Apostila Metalografia(Revisada)

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Laboratório de Metalografia e Ensaios dos Materiais

METALOGRAFIA

Introdução

Metalografia é o ramo da metalurgia que estuda as estruturas, as

propriedades dos metais e suas ligas, e relaciona a composição química com

as propriedades físicas e mecânicas.

O exame metalográfico procura relacionar a estrutura do material com

as propriedades físicas e com o processo de fabricação, sendo que este

exame pode ser:

Macrográfico

Micrográfico

1- MACROGRAFIA

1.1 Objetivo

Obter uma informação ampla da peça, facilitar a micrografia e

determinar a região crítica para análise detalhada.

A macrografia consiste no exame do aspecto de uma superfície plana

seccionada de uma peça ou amostra metálica, devidamente polida e atacada

por um reagente adequado. Por seu intermédio tem-se uma idéia de

conjunto, referente à homogeneidade do material, à distribuição e natureza

de falhas, impurezas; ao processo de fabricação. Algumas das

heterogeneidades mais comuns nos metais:

Vazio, causado pelo resfriamento lento;

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Forma Irregular de segregação

Segregação, causadas pelas impurezas e outros metais;

Dendritas, formação de grãos de vários tamanhos;

Trincas, devido às tensões excessivas no resfriamento;

Regiões alteradas termicamente na soldagem;

Estrutura colunar devido ao processo de soldagem e solidificação

após fusão;

1.2 Seleção da amostra

1.2.1 Cuidados a observar:

Saber o que realmente o cliente deseja e o fim a que se destina a

peça

Em qualquer hipótese é altamente prudente proceder a um exame

detido da peça sob diversos pontos de vista, como o aspecto da fratura, a

existência de marcas de pancadas, gripamentos, vestígios de soldas,

azulamento por aquecimento, porosidades, rebarbas, trincas, polimentos

locais, enferrujamento, corrosões, desgastes, marcas punçonadas,

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entortamentos, etc., antes de determinar cortes ou extração de amostras ou

de corpos de prova.

Na apreciação dos sinais encontrados, é preciso muita atenção para

não confundir aqueles que possivelmente já existiam na peça, antes do

evento que deu motivo ao estudo, e que podem conduzir a alguma pista para

as investigações, com os que possam ter sidos ocasionados pela aplicação

de ferramentas para retirar a peça de onde estava instalada, ou então,

ocasionados por quedas, ou durante o transporte.

1.3 Preparação da amostra

a) Escolha da secção a ser estudada;

Defeitos e possíveis causas durante a operação de corte

b) Preparação da superfície (lixamento/polimento);

c) Ataque com reagente químico adequado;

d) Interpretação dos resultados;

e) Documentação;

Escolha da secção:

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I- Transversal (Macro)

Naturezas do material;

Homogeneidade da secção;

Intensidade da segregação;

Forma de disposição das bolhas;

Existência de restos de vazios;

Profundidade e uniformidade da carbonetação;

Profundidade de descarbonetação;

Profundidade de têmpera;

Inclusões;

II- Longitudinal (Macro)

Processos de fabricação;

Análise de cordão de solda;

Caldeamento;

Preparação da superfície

Cuidados:

Mudança da estrutura;

Aquecimento não superior a 100ºC;

Pressão excessiva (encruamento);

Lixamento;

Ataque químico.

Obs.: Em função de variações estruturais ou químicas o material será

mais ou menos atacado.

Embutimento

A quente: As resinas para embutimento a quente

apresentam baixa viscosidade, contração, boa adesão à

amostra e resistência a ação de agentes químicos, bem

como propriedades mecânicas adequadas para aplicações

específicas.

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A frio: São resinas auto-polimerizáveis, com propriedades químicas e

mecânicas para atendimento das mais diversas necessidades de

embutimento, metalográfico, mineralógico, cerâmico e petrográfico.

Precauções:

Quantidade de material;

Temperatura e pressão do trabalho;

Tempo de aquecimento e refrigeração do equipamento.

Lubrificação;

Granulometria;

Lixamento

Objetivo

Eliminar as imperfeições da superfície da

amostra (ex.: oxidação, rebarbas, arranhados

profundos, etc.).

Pode ser, de acordo com:

- Operação (manual ou mecânico)

- Meio (a seco ou úmido)

Para a preparação de uma superfície plana,

isenta de deformações plásticas e mecânicas é

necessário um correto lixamento,

deve-se começar da lixa mais grossa

para a mais fina, mudando a direção

do lixamento em 90º.

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O ataque

Objetivo:

Revelar a microestrutura e os constituintes da amostra, possibilitando

maior entendimento das suas propriedades.

O ataque pode ser por:

Imersão

Aplicação

Impressão direta (Impressão de Baumann)

Quanto ao tempo:

Longo ou profundo

Rápido ou superficial

Quanto à temperatura:

A frio

A quente

Interferências no comportamento do ataque:

Variação da composição do material (concentração de impurezas);

Variação de estrutura (deformação a frio);

Variação de cristalização (granulometria grosseira, textura acicular,

gradiente térmico);

Principais reagentes para a macrografia:

I. Iodo;Página 7 de 17

II. Acido Sulfúrico;

III. Heyn (Cloreto Cupro-Amoniacal);

IV. Acido clorídrico;

V. Fry (Acido clorídrico + Água + Cloreto Cúprico)

Principais reagentes para a micrografia

Nota: Estes reagentes são basicamente soluções diluídas de ácidos

orgânicos ou inorgânicos, álcalis, ou outras soluções de natureza complexa.

Como foi verificado anteriormente, a seleção final de uma solução, para fazer

parecer um desenvolvimento da estrutura, depende da composição e

condições estruturais do metal ou da liga.

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1.11 Tempo de Ataque

I. Fator importante para o ataque correto a um corpo de prova é a

seleção do reagente que melhor se adapte à composição química e à

condição física do metal;

II. Controle conveniente do tempo de ataque para que se produza um

grau de contraste apropriado entre os diferentes componentes da

estrutura.

III.Limpeza da superfície atacada.

OBS: O tempo de ataque depende da estrutura em questão e da

ampliação que se deseja na fotografia. Conforme o reagente escolhido, o

tempo de ataque variará de poucos segundos até alguns minutos, ou dias.

1.12 Recomendações:

Não atacar mais que o necessário para fazer aparecer o detalhe

significativo;

Um grau de contraste satisfatório para uma micrografia com pequeno

aumento é geralmente excessivo para uma melhor definição da estruturas

em ampliações muito maiores;

Desejando-se um alto contraste, é preferível obtê-lo por meios

fotográficos a recorrer a um ataque profundo, pois este ocultará os

detalhes mais finos da estrutura;

Se um corpo de prova for insuficientemente atacado (pouco contraste), é

preferível poli-lo novamente no disco acabador e atacá-lo novamente com

ácido superior, a um ataque já levado a efeito, outro posterior;

Não tocar com coisa alguma numa superfície já atacada e fotografá-la

logo após o ataque.

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS (Macro)

Quando a estrutura ataca mais:

Regiões encruadas;

Regiões temperadas ou temperadas e revenidas;

Granulação grosseira;

Quando a composição química ataca mais:

Regiões com maior teor de carbono;Página 9 de 17

Regiões com maior teor de fósforo;

Regiões com maior quantidade de inclusões não metálicas,

principalmente enxofre e fósforo;

1.1.1. IDENTIFICAÇÃO

Técnica de polimento, repolimento e ataque, servem para definir o

defeito:

Regiões ricas em carbono desaparecem com um leve repolimento;

Regiões ricas em impurezas, principalmente inclusões de S e P,

sofrem um ataque profundo escurecendo mais, permanecendo assim

mesmo após um leve polimento;

Regiões com granulação grosseira aparecem como mosaicos de lado

escuro (parte clara e parte escura);

Regiões com têmpera branda ou temperadas e revenidas, ficam mais

brilhantes que o resto da amostra após um repolimento;

Região encruada retira-se todo o ataque, com o polimento;

11.2 Interpretação das Micrografias

A correta interpretação das texturas que ocorre nos materiais é

matéria que requer larga experiência do operador. Dentre as inúmeras

estruturas, citamos:

11.2.1. Inclusões

a) Fósforo

Localiza-se na ferrita e somente pode ser observada ao microscópio

quando o seu teor estiver acima de 1%. Forma estrias claras, pois

expulsa o carbono dessas regiões. A presença de fósforo causa

fragilidade aos aços e também melhora a usinabilidade;

b) Enxofre

Forma sulfeto de manganês a 1100oC, apresentando-se sob a forma

de polígonos, glóbulos ou formas arborescentes de coloração

cinzenta. O sulfeto de ferro geralmente não aparece nos aços

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comuns; caso aconteça, terá coloração amarelada. A presença de

enxofre nos aços facilita a usinabilidade.

c) Manganês

Semelhante ao enxofre

d) Silício

O silício não é detectado ao microscópio.

e) Alumínio

Usado como desoxidante nos aços. Forma com o oxigênio

Al2O3 (alumina) que se apresenta ao microscópio sob a forma de

partículas negras esparsas ou agrupadas.

11.2.2. Microconstituintes

a) Ferrita

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Solução sólida de carbono no ferro alfa- Origina-se na zona crítica- É

a forma estável a temperatura ambiente.

Apresenta-se ao microscópio em grãos claros com finos contornos

pretos.

Identificação Metalográfica

Apresenta-se ao microscópio como grãos brancos com finos

contornos pretos. Arranha e deforma-se facilmente- Arestas arredondadas. É

fortemente atraída pelo ímã

b) Cementita

Carboneto de ferro Fe3C

Apresenta-se clara com contornos pretos, chega a riscar o vidro.

Identificação metalográfica

Apresenta-se como uma só massa e não mostra subdivisão em

grãos. Não é riscada, se apresenta precipitada, forma um abaulamento.

Possui cor amarelada. Brilho intenso. Forma bastonetes ou nódulos.

Atacada com picrato de sódio em ebulição se torna escura diferenciando da

ferrita.

c) Perlita

Corresponde a lamelas de ferrita (88%) e cementita (12%). As

lamelas podem ser planas, curvas ou ondeadas. A perlita se

apresenta escura ao microscópio.

Agregado mecânico e que ocorre abaixo de 723oC (Linha A1).

As lamelas são mais ou menos paralelas podendo ser planas,

curvas ondeadas, etc.. O afastamento entre elas depende, entre

outros fatores, da velocidade de resfriamento e do ângulo segundo o

qual o grão de perlita é cortado. Dureza é intermediária entre ferrita

e cementita. Proporção de ± 1 de cementita para 6 de ferrita. Formas

mais comuns lamelas ou grânulos. Em determinadas condições pode

apresentar-se sob outras formas.

Identificação metalográfica

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Em aços com baixo carbono se localiza em geral nos contornos da

ferrita, aumentando-se a %C este quadro vai se modificando até se tornar o

constituinte principal. São envolvidos ou quase, por rede de ferrita ou

cementita. Possui coloração marrom, verde ou preta, dependendo do ataque

(reagente e tempo), aumento de observação e estrutura da perlita. As

lamelas só podem ser vistas com ampliações de mais de 200 X. Forma grãos

d) Martensita

Apresenta ao microscópio aspecto acicular e escuro.

11.3 Procedimentos de Exame ao Microscópio

Observar os seguintes cuidados ao trabalhar com o microscópio:Página 13 de 17

iniciar a observação com a objetiva de menor ampliação;

o foco para o microscópio monoscópico é conseguido aproximando-se a

objetiva o mais possível da amostra, tomando-se o máximo de cuidado para

que não haja colisão entre esses elementos e em seguida, com um dos

olhos na ocular, afastar lentamente o canhão. Quando o objeto estiver com

em foco, utilizar o parafuso de ajuste fino.

se o microscópio utilizado é estereoscópico, ajustar primeiro o foco com o

olho direito, conforme o procedimento anterior e posteriormente ajustar a

dioptria do olho esquerdo utilizando-se do ajuste colocado na própria ocular

esquerda;

ao mudar-se de objetiva, afastar o canhão do microscópio da amostra

para evitar colisão das lentes das objetivas com a amostra;

1. Cada estudante examinará duas amostras preparadas:

por ele próprio

por um dos componentes do seu grupo de trabalho

Examinar inicialmente a amostra no microscópio estereoscópico, em

que se tem uma imagem tridimensional da superfície, podendo-se diferenciar

os grãos e as partículas de impurezas;

2. Utilizando microscópio monoscópico, observar nas ampliações

disponíveis, os vários aspectos estruturais do material;

3. Determinar o tamanho de grão ASTM e o tamanho do grão médio para

cada uma das amostras;

4. Caso haja disponibilidade de câmera fotográfica, registrar cada uma das

amostras na ampliação mais significativa, identificando por comparação com

as fotomicrografias disponíveis, o material em observação. Caso não haja

disponibilidade da câmera, desenhar cada uma das amostras observadas

nas mesmas condições anteriores;

5. Caso haja disponibilidade do microdurômetro, efetuar a medida da dureza

Vickers em pelo menos dois pontos em cada uma das amostras.

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12 Relatório

Preparar e apresentar um relatório não são tarefa das mais simples; é,

porém a síntese de um trabalho realizado. A forma de demonstrar o quê e

como determinada tarefa foi desenvolvida.

Ao longo do curso, e também da carreira, os técnicos, tecnólogos e

engenheiros (sem falar nas outras áreas não tecnológicas), preparam um

sem número de relatórios descrevendo tarefas, trabalhos, projetos.

12.1 Preparação

Antes de iniciar o relatório, deve-se ter certeza que se sabe, entre

outras:

a) o propósito do relatório

b) quem lerá o relatório

c) por que o relatório será lido

d) qual o nível de conhecimento do leitor sobre a matéria

e) quais as informações devem ser incluídas Quanto maior o conhecimento

desses quesitos, as chances de se ter sucesso na comunicação escrita.

Os dados devem ser coletados à medida que o experimento é

realizado, tomando-se notas sobre cada uma das fases realizadas quanto ao

cumprimento correto e completo das mesmas. Recomenda-se a leitura do

texto na página da internet:

12.2 Requisitos

Os relatórios devem ser apresentados impressos (caso seja

manuscrito, caligrafia técnica será sempre exigida) em papel formato A4

recortado (210mm x 297mm), em somente uma das faces de cada folha,

numerada. O relatório será escrito no formato mostrado nos anexos 1 e 2,

sendo apresentados nas datas marcadas, impreterivelmente.

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Figura 20 - Aço com 0,5% de carbono. Ataque: nítrico, 1.250x. Ferrita primária (parte branca) em rede

preenchida com ferrita acicular e perlita.

12.3 Conteúdo Mínimo

Cada experimento realizado corresponderá um relatório

individualizado para cada Aluno, cujo conteúdo deverá ser composto por,

pelo menos:

1. Título do experimento;

2. Objetivo;

3. Introdução teórica;

4. Equipamentos, instrumentos e materiais utilizados;

5. Norma(s) aplicável (eis);

6. Descrição do corpo de prova;

7. Descrição do procedimento de ensaio;

8. Dados obtidos;

9. Memória de cálculo;

10. Resultados;

11. Comentários e conclusões.

Figuras, fotografias e outros elementos gráficos devem ser utilizados

sempre que possível para melhor descrição de cada um dos tópicos

abordados. Um índice sumário deve constar do relatório e todas as folhas

devem estar numeradas. Complementos como anexos e apêndices devem

constar do índice sumário. O relatório deverá estar assinado pelo

responsável pela sua elaboração, caso contrário, não terá validade.

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Referências1. COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. São Paulo, SP. Ed. da Universidade de São Paulo, 1974

2. COSTA E SILVA, A. L. e MEI, P. R. Aços e ligas especiais. Sumaré, SP. ELETROMETAL Metais Especiais, 1988.

3. CHIAVERINE, Vicente

4. Novo Telecurso 2000

5. Apostila do SENAI

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