Apostila de Lab de Mat2 2011

ENSAIO METALOGRÁFICO [NOTAS DE AULAS DE MATERIAIS II] [Estas notas comtemplam as aulas praticas de Materiais II, que envolvem: a Analise Macrgrafica e Analise Micrografica para produtos Siderurgicos comuns)

2011

PROFª M.Sc Margarete Andrade 28/3/2011

Materiais para Construção Mecânica II - Laboratório

Faculdade de Tecnologia de Sorocaba 2

Esquema para a preparação de amostras para o exame micrográfico

Escolha da seção

Corte Disco duro Material

mole

Material

Duro

duro

Disco

mole

Eliminação rebarba

Identificação

Embutimento Quente

duro baquelite Resina

Acrílica

Frio

Lixamento

220 a 600 granas

Polimento

Pasta diamantada +

lubrificante. Al2O3 CrO3 /MgO

Lavar com H2O



Lavar com H2O

Alcool / Eter

Secar

Analisar

Com ataque Sem ataque Nital

Picral Picrato de Sódio

Ferrita

Perlita

Austenita Martensita

Cementita

Bainita Ledeburita

Steadita

Aços e Ferros

Fundidos

Inclusões

Dobras

Riscos de Trefila

Escórias

Trincas Veios de

grafita

Aços e Ferros

Fundidos

Microscópio Observação

Direta

Observação

Indireta



ENSAIO METALOGRÁFICO

I. Introdução:

Metalografia é a parte da Metalurgia destinada ao estudo da Macroestrutura e

Microestrutura dos metais e ligas. É de grande importância na resolução de problemas

com relação a durabilidade de componentes metálicos, quando submetidos as condições

mais severas de serviços, informando a causa dos defeitos e objetivando o

desenvolvimento tecnológico.

O ensaio metalográfico pode ser:

1º) Micrográfico

2º) Macrográfico

1º. Micrografia:

Consiste no estudo dos produtos metalúrgicos. com auxílio do Microscópio,

permitindo observar e identificar a granulação do material, a natureza, forma,

quantidade e distribuição dos diversos constituintes ou de certas inclusões, etc.

Estas observações são de grande utilidade prática.

2º. 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 e

observado os elementos macrográficos a olho nu ou no máximo 10x de aumento

(Lupa).

1.1 Micrografia dos produtos (Aços) resfriados lentamentes

(Recozimento, Normalizados, Coalescimento).



a) Escolha e Localização da seção a ser estudada : A localização do corpo de

prova para Micrografia em peças grandes, normalmente é feita após o exame (de

Raio X, Ultra som, Macrografia, Magna-teste) e se o aspecto nesta for homogênea, a

preparação do c.p. é indiferente. Em casos de textura heterogênea, os corpos de

prova serão retirados para exames detalhados dessas regiões.

O local a ser examinado dependerá da forma da peça e do que se pretende

examinar. Em peças rompidas em serviço, por exemplo, o exame deverá ser feito

mais próximo da fratura para verificar a existência de diferenças estruturas.

b) Preparação de uma superfície plana e polida:

Corte Embutimento Marcação Lixamento Limpeza

Polimento Ataque Limpeza Microscopia.

Corte: Na preparação metalografica a retirada correta das amostras

poderá ser considerada como a mais importante etapa na preparação de c.p.

Este corte pode ser Transversal ou Longitudinal:

Por abrasão, à seco ou úmido

Serragem

Torno

Cisalhamento

Destes subgrupos o que mais se adaptam para o ensaio metalográfico é o

corte por abrasão à úmido.

O corte por abrasão é feito através de um disco abrasivo (óxido de alumínio,

carbeto de silício disperso em um meio de material sintético), acompanhado de uma

eficiente refrigeração, sendo a melhor solução para se evitar aquecimento excessivo

do material, que poderia alterar a estrutura da amostra.

A estrutura do disco de corte abrasivo se determina pela quantidade e acomodação

dos grãos abrasivos, bem como pela liga resinóide. Um disco de corte de estrutura

aberta (menos grão) comporta-se como “Brando”; uma estrutura densa (granulação

fina) comporta-se como “Dura”. Por isso seleciona-se um disco:

- Disco duro (Granulação Fina) => Material brando (15 a 40 HRC)

- Disco mole (Granulação Grossa) => Material duro (>40HRC)



Embutimento: para peças e c.p. de pequeno porte usa-se o método

de embutimento a frio ou a quente, pois além de facilitar o manuseio

evita que as amostras com arestas rasguem a lixa ou pano de

polimento, bem como seu abaulamento durante o polimento.

Embutimento a quente, é o método mais usado por ser mais rápido é mais

econômico, através de uma resina chamada Baquelite.

Baquelite - é uma resina fenoplástica ( base de fenol e de formol) que

condensa durante a moldagem através de tempo, temperatura, pressão; a

uma temperatura de aproximadamente 170ºC.

Obs: Para uma única amostra, o embutimento à quente e mais rápido, porém no

caso no caso de grandes quantidades o embutimento a frio permitirá uma montagem

simultânea em menor tempo ( Resina termoplástica acrílica ou Resina Termo-

Resistente Dialiftalato).

Algumas das propriedades do embutimento:

- Baixa contração e boa adesão a amostras;

- Ausência de bolhas;

- Resistência ao Lixamento e Polimento;

- Resistência mecânica adequada;

- Resistência química;

- Baixo custo.

Marcação: lápis elétrico, punções (letras ou números), gravador

elétrico. É utilizada para melhorar a identificação das amostras em

série e grande quantidade.

Lixamento: A amostras é lixada, seguindo a movimentação da

figura abaixo. Quando os riscos estiverem na mesma direção, a

amostra será mudada (90º) em cada lixa subsequente até

desaparecer os traços da lixa anterior.



Lixas: 220 - 320 - 400 – 600

Lixamento: à seco ou úmido

Fatores que influenciam na técnica do lixamento:

Escolha adequada do material de lixamento em relação a amostra e ao

tipo de exame final;

A superfície deve estar sempre rigorosamente limpa e isenta de líquidos e

graxas;

Riscos profundos que surgirão durante o lixamento, de preferência devem

ser eliminados por um novo lixamento.

Metais diferentes não devem ser lixados com utilização da mesma lixa.

Aconselha-se usar sempre lixas do mesmo fabricante, pois pode haver

diferença na granulometria.

Limpeza: Um dos estágios importantes da seqüência da preparação

da amostra metalográfica é a limpeza, pois a amostra metalográfica

geralmente está impregnada com óleo, graxa ou poeira. Toda

amostra deverá passar pelo processo de limpeza e também após

cada estágio de preparação, sendo que este cuidado deverá ser

redobrado especialmente durante o polimento.

O método mais simples de limpeza consiste em enxaguar as amostras com

água, entretanto, como toda operação de limpeza por lavagem requer processo de

secagem, aconselha-se usar em Metalográfia, líquidos de baixo ponto de ebulição

tais como álcool, éter, etc. Os quais são posteriormente secados rapidamente

através de jato de ar quente. Outro processo que será usado, é a limpeza ultra-

sônica.

220 320 400 600 220

A A

90º

A A

90º



Polimento (Manual ou Automático): O polimento é um dos estágios

mais importantes da seqüência de preparação de amostras

metalográficas, cerâmicas e petrográficas, pois consiste em obter

uma superfície isenta de riscos, permitindo observação de uma

imagem clara e perfeita ao microscópio de estruturas em exame.

Material de polimento:

Cr2O3: Óxido de Cromo – verde.

MgO: Óxido de Magnésio – branco.

Al2O3: Óxido de Alumínio ou Alumina - em suspensão,

branca.

Diamante Natural ou Sintético.

Diamante: é a mistura de pó em um meio orgânico, permitindo que a amostra seja

perfeitamente preparada, isenta de deformações mecânicas e plásticas.

O agente polidor diamante é fornecido nos tipos :

a) Pré polimento

Pasta diamante de alta concentração (7 a 45 m)

Pasta diamante especial ( 6 a 15 m)

Diamante em Aerosol ( 6 a 45 m)

Suspensão Diamante ( 6 a 15 m)

b) Polimento final:

Pasta Diamante de alta concentração ( 0,25 a 2,5 m)

Pasta em Aerosol ( 0,25 a 3 m)

Suspensão Diamante ( 0,25 a 3 m)

Nota: Para um bom polimento (qualquer agente polidor), é preciso que o pano

de polir tenha uma estrutura têxtil adequada para cada aplicação específica. Estes

panos podem ser de seda pura, lã, veludo sintético e seda sintética (diamante), feltro

especial, fibra sintética (Al2O3). Visto que, para se obter o polimento ideal, é

necessário que:



Nunca polir amostras diferentes sobre o mesmo pano de polimento.

Evitar fricção excessivas entre amostras e pano de polimento.

Evitar pressão excessiva sobre a amostra durante o polimento; os

materiais duros são polidos com maior pressão do que os moles.

Com o polimento defeituoso podemos ter:

COMETAS - causado pela pressão excessiva durante o polimento

de partículas que se destacam de inclusões friáveis.

MANCHAS MARRONS - quando no fim do polimento a pressão é

fraca, ocorrendo em aços ricos em Fósforo.

AURÉOLAS ESCURAS E HETEROGÊNEAS - surgem quando a

lavagem do corpo de prova em água, após o polimento é muito

demorada, ou não seca logo o corpo de prova depois de lavado.

O material polido é observado ao microscópio, antes do ataque para o exame

das inclusões, trincas, porosidades, veios ou partículas de grafita, riscos, dobras e

fissuras.

Os lubrificantes também são utilizados e tem por finalidades lubrificação e

resfriamento da amostra durante o processo de polimento, mantendo a amostra em

estreito contato com o agente polidor, pano de polimento para aumentar a razão de

desbaste.

Ataque: Uma amostra lixada e polida esta pronta para o exame

macro ou microscópico desde que seus elementos estruturais

possam ser distinguidos uns dos outros, através da diferenciação de

cor, relevo e falhas estruturais.

Geralmente uma superfície metálica polida reflete a luz uniformemente, de tal

maneira que os detalhes de sua estrutura não podem ser distinguidos, necessitando-

se contrastá-los adequadamente.

O processo mais comum de obter-se tal contraste é por meio do “ATAQUE“ o

qual pode ser efetuado através de mudanças do sistemas óptico empregado, ou da

amostra propriamente dita.



No sistema óptico é preciso aparelhos acoplados em um bom conhecimento

dos microscópios metalográficos; os principais métodos são:

- Iluminação campo escuro

- Luz polarizada

- Contraste de fase

- Interferência diferencial através do prisma Nomarsky.

Na prática metalografica é utilizado o ataque químico, por reagentes

específicos: soluções aquosas ou alcoólicas de ácidos, gases e sais, bem como sais

fundidos ou vapores.

O ataque químico pode ser dividido em dois grupos:

A) Macro-Ataque: evidencia a macroestrutura, a qual pode ser observada a

olho nu ou através de uma lupa de baixo aumento ( máx. 10x).

B) Micro-Ataque: evidencia a estrutura íntima do material em estudo podendo

está ser observada através de um microscópio metalográfico. Após o ataque químico

a amostra deve ser rigorosamente limpa, removendo os resíduos do processo,

através de lavagem em água quente, água destilada, álcool ou acetona e

posteriormente secar através de jato de ar quente.

Existem vários métodos de ataque químico para ligas ferrosas e não ferrosas.

Ex: Ataque por lavagem, Ataque por gotejamento, Ataque de identificação, Ataque

eletrolítico e Ataque por imersão (método mais usado e mais rápido).

- Ataque químico por imersão:

O ataque é feito agitando o corpo de prova com a superfície polida

mergulhada no reativo posto numa pequena cuba ou um recipiente qualquer.

A duração do ataque depende da concentração do reativo e da natureza e

textura do material examinado, em média usa-se de 5 a 15 segundos.

Os reativos empregados na Micrografia são numerosos, porém serão

mencionados os mais usados:

a) Nital ( 2 a 5 %) : Diferencia a martensita da ferrita.

NIT = Nítrico - Ácido Nítrico ( HNO3)



AL = Álcool - Álcool Etílico / Metílico

Ex.: Preparar 200 ml de Nital 3% 196 ml de álcool + 6 ml de HNO3.

Esta solução pode ser empregada para todos os produtos siderúrgicos

comuns. Não ataca a Ferrita nem Cementita, mas irá delinear os seus contornos, e

escurecer a perlita. A perlita se apresentará de forma hachurada, ou em forma de

lamelas.

Utilização:

Na revelação do contorno dos grãos da ferrita em aços de

baixo teor de carbono;

Na obtenção de contraste máximo entre perlita, cementita e

ferrita em contorno de grão;

Na revelação dos contornos de grãos dos aços ao silício

contendo 4%Si;

No ataque de aços baixa liga e aços ao Cromo resistentes a

ação do picral; Na revelação do limite de grão de ferrita nas

estruturas de martensita com presença de ferrita.

b) Picral : Diferencia a perlita da bainita e detecta carbetos na

martensita e em contorno de grãos em aços de baixo carbono.

PICR = Ácido Pícrico

AL = Álcool Etílico / Metílico

Solução de ácido pícrico a 4% em álcool ( Ácido Pícrico 4g + Álcool Etílico

100ml). Esta solução pode ser empregada quando não se tem o Nital; sendo que as

indicações são as mesmas.

Utilização:

Na revelação detalhada da perlita, martensita, martensita

revenida e bainita;

Na distinção entre bainita e perlita fina;

Na detecção de carbetos não dissolvidos na martensita;

Na diferenciação pela coloração entre ferrita, martensita e

carbetos livres;



Na revelação de partículas de carbetos no contorno de grãos

de baixo teor de carbono.

c) Picrato de Sódio :

H2O destilada 100ml

NaOH ( Hidróxido de Sódio ) 25g

Ácido Pícrico 2g

Esta solução deve ser aquecida ( 80º C); mergulha-se o cp para atacar e

deixa se ferver durante uns 15 minutos, depois retira-se o cp lavando em água

corrente, enxaguando bastante com álcool ou éter e secar.

Este reativo colore a Cementita (ficando preta), os Carbetos complexos dos

Aços-ligas e a Steadita dos Ferros Fundidos

d) Reagente Vilella: Revela o contorno de grãos em aços

temperados.

Ácido Pícrico 1g

Ácido Clorídrico ( HCl ) 5ml

Álcool Etílico 100ml

Esta solução é usada para Aços-ligas com alto teor de Cromo e Aços

rápidos.

e) Reagente Murakami: Este reativo irá colorir a ferrita de

tonalidade azul e castanho. Os carbetos de tonalidade escura e

austenita inalterada.

Ferrocianeto de potássio 10 g

Hidróxido de potássio 10 g

H2O destilada 100 ml

Obs.:Por motivos ecológicos este reagente será evitado.



f) Reagente Metabissulfito de potássio: Irá revelar a matriz

austenítica com áreas azuis de ferrita.

Metabissulfito de potássio 600 mg


g)Reagente Bereha (FºFº):

Metabissulfito de potássio 3 g

Fluoreto de amônia 0,5 a 1,0 g


h) Reagente Bereha (Aços Temperados)

Metabissulfito de potássio 3 g

Ácido Sulfânico 100 ml

i) Reagente de Cloreto Férrico e Ácido clorídrico (Aços inox –

imersão a frio 15 a 40 seg)

Cloreto Férrico 5 g

Ácido clorídrico 50 ml


j) Reagente Marble (camadas nitretadas e aços inox) a frio 10

seg.

CuSO4 4g

HCl 20 ml

H2O destilada 20 ml

l) Reagente de Ácido Clorídrico (revelação do contorno de

grãos da austenita em aços temperados, ou temperados e

revenidos) imersão a frio.

HCl 4 g

ácido pícrico 1 g

álcool 100 ml



m) Reagente Cogne Único (aços recozidos, laminados,

temperados e aços rápidos)

HCl 10 ml

ácido acético 6 ml

ácido pícrico 2 g

álcool 100 ml

- Ataque Oxidante por Aquecimento :

Consiste em se aquecer o corpo de prova polido, mais ou menos de 250 a

300ºC na presença do ar. Sobre a superfície do corpo forma-se uma película

finíssima de óxido cuja espessura varia com o constituinte ou com a orientação

cristalográfica dos grãos. Este modo de atacar é indicado quando é desejado

mostrar a diferença de granulação entre certas regiões.

De modo geral, os reativos podem agir:

dissolvendo superficialmente certos constituintes, ou certas regiões,

como contornos dos grãos, tirando-lhes as vezes o brilho dado pelo

polimento;

ou colorindo-os diversamente ou ainda depositando um composto

qualquer sobre eles.

A escolha do reagente depende da natureza do material e do fim que se tem em

vista.

Microscópio Metalográfico:

As técnicas de escolha, preparação de amostras metalográficas para exame

microscópico e metalográfico, exige cuidados especiais, mas principalmente

equipamentos preciso e especializados com aumento superior 10x. A partir do

microscópio comum, foi desenvolvido o microscópio metalográfico que visa não

somente a comodidade do operador, como também (principalmente) tornar mais fácil



e nítida a microestrutura em observação. O microscópio metalográfico é composto

das seguintes partes:

A) Elementos Mecânicos:

Tubo de encaixe: Monocular ou Binocular;

Focalização: Macrométrica ou Micrométrica;

Revolver porta objetiva;

Estativa (suporte): sustenta os elementos mecânicos,

ópticos e fotográficos.

B) Elementos Ópticos:

Objetivas: 10x, 20x, 50x e 100x

Oculares: 10x, 15x e 20x

Prisma (desviador de luz na ocular para microfotografia)

Condensador: sistema de lente convergentes, cuja

finalidade é concentrar e transmitir o feixe luminoso oriundo

do iluminador para a lente frontal da objetiva.

Obs.: Ampliação “Ocular x Objetiva“



C) Iluminador ( pode ser embutido ou externo):

Lâmpadas: Tungstênio, Halogênio, Xênon;

Diafragma

Filtros: Usados para remoção de calor da luz, aumento de

contraste na imagem compensação de efeitos de cor na

fotomicrografia colorida; os filtros podem ser azul, verde,

amarelo, vermelho.

Tipos de iluminação: Campo claro, Luz polarizada,

Contraste de fase

D) Acessórios:

Retículos: são escalas micrométricas, gravadas em uma

placa de vidro óptico;

Tela de projeção: acessório acoplado ao microscópio que

permite a observação simultânea da microestrutura em

exame por dois ou mais dispositivos fotográficos.

O microscópio metalográfico pode ser de observação invertida (a objetiva esta

colocada embaixo do corpo de prova).

E com observação direta ( objetiva esta colocada sobre o corpo de prova ).

Aula Prática:

10X

CP

10X

CP



Preparar vários corpos de provas (resfriados lentamente) e fazer toda a

operação descrita anteriormente:

A) Corte;

B) Embutimento à quente;

C) Marcação (gravação)

D) Lixar = 220 - 320 - 400 – 600 grana

E) Limpar / Lavar / Secar;

F) Polir (Al2O3, Cr2O3, pasta diamantada)

G) Atacar com reagente Nital ou Picral

H) Levar ao microscópio e observar as estruturas.

Os corpos de prova preparado serão de Aço Carbono Hipoeutetóide,

Eutetóide e Hipereutetóide

Hipoeutetóide : % C menor que 0,8%

Estrutura Ferrita + Perlita

Exemplo: Liga SAE 1030

% ferrita = 5,62100080,0

30,080,0

% perlita = 5,37080,0

030,0

Eutetóide: %C igual a 0,8%

Estrutura 100% de Perlita


% ferrita = 88100067,6

80,067,6

% Cementita = 12067,6

080,0

Hipereutetóide: % C maior que 0,8%

Estrutura Perlita com contornos de Cementita




% perlita = 5,9710080,067,6

95,067,6

% Cementita = 5,280,067,6

80,095,0

Microestruturas:

A) Ferrita( ): é a solução sólida de Carbono no Ferro alfa, contendo em solução

traços de carbono, apresentando ao microscópio grãos poligonais irregulares

brancos com finos contornos pretos; sua dureza é em torno de 80 HB (baixa

resistência)

B) Perlita(P): é o constituinte micrográfico formado por finas lamelas de Ferrita e

de Cementita. A espessura das lamelas é em geral da ordem de alguns décimos de

mícron e habitualmente são visíveis com ampliação de mais de 200x. As lamelas

são paralelas, podendo ser planas, curvas, ondeadas. Quando atacada por um

reativo químico, toma uma coloração mais ou menos escura, e a sua dureza é maior

que a Ferrita e menor que a Cementita.

C) Cementita (Fe3C): é nome dado ao Carbeto de Ferro Fe3C, contendo 6,7%

de Carbono; sua característica essencial é sua alta dureza em torno de 700

HB.

D) Austenita( ): Solução sólida de átomos de carbono no ferro gama (estável

acima de 723ºC), apresenta estrututa de grãos poligonais irregulares,

apresentando boa resistência mecânica e apreciável tenacidade. Reagente

para verificar a austenita: Ataque por imersão (2 a 3 min.):

HNO3 = 10 ml + Ácido Acético = 10ml + HCL= 15ml +

Glicerina = 5 ml

Este reagente não pode ser armazenado.

Esquema para a preparação de amostras para o exame macrográfico

Escolha da seção



Corte Transversal Longitudinal

Torno / fresa Disco

abrasivo Serra

Desbaste Plaina Retífica

Lixamento

220 a 600 granas

Lavar / Secar

Atacar c/ reagente

Ácido Sulfúrico Acído Clorídrico Acído Nítrico Iodo

Lavar em água e secar(álcool) Analisar (10x) ou olho nu



ENSAIO de MACROGRAFIA

1. Introdução:

Macrografia: é o exame da estruturas da peça ou amostra metálica,

feito a olho nu ou com auxílio de uma lupa com no máximo 10x e também os

aspectos fotográficos das estruturas. É realizado após o ensaio de ultra-som,

radiografia industrial ou raio-x, sobre uma superfície plana, lixada e atacada

quimicamente.

Advertências: quando o material for entregue ao laboratório de

ensaios, é necessário conhecer o tipo de ensaio a ser realizado e o fim a que se

destina.

2. Preparação do C.P.

1. Escolha a localização da seção a ser estudada.

2. Realização de uma superfície plana e lixada no lugar escolhido.

3. Ataque dessa superfície por um reagente químico adequado

A - Escolha e Localização:

Corte Transversa l (perpendicular ao eixo principal da peça)

A natureza do material;

Se a seção é homogênea ou heterogênea;

Intensidade de segregações, bolhas, dendritas, vazios, porosidade.

Defeitos de Solidificação:

A) Segregação: Concentração de volume (máx. e mín.) em função do

resfriamento(solidificação) e impurezas como S e P, que tendem a ser encontrados

na região central do lingote. Vazamento lento e o tamanho das lingoteiras exercem

C.P.



influencias no aparecimento de segregações. Pode ser normal, gravítica, inversa ou

em "v".

B) Gotas frias: Causada pela solidificação nas paredes da lingoteira. Pode ser

causada pelo jato de aço mal centralizado na lingoteira ou ou pela velocidade

baixa de lingotamento ou baixa temperatura do aço.

C) Bolhas: Devido a umidade ou oxidação excessiva durante o vazamento.

D) Flocos: Devido a presença do hidrogênio resultará em ruptura no interior do

lingote.

E) Escamas: Defeitos originados durante o processo de vazamento causado pelo

excesso de umidade no sistema de lingotamento, tampões, válvulas defeituosas

e velocidade excessiva no inicio do lingotamento.

F) Vazios: Ocorre na passagem do estado líquido para o sólido, devido a contração

da fase sólida, aparecendo no interior do lingote uma região vazia ou no centro

da parte superior do lingote que a ultima parte do lingote.

G) Trincas: São fissuras superficiais, profundas ou internas, provinientes de tensões

excessivas que se desenvolvem durante o resfriamento ou reaquecimento

demasiadamente rápido durante o trabalho de laminação ou forjamento.

H) Porosidade: Defeito associado com a morfologia de crescimento ou uma

solidificação rápida e pode ser relacionado com o teor de gases.

Se a peça sofreu cementação, têmpera.

Forma e dimensões das Dendritas

Profundidade da Têmpera

Tubos

Corte Longitudinal ( paralelo ao eixo principal da peça):

- Material laminado

- Material forjado;

- Material fundido;

- Peça estampada ou torneada;

- Solda de barras



- Extensão de Tratamento térmico superficiais

- Intensidade de Inclusões

B - Superfície Plana e lixada :

- Corte : Serra, maçarico, torno, cut-off (disco de

abrasão)

- Desbaste : Esmeril, plaina, retifica

- Lixamento : Lixas - 220,320,400,600

Obs: Nestas operações deverá ser evitado o encruamento e aquecimento e

aquecimento do material, visto que poderá haver influência na interpretação da

estrutura. Após o lixamento não polir o material, pois este polimento dificultará o

ataque e a fotografia em virtude da tensão superficial e dos reflexos

respectivamente.

C - Ataque com reagente químicos:

Os ataques se classificam em lentos ou profundo, rápidos ou superficiais.

Os reativos mais utilizados para produtos siderúrgicos são:

1) Reativo de Iodo:

Iodo sublimado 10g

Iodeto de Potássio 20g

Água 100ml

Obs: Ataque rápido e por aplicação, as imagens aparecem com simples ataque da

superfície e desaparecem com um leve repolimento.

Ataque por

imersão:

mergulhar o c.p. numa cuba (pirex) contendo certo

volume de reagente.

Ataque por

aplicação:

estender uma camada de reativo sobre a secção em

estudo com auxílio de um pincel ou chumaço de

algodão.

Impressão

de Bauman

papel fotográfico umedecido com reagente apropriado

aplicando sobre a superfície.



2) Reativo de Ácido Sulfúrico:

Ácido Sulfurico ( H2SO4) 20ml

Água 100ml

Obs.: Este reativo é empregado à quente ou à frio, produz um ataque enérgico (

somente a quente), e um ataque feito por imersão.

3) Reativo de Ácido Clorídrico:

Ácido Clorídrico (HCl) 50ml

Água 50ml

Obs.: Este reativo é empregado à quente ou à frio e é feito por imersão.

4) Reativo de Ácido Nítrico:

HNO3 50ml

Água 50ml

Obs.: Este reativo é empregado à quente para aços especiais.

5) Reativo de Fry:

HCl 120ml

Água 100ml

Cloreto Cúprico 90 g

Obs.: Este reativo é aconselhado para revelar linhas de deformação em material

pouco encruado (Linhas de Lüder).

6) Reativo de Adler:

Cloreto Cupro-Amoníaco 3 g

HCl 50ml

Água destilada 25ml

Cloreto Ferro II 15 g

Obs.: Este reativo é aconselhado para aços, cobre e suas ligas, para revelar

segregações, zonas temperadas e estruturas primárias (fundição).



3. Após ataque verifica-se as regiões :

Ricas e com maior teor de carbono, fósforo, inclusões;

Temperadas, revenidas;

Heterogênea ou Homogênea;

Processo de fabricação;

Defeito de fabricação.

Aula prática

Preparar vários materiais (aços) após ensaio de ultra-som

- Cortar ( serra, torno, maq. de corte ( abrasivos)

- Retificar, lixar ( 220,320,400,600)

- Atacar com reativo de Iodo ou reativo Ácido Sulfúrico ou reativo de

Ácido Cloridríco.



ENSAIO DE MICRO INCLUSÕES

(Norma ASTM E45 - A)

Introdução

1. Impurezas nos Aços:

Aços comuns contém sempre além do Carbono, pequenos teores de Silício,

Fósforo, Enxofre, Manganês, às vezes Cobre, que podem combinar entre si (MnSi,

SiO2, MnO, FeO, Al2O3) ou então com ferro (FeSi,Fe3P,FeS) formando assim as

inclusões (impurezas prejudiciais ao aço). Algumas inclusões são facilmente

identificáveis pela sua cor - forma - aspecto; outras só após ataques com reativos

especiais.

Inclusões - Reações no interior do próprio aço, seja pela oxidação do silício,

do manganês, do alumínio ou dos materiais refratários com os quais o aço entrou

em contato até chegar a lingoteira. Origem das inclusões:

“Inclusões endógenas” impurezas geradas no interior do

próprio aço pela oxidação do silício, do manganês, do alumínio, etc..

“Inclusões exógenas” impureza geradas pela corrosão dos

materiais refratários ou pela restos de escoreas.

As inclusões são vistas ao microscópio sem ataque químico e com ampliação

de 100x .

As inclusões afetam menos as propriedades do metal, quando estão

homogeneamente distribuídas, quando em concentrações acentuadas com

possibilidade de ocorrer aparecimento de pequenas fissuras, que podem se

propagar através de toda a seção, ocasionando uma ruptura brusca na peça.

2.1 Influência dos elementos químicos nos aços comuns:

- Fósforo: quando ultrapassado certos limites se torna nocivo ao aço

ocasionando a Fragilidade à Frio; com teores elevados podem ocorrer ruptura ou

esboroamento do aço. O fósforo aumenta levemente a dureza, a resistência

mecânica, a resistência a corrosão, diminui a ductilidade, melhorando e facilitando a

usinabilidade.



- Enxofre: impureza facilmente notada ao microscópio, combina-se o Fe e o

Mn, muito difícil de ser eliminada, ocasionando uma Fragilidade à Quente. Aços com

teores altos de S e Mn facilitam a usinabilidade das peças. Combina-se com Fe e o

Mn, formando MnS (solidifica-se a 1600ºC) e FeS ( solidifica-se a 980ºC).

- Manganês: é usado na prática Siderúrgica como desoxidante. Aumenta a

temperabilidade, a resistência ao choque , o limite elástico e diminui a ductilidade.

Os aços ricos em Mn tem a maior tendência para trincar durante a Têmpera.

Combina-se com S formando MnS.

- Alumínio: é um elemento desoxidante mais eficiente que Mn e o Si, também

usado para acalmar o aço (extinguir ou diminui os gases) e ainda porque favorece a

obtenção de textura de granulação mais fina. Forma com o oxigênio um composto

Al2O3 (Alumina).

- Silício: Nos aços ao carbono, o Si varia entre 0,05 a 0,3% . Normalmente é

utilizado para evitar a formação de bolhas nos lingotes (desoxidantes).

Além destes elementos são introduzidos nos Aços durante a fabricação os

gases Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio.

- Hidrogênio: aparece em teores de 0,001% a 0,0001% e sua presença

produz aparentemente certa fragilidade no material.

- Nitrogênio: dissolve na Ferrita, produz nos aços de baixo Carbono o

fenômeno de endurecimento por precipitação (agulhas de nitretos de Ferro).

- Oxigênio: forma uma variedade de Óxidos líquidos ou gasosos quando o

aço estiver fundido, quando o aço solidifica, alguns permanecem na forma de

bolhas, outros isolados ou combinados com outros Óxidos formando Silicatos, ficam

presentes na forma de inclusões sólidas.

O oxigênio é usado também para enriquecer o Ar de combustão para obter

melhor eficiência térmica e assim reduzir o tempo de fusão da carga, e também para

controlar a quantidade de carbono no aço.

2.2 Características das Inclusões:



A) Sulfetos ou Sulfuretos (MnS,FeS) - coloração ardósia ou

cinza escura (MnS), amareladas (FeS) e partículas alongadas em

forma de traços.

B)Alumina (Al2O3) - coloração negra e partículas esparsas ou

agrupadas e alinhadas.

C)Silicato (SiO2) - coloração negra e partículas esparsas e

alongadas. Difícil aparição nos aços.

D) Óxidos Globular - coloração negra e partículas em forma de

pontos e distribuição aleatória.

2.3 Classificação das Inclusões:

As inclusões existentes mais conhecidas são JERNKONTORET,

DIEGARTEN e STHAL-EISEN. A mais usada é a JERNKONTORET

(Assoc.Sider.Suecos), que se divide em quatro classes:

A (tipo sulfeto), B (tipo alumina), C (tipo silicato), D (tipo óxido

globular). Cada uma dessas classes subdivide-se em 5 grupos numerados de 1 a 5

(quantidade de inclusões por unidade de superfície).

O nº1 indica uma quantidade pequena de inclusões e o nº5

apresenta uma quantidade mais elevada. Cada nº admite ainda duas modalidades

quanto a espessura - Finas ou Grossas.

Aula Prática:

Preparar alguns corpos de prova; cortar no sentido longitudinal (paralelo ao

eixo principal) marcar, lixar (220, 320, 400, 600), polir ( pasta diamantada ou Al2O3),

lavar, secar (ar quente), levar ao microscópio e observar com 100x (ocular 10x) x

(objetiva 10x).

Microscópio; Objetivas: 10, 20, 50 e 100x

Oculares: 10 e 20 x

Fator de Campo: 20

Área Observada = objetiva

fator



Este calculo só vale para este tipo de equipamento.

Exemplo:

Material analisado com 500x. Área observada=20/50= 0,4mm

Material analisado com 200x. Área observada=20/20=1mm

Material analisado com 100x. Área observada= 20/10 = 2 mm

Classificar de acordo com a tabela Jernkontoret.

"O conceito de aço limpo ou seja isento de inclusões é relativo, porque, sob o ponto de vista técnico é impossível produzir-se um aço totalmente isento de inclusões. O importante é a identificação dessas inclusões."





METALOGRAFIA DO FERRO FUNDIDO

1. Introdução :

Dentre as ligas Ferro-Carbono, os Ferros fundidos constituem um grupo de

ligas de importância fundamental para a indústria, não só devido as características

inerentes ao próprio material, como também pelo fato de, mediante introdução de

elementos de liga, aplicação de tratamentos térmicos adequados, o seu estudo é

fundamental para o técnico, engenheiro mecânico, projetista, ao qual se oferece

mais uma opção no sentido da seleção de materiais metálicas para as diversas

aplicações industriais.

2. Definição:

“Ferro Fundido é uma liga Ferro-Carbono(Silício), de teores de carbono

geralmente acima de 2% em quantidade superior à que se retida em solução sólida

na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou

lamelas de grafita.”

3. O Carbono nos Ferros Fundidos:

O Carbono pode existir nestes materiais sob duas formas diferentes:

- Carbono combinado (Fe3C, Cementita)

- Carbono grafítico (Grafita)

Em se tratando de carbono de Ferro fundido, entende-se como carbono total ,

isto é, o carbono combinado mais o carbono grafítico.

Ct = Cc + Cg

A partir destas duas formas, o Ferro fundido classificam-se inicialmente em

dois grandes grupos :

- Ferro Fundido Branco

- Ferro Fundido Cinzento

4. Tipos de ligas :

4.1 Ferro Fundido Cinzento:



A fratura apresenta coloração escura, caracterizada por apresentar como

elementos de liga fundamentais o Carbono e o Silício e estrutura em que uma

parcela relativamente grande do Carbono está no estado livre (Grafita lamelar) e

outra no estado combinado (Fe3C).

A grafita é decorrente da decomposição da Cementita (Fe3C) em Fe + C e

dependo da velocidade de resfriamento, ela se apresenta em forma de veios ou

lamelas de coloração escura.

A ASTM e AFS classificam o aspecto e forma de apresentação da grafita em

cinco tipos, como se segue :

A irregular desorientada

B em roseta

C desigual, irregular

D interdendrítica desorientada

E interdendrítica orientada

Estas Associações classificam a Grafita, pelas suas dimensões em oito

tamanhos , de 1 a 8, correspondendo o nº 1 as dimensões maiores ( veios mais

longos ) e nº 8 das dimensões menores.

A grafita tende a adicionar ao material características lubrificantes;

aparentemente a melhor estrutura para FºFº Cinzento (quanto a resistência ao

desgaste), é a matriz 100% perlítica e grafita tipo A. O pior FºFº seria o que

apresenta matriz ferrítica associada com grafita dendrítica, tipo D ou E (quanto a

resistência ao desgaste).

4.1.2 Fatores que influenciam na estrutura de Ferro Fundido:

- Composição química

- Velocidade de resfriamento

Utilizando o resfriamento lento (secção mais espessas), a estrutura será de

Perlita e Grafita; para resfriamento mais lento a estrutura será Veios de Grafita +

Perlita + Ferrita e quando o teor de Fósforo for superior a 0,15% ocorre a formação

da Steadita ( Fosfeto de Ferro(Fe3P) + Carbeto de Ferro(Fe3C)).



Obs.: Se observada ao microscópio a Steadita é clara e pontilhada, é

muito dura e frágil.

Os Ferros Fundidos Cinzentos são mais usados devido as suas

características de:

- Fácil fusão e moldagem;

- Boa resistência mecânica;

- Excelente usinabilidade;

- Boa resistência ao desgaste;

- Boa capacidade de amortecimento.

Alguns tipos de Ferro Fundido:

FC10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 conforme ABNT referentes a usinabilidade,

fundibilidade, resistência mecânica, dureza; 20, 25, 30, 35, 40, 50, 60 conforme

ASTM (limite de resistência / dureza).

Algumas aplicações: anéis de pistão, bases de máquina, conexões, undidos

ornamentais, carcaças de compressores, rotores, carters, bloco de motor, anéis de

locomotivas, bigornas, carcaça de britadores, bielas, cabeçotes, buchas, bombas,

placas de embreagem, peças de bombas de alta pressão.

4.2 Ferro Fundido Branco:

Neste material, praticamente todo o Carbono se apresenta na forma

combinada de Carbeto de Ferro (Fe3C) mostrando uma superfície de Fratura clara.

Suas propriedades fundamentais devido justamente a alta quantidade de Cementita,

são elevadas durezas e resistência ao desgaste; sua usinabilidade é prejudicada, ou

seja esses materiais são de baixa trabalhabilidade.

Para se obter Ferro Fundido Branco, a composição química e a velocidade de

resfriamento na produção industrial este fatores são de grande importância. Usando

o sistema de Coquilha, que consiste em derramar o metal líquido em moldes



metálicos onde o metal será resfriado em condições e velocidades que praticamente

toda a grafitização não será realizada e o Carbono ficará retido na forma combinada.

4.2.1 O Ferro Fundido Branco pode ser : Hipoeutetico

(exclusivamente Cementita), Eutético (Ledeburita - pequenas áreas de Perlita

globular sobre um fundo de Cementita), Hipereutetico ( Cristais de Cementita sobre

um fundo de Ledeburita) A dureza nestes podem estar em torno de 1.100HV.

4.2.2 - Algumas aplicações do FºFº Branco:

- Equipamento de manuseio de terra

- Mineração

- Moagem

- Rodas de vagões

- Cilindros coquilhados

- Revestimento do moinhos

- Bola de moinhos.

4.3 Ferro Fundido Maleável : É um material resultante de um tratamento

térmico especial feito no Ferro Fundido Branco (chamado tratamento de

Maleabilização) adquirindo ductilidade, maior tenacidade, boa resistência a

tração, boa dureza, boa resistência a fadiga, boa resistencia ao desgaste e

boa usinabilidade.

Maleabilização : Ciclos de aquecimento e resfriamento a qual se submetem ferros

fundidos brancos, através de aquecimento prolongado, provocando transformação

parcial ou total do Carbono. Há dois processos fundamentais de Maleabilização;

1º) Por Descarbonetação : Maleável de núcleo branco, o aspecto da

fratura é constituida ( estrutura) de Ferrita (peças de paredes finas ), é

núcleo cinzento ou escuro (parede mais espessa) devido a

grafitazação.



2º) Por Grafitização : Maleável de núcleo preto devido a fratura de

aspecto escura, cuja “Estrutura é constituida de Grafita em Nódulos

sobre um fundo de Ferrita.“

Algumas aplicações: peças para veículos, tratores, materiais elétricos, suportes de

molas, caixas de direção, cubos de rodas, sapatas de freio, bielas, caixas de

engrenagens.

4.4 Ferro Fundido Nodular:

Esta liga é caracterizada pela ductilidade, tenacidade e resistência mecânica sendo

que o limite de escoamento é mais elevado. A grafita do Ferro Fundido Nodular

apresenta-se na forma esferoidal , é obtida pela adição de determinados elementos

no metal fundido, como Magnésio, Cério. A microestrutura do Ferro Fundido

Nodular:

- Ferrita, Perlita, Nódulos de Grafita e Steadita

- Perlita, Ferrita e Nódulos de Grafita ( matriz perlítica)

Algumas aplicações: valvulas de pressão, virabrequins, engrenagens, braços de

balancim, pinhões, etc.

5. Preparação:

1- Amostras : Escolha visual da região onde será feito o ensaio, ou então

após ensaios não destrutivos . O corte deverá ser feito por discos abrasivos, que

produzem superfícies planas com baixa deformação, utilizando discos de alta e

baixa dureza, dependendo das ligas a ensaiar.

2- Preparação dos corpos de prova para análise metalográfica:

- Cortar : em meio refrigerante, sem queimar o corpo de prova

- Embutir : à quente ou à frio - à quente ( baquelite), embutir se

necessário.

- Marcar : para facilitar a identificação



- Lixar : em meio úmido, com lixas grana 60 a 600 granas, se a

retenção da grafita é de grande importância não será utilizado água

para lubrificar no estágio de 400 a 600 granas.

- Polir: o polimento pode ser feito com Alumina para remoção dos

riscos superficiais provenientes das lixas mais finas.

A pasta diamantada fará a remoção rápida dos riscos superficiais juntamente

com uma modesta quantidade de lubrificante .

Após polimento lavar em água corrente, álcool Etílico e secar.

3- Análise sem ataque quimico:

Após a realização do polimento, levar a amostra (c.p.) ao microscópio e com

ampliação de 100x verificar e/ou classificar os tipos e tamanho de grafita, conforme a

tabela ASTM e AFS.

4- Ataque quimicos ( reagentes):

Utiliza-se solução de ácido mineral em álcool ou água, que revelam a

microestrutura por dissolução seletiva de áreas sensíveis como o contorno de grão e

fases. Alguns reagentes mais utilizados no uso do ferro fundido:

- Nital (2 a 5%): Ácido Nítrico (HNO3) + Álcool

- Picral 4% em Álcool ( 4 g de Ácido Pícrico + 100ml Álcool)

- Cloreto Ferrico: HCl(60ml) + FeCl3(20g) + 300ml Álcool =>

(este reagente visa destacar a Steadita).

Após o ataque com reagente químico (Nital, Picral) levar ao microscópio e

verificar a estrutura quanto a cor, tamanho, quantidade, formas dos constituintes

presentes como a Grafita, Perlita, Ferrita, Ledeburita, Steadita, Cementita.

Documents

Apostila de Lab de Mat2 2011