riscadores, lâminas de plaina
Marrom	260 °C	machos, cossinetes, brocas, martelos, talhadeiras
Roxo	282 °C	instrumentos cirúrgicos, punções
Azul-escuro	310 °C	chaves de fenda e de boca
Azul-claro	337 °C	molas, serras para madeira
Cinza-azulado	371 °C ou mais	aço estrutural

A cor é um indicador grosseiro. Ela depende também do tempo de aquecimento, do acabamento e da atmosfera, e um forno com atmosfera protetora ou a vácuo não produz cor nenhuma. Serve na forja e na afiação; em produção, o controle é feito com termopar no forno e com ensaio de dureza na peça.

Revenimento e recozimento: a diferença

Os dois reaquecem o aço, mas em pontos opostos do processo. O revenimento vem sempre depois da têmpera, fica abaixo da Ac1 e ajusta a dureza da martensita. O recozimento pleno aquece o aço acima da temperatura crítica, forma austenita e resfria devagar dentro do forno, para amolecer o material antes da usinagem ou da conformação. A normalização também austenitiza, mas resfria ao ar; a comparação entre recozimento, normalização e têmpera está no artigo da normalização.

Como conferir o revenimento: dureza, impacto, tração e metalografia

O revenimento se especifica pelo resultado, por exemplo "4140 temperado e revenido, 28 a 32 HRC", e se aceita por ensaio. São quatro verificações, da mais rápida à mais completa.

• Dureza: é o controle de todo lote. Mede-se em Rockwell C (ISO 6508-1 ou ASTM E18) na peça ou num corpo de prova testemunha que passou pelo forno junto, e compara-se com a faixa especificada. O procedimento está no artigo ensaio de dureza, que também traz o perfil de microdureza usado nas peças cementadas.
• Impacto Charpy: é o único dos quatro que revela as duas fragilidades, porque a dureza pode estar certa e a peça frágil. Para peças sujeitas a choque, a especificação traz a energia mínima e a temperatura de ensaio.
• Tração: dá R_m, R_p0,2 e alongamento, os valores de projeto. Um corpo de prova usinado da peça ou do testemunho é ensaiado numa máquina universal com extensômetro, conforme a ISO 6892-1 ou a ASTM E8/E8M, e o resultado se compara com a curva do aço, como no exercício 4.
• Metalografia: mostra a martensita revenida, os carbonetos, a eventual austenita retida e a descarbonetação da superfície. A amostra passa pela cortadeira metalográfica, pela politriz metalográfica e pelo microscópio metalográfico.

No ensaio de tração, a capacidade da máquina se escolhe pela força máxima prevista, e o aço revenido baixo pede força alta: um corpo de prova de 10 mm de diâmetro de 4140 revenido a 200 °C, com R_m de 2.030 MPa, rompe perto de 160 kN. A máquina universal de ensaios Biopdi da linha M2 é eletromecânica, vai de 200 N a 1.000 kN e traz células de carga classe 1 e extensômetros. Para aços beneficiados, o modelo de coluna dupla de 100 a 200 kN (MBIOII-200-M2) cobre a maior parte dos corpos de prova, e o software BioLab traça o diagrama tensão-deformação e calcula R_p0,2, R_m e alongamento no relatório. A máquina atende à NR-10 e à NR-12, com botão de emergência no painel e parada automática por perda de comunicação.

Exercícios resolvidos

Os exercícios usam os dados da Lucefin para o 4140 e as regras apresentadas nas seções anteriores.

Exercício 1: temperatura para 40 HRC num eixo de 4140

Um eixo de 4140, temperado em óleo, precisa de 40 HRC. Qual temperatura de revenimento usar, e que cuidado tomar?

1. Na tabela, 500 °C dá 42 HRC e 550 °C dá 39 HRC; 40 HRC fica entre as duas.
2. Interpolando: T = 500 + (42 − 40) / (42 − 39) × 50 = 500 + 33 = cerca de 530 °C.
3. Risco: 530 °C está acima da fragilidade da martensita revenida, mas dentro da faixa de fragilidade ao revenido (375 a 575 °C). O resfriamento depois do patamar deve ser rápido, e a energia de impacto deve ser conferida se o eixo sofre choque. Pela ficha, a 550 °C a energia já é de 42 J, contra 26 J a 400 °C.
4. Os dados são de barra de 10 mm. Num eixo mais grosso a dureza sai menor na mesma temperatura, então a temperatura final se ajusta com a dureza medida no primeiro lote.

Exercício 2: tempo de patamar

Qual o tempo de patamar de um eixo de 4140 com 75 mm de diâmetro?

1. Regra de Herring: 1 h por 25 mm de espessura.
2. t = 75 / 25 × 1 h = 3 h, contadas depois que o núcleo atinge a temperatura de revenimento.

Exercício 3: Hollomon-Jaffe com C = 19,5

Um revenimento a 480 °C por 1 h precisa ser refeito num forno que só aceita ciclos de 4 h. Que temperatura dá o mesmo P, com C = 19,5?

1. T₁ = 480 + 273,15 = 753,15 K; P = 753,15 × (19,5 + log 1) = 753,15 × 19,5 = 14.686.
2. Para 4 h: 19,5 + log 4 = 19,5 + 0,602 = 20,102.
3. T₂ = 14.686 / 20,102 = 730,6 K = cerca de 457 °C.
4. Quadruplicar o tempo equivale a baixar só 23 °C na temperatura.

Exercício 4: ensaio de tração do 4140 revenido a 550 °C

Um corpo de prova de 4140 revenido a 550 °C, com d₀ = 8 mm e L₀ = 40 mm (5 d₀), registra na máquina F_p0,2 = 55,8 kN e F_máx = 61,3 kN; depois da ruptura, L_f = 45,4 mm. O revenimento está correto?

1. S₀ = π × 4² = 50,27 mm².
2. R_p0,2 = 55.800 / 50,27 = 1.110 MPa; R_m = 61.300 / 50,27 = 1.219 MPa.
3. Alongamento A = (45,4 − 40) / 40 × 100 = 13,5 %.
4. A ficha da Lucefin dá 1.110 MPa, 1.220 MPa e 13,5 % a 550 °C: o resultado confere. Com cerca de 61 kN de força máxima, uma máquina de 50 kN não rompe o corpo de prova; o escoamento exige extensômetro, pelo método do deslocamento de 0,2 %.

Normas ligadas ao revenimento

Não há norma que fixe a temperatura de revenimento de cada aço: ela vem da ficha do fabricante e da especificação do projeto. As normas tratam do aço fornecido para têmpera e revenimento e dos ensaios que conferem o resultado. A tabela reúne as citadas neste artigo:

Norma	O que trata	Edição
ISO 683-2	aços ligados para têmpera e revenimento, inclusive o 42CrMo4 (equivalente ao 4140)	2016
ISO 6508-1	dureza Rockwell, método de ensaio	2023
ASTM E18	dureza Rockwell e Rockwell superficial	E18-25
ISO 148-1	ensaio de impacto Charpy em metais	2016
ABNT NBR ISO 148-1	ensaio de impacto Charpy em metais	2021
ASTM E23	ensaio de impacto em barra entalhada (Charpy e Izod)	não indicada
ISO 6892-1	ensaio de tração de metais à temperatura ambiente	2019
ABNT NBR ISO 6892-1	ensaio de tração de metais à temperatura ambiente	2024
ASTM E8/E8M	ensaio de tração de metais	E8/E8M-25
ASTM A255	temperabilidade Jominy: serve para escolher o aço, não trata do revenimento	não indicada