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1. OBJETIVO O presente trabalho tem como finalidade analisar um material metlico proveniente de um processo bruto de fuso (ao fundido), identificando a parte metalografica, principais caractersticas e componentes que o mesmo contem em sua estrutura. A caracterizao microestrutural e avaliao das propriedades mecnicas de peas metlicas so essenciais e importantes para a classificao e utilizao destas, sendo utilizado para satisfazer estes procedimentos tais como: ensaios mecnicos, anlise microestrutural, anlise qumica e tratamentos trmicos caso necessrio no intuito de atender as exigncias contidas nos padres normativos que a pea satisfaz. importante tambm que se tenha conhecimento prvio sobre todos os assuntos e aspectos envolvidos nesta anlise a fim de que se obtenham resultados efetivos na avaliao das propriedades mecnicas de uma pea metlica e caracterizao de sua microestrutura. Com este propsito importante avaliar as caractersticas mecnicas alm da aplicabilidade de uma pea tendo como base o estudo direcionado para a analise das suas propriedades.

2. JUSTIFICATIVA O desenvolvimento industrial que vm ocorrendo no mundo cada vez mais exerce impacto no que se refere qualidade de um produto fabricado. Isto propicia a utilizao de materiais mais especficos e eficazes, o que por consequncia resulta em clientes mais exigentes. A demanda por materiais que atendam as exigncias da sociedade atual um fator crucial no que se refere qualidade de vida e impacto ambiental. Alm disso, com os padres de qualidade e segurana que regem o meio, torna-se necessrio analisar e caracterizar os materiais de forma eficaz para que se tenha um maior controle do item produzido e se possa disponibilizar um material otimizado dentro dos padres de qualidade requeridos por um cliente. notrio que no mundo atual, mesmo com o devido desenvolvimento tecnolgico ocorrem falhas mecnicas, que muitas das vezes pem vidas em risco e na maioria dos casos esto relacionadas com especificaes erradas ou falha mecnica precoce. Isto ocorre devido a falta eficaz de um estudo minucioso na caracterizao e avaliao da microestrutura dos materiais. As falhas mecnicas ocorridas nas indstrias, construo civil e produtos fabricados so frequentes, e para que se tenha um maior controle das perdas e riscos envolvidos, essencial que se caracterize o material recebido, analisando todas as suas propriedades a fim de que se tenha uma maior segurana no que diz respeito a utilizao que ser dada a este.

3. SIDERURGIA A siderurgia est presente na vida do ser humano h milnios e sua origem datada de tempos em que o homem vivia em cavernas. Sua descoberta surgiu por acaso; quando pedras de minrio de ferro entraram em contato com as fogueiras que eram utilizadas para aquecer as cavernas, reduzindo os minrios a metal por consequncia do calor. A partir desta descoberta o metal comea a serem utilizados para a fabricao de ferramentas, armas e adornos. Segundo Cottrel (1993), a siderurgia originou-se aproximadamente a 1000 a.C. porm Mouro (2007) afirma que esse principio no ocorreu de forma anloga nas demais regies do planeta; tendo origem no Oriente e em seguida difundindo-se pela Europa e de forma autnoma surgindo em algumas regies como: China, ndia e continente Africano, posteriormente sendo disseminada na Oceania e nas Amricas em razo da colonizao europeia. Hoje o ferro alcanou uma grande importncia e utilizao na fabricao de artefatos e utenslios que auxiliam a vida do homem e essa imponncia faz o ferro se tornar o material mais empregado em engenharia. Visto a grande importncia e abundancia do ferro no mundo atual, torna-se fundamental se tomar conhecimento da siderurgia, para um maior discernimento do seu processo de obteno. Encontra-se na literatura muitas definies a cerca desta, como por exemplo: Processo que abrange todas as etapas necessrias para, a partir das matrias-primas, produzir-se ferro e ao. [CHIAVERINI, 1986, p.1]; e, A metalurgia o conjunto de tratamentos fsicos e qumicos a que so submetidos os minerais para a extrao dos metais; surgiu h mais de 6 mil anos no Oriente prximo. [MOURO, 2007, p.1]. Deste modo se constata que a siderurgia evidencia-se como sendo o processo pelo qual o ferro desde minrio passa at chegar ao produto final de utilizao em utenslios domsticos, equipamentos industriais, estrutura de edificaes e etc.

4. FUNDIO

A fundio um processo de fabricao que dentre outros, se destaca por possibilitar a produo de peas de geometria complexas e variadas dimenses a partir do metal lquido. Segundo alguns autores, este processo de fabricao definido como:

O objetivo fundamental da fundio o de dar forma geomtrica adequada ao metal, vertendo-o no estado fundido dentro de uma cavidade feita no interior de uma moldao (conjunto de elementos em materiais apropriados que definem o molde), para aps solidificao se obter a pea moldada. Esta tcnica consiste essencialmente na aplicao, pura e simples, do principio clssico de Arquimedes de que: o liquido toma a forma do vaso que o contm [FERREIRA, 2010, p.5].

Estas frmas so denominadas molde, ao qual a cavidade corresponde ao negativo da pea a produzir.Alm de apresentar estas particularidades, o processo de fundio se caracteriza pelo diferencial de possibilitar a seleo do mtodo que melhor atenda as exigncias, encomendado com o mnimo custo possvel dentro do prazo estipulado.

4.1 CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE FUNDIO

Segundo Ferreira (2010, p.5), a classificao dos processos de fundio se baseia de acordo com a natureza dos materiais que sero utilizados para a fabricao das moldaes e dos modelos, pois estes sero responsveis pelas geometrias finais da pea. Logo, o modelo se caracterizar na forma geomtrica que configura a pea que se deseja produzir e sua manufatura ter a funo de dar origem cavidade do molde ou moldao. O estudo deste diagrama, descrito a seguir, possibilita entender o comportamento e as propriedades dos aos carbono nas mais diversas variaes de solubilidade do carbono na liga, e visualizar as transformaes que esta sofre devido a este fator, e com a variao de temperatura.

Austenita consiste em uma soluo solida intersticial de C (com at 2,11%) no ferro CFC. Em aos ou carbono e aos baixa liga s estvel acima de 727 C. Apresenta resistncia mecnica em torno de 150 MPa e elevada ductilidade e tenacidade. Temperatura 912 a 1394 C; Solubilidade mxima de carbono 2,14% a 1148 C.Ferrita consiste em uma soluo solida intersticial de C (com at 0,022%) no ferro CCC. A ferrita magntica e apresenta baixa resistncia mecnica, cerca de 300 MPa excelente tenacidade e elevada ductilidade. Temperatura at 912 C; Solubilidade mxima de carbono 0,02% a 727 C.Cementita denominao do carboneto de ferro Fe3 C contendo 6,7% de C e estrutura cristalina. Apresenta elevada dureza, baixa resistncia, baixa ductilidade e baixa tenacidade. Duro e frgil; A adio de Si acelera a decomposio da cementita para a forma grafita. Perlita consiste na mistura mecnica das fases Ferrita 88,5% e Cementita 11,5%, formada pelo crescimento cooperativo das fases. Ao Eutetoide com at 0,77% de carbono, esta uma composio particular encontrada no diagrama ferro-carbono em que existe a transformao Austenita para Ferrita e Cementita. Ao Eutetico corresponde a liga de mais baixo ponto de fuso.4.2 AOS PARA FUNDIO Segundo Chiaverini (ibidem, p.188), os aos para fundio apresentam caractersticas mecnicas que tendem a serem inferiores s dos aos trabalhados (aos laminados, forjados e etc.) e por este motivo geralmente so tratados termicamente. Estes que devem normalizar as caractersticas grosseiras e dendrticas destes aos, retirando as tenses internas oriundas da solidificao do metal no interior do molde. A principal vantagem destes aos se d na [...] aplicao em condies de servio que envolva cargas multidirecionais, pois estes no apresentam direcionamento de propriedades mecnicas como nos aos forjados. (ASM Metals Handbook,1992, v.15)

5. METALOGRAFIAA metalografia estuda as propriedades dos metais e suas ligas. Ainda que este mtodo de analise no seja to preciso, continua sendo o de maior custo benefcio. O ensaio est ligado a uma srie de normas que determina os procedimentos apropriados para a execuo do mesmo que segue trs passos bsicos: (1) Escolha da seo a ser estudada; (2) Preparao de uma superfcie plana e polida e (3) Ataque desta regio por um reagente qumico adequado. 5.1 MACROGRAFIA A macrografia a parte da metalografia que estuda o comportamento dos gros da pea. Atravs desta tcnica a pea pode ser examinada ao olho nu ou com auxilio de lupa com aproximao. Este mtodo permite verificar caractersticas como: homogeneidade, impurezas, processo de fabricao, verificao de tratamentos trmicos dentre outros e geralmente utilizado em metalrgicas e laboratrios no proposito da visualizao de como os gros de uma dada pea se comportam. De um modo geral, o exame macrogrfico de uma pea fundida de ao visa a determinao de rechupes e outras falhas, tais como bolhas, porosidades e trincas, caracterizao das dimenses e disposio da estrutura dendrtica e, s vezes, avaliao da segregao. [COLPAERT, p.40.]

5.2 MICROGRAFIA Segundo Colpaert (1977, p.121), a micrografia estuda os produtos siderrgicos, com auxilio do microscpio, visando a determinao de seus constituintes e de sua textura. Com esta tcnica pode-se obter dados qualitativos acerca de uma pea devidamente preparada para o referido procedimento. Este mtodo de analise estrutural engloba a avaliao das microestruturas dos materiais, como exemplo, tm-se a visualizao da microestrutura de um ao no qual pode-se verificar a presena de ferrita ou outros carbonetos. A microgafia consiste nos seguintes passos: (1) Escolha da seo a ser estudada; (2) Obteno de uma superfcie plana e polida; (3) Observao em microscpio da superfcie antes do ataque; (4) Ataque da superfcie por um reagente qumico adequado; (5) Observar em microscpio a microestrutura da regio atacada; (5) Registro da analise (fotografia). Na preparao da superfcie pode ocorrer o embutimento da pea em uma resina ou polmero para melhorar o seu manuseio e facilitar o posterior lixamento e polimento. No lixamento geralmente feito por uma sequncia de lixas de silcio carbono (SiC) na seguinte ordem: 100 (ou 120) (ou 180), 240, 320, 400, 600 e 1200, alm de ter o devido cuidado de girar a pea a 90 a cada etapa e posterior polimento que faz uso em geral de alumina na seguinte sequncia: 1, 0,3 micros e posterior lavagem com gua e lcool e em seguida seca-la. Os reagentes utilizados dependem do tipo de material, bem como o tempo de exposio que pode variar de 5 a 15 segundos tempo mdio para alguns materiais. 5.3 METALOGRAFIA QUANTITATIVA Entende-se por metalografia quantitativa, a parte da metalografia que estuda a superfcie dos materiais de modo a determinar e quantificar parmetros que caracterizem tridimensionalmente as suas microestruturas. Deste modo, a partir da tcnica metalogrfica descrita, obtm-se o dimetro mdio do gro e frao volumtrica do material, mas nem sempre [...] a metalografia quantitativa utiliza parmetros que representam com exatido os valores tridimensionais reais, porm caracterizam a microestrutura relativamente bem. (Padilha, 2000).

6. RESULTADOS A metalografia ser dividida de duas maneiras: macrografia e micrografia. Atravs do ensaio, ser feito o estudo dos microconstituintes presentes no material ensaiado. 6.1 MICROGRAFIA E MACROGRAFIA A preparao dos corpos de prova para a micrografia, ser feito com base na norma ASTM E-3, que designa a preparao destes. Ser confeccionado 1 corpo prova devidamente embutidos em resina na seo transversal.

O reagente a ser utilizado nesta tcnica ser o Nital a 2% no propsito de revelar as fases presentes na microestrutura da pea. Este reagente foi prontamente selecionado com auxlio da norma ASTM E-407 que designa os reagentes para o microataque.Para o lixamento ser utilizado lixas de granulometria 120, 180, 240, 320, 600 e 1200 na respectiva ordem. O polimento ser feito com alumina de 0,3 micros respectivamente. Este procedimento ser feito com auxilio de mquinas politrizes.

Foram obtidas as seguintes imagens, macro e micro:

Macrografia:

50x

100x

400x

1000x

Micrografia:

50x

100x

400x

1000x

6.2 FERRO FUNDIDO NODULAR

O ferro fundido nodular uma classe de ferro fundido onde o carbono (grafite) permanece livre na matriz metlica, porm em forma esferoidal. Este formato do grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo aos materiais caractersticas que o aproximam do ao. A presena das esferas ou ndulos de grafite mantm as caractersticas de boa usinabilidade e razovel estabilidade dimensional. Seu custo ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido cinzento, devido s estreitas faixas de composio qumicas utilizadas para este material.O ferro fundido nodular utilizado na indstria para a confeco de peas que necessitem de maior resistncia a impacto em relao aos ferros fundidos cinzentos, alm de maior resistncia trao e resistncia ao escoamento, caracterstica que os ferros fundidos cinzentos comuns no possuem temperatura ambiente.Propriedades mecnicas dos nodulares: boa resistncia mecnica trao, boa ductilidade e resilincia, boa resistncia compresso.Em comparao das imagens obtidas com o Handbook v. 9 obtivemos o resultado, mas semelhante com o ferro fundido nodular dctil, cuja s caractersticas so:

6.3 VARIAO DA COMPOSIO QUMICA:

7. REFERNCIAS

AMERICAN SOCIETY FOR METALS (ASM). Metals Handbook v. 1 Properties and Seletion: Irons Steel and High Performance Alloys 2. reimp 1993. ______. ______. v. 8 Mechanical Testing and Evaluation, 2000. ______. ______. v. 9 Metallography and Microstructures, 5. Reimp, 1992a. ______. ______. v. 15 Casting 2.Reimp. 1992b

CHIAVERINI, Vicente. Aos e Ferros Fundidos: caractersticas gerais, tratamentos trmicos, principais tipos 7 Ed.ampl e ver. So Paulo, ABM, 2005.

COLPAERT, Humbertus. Metalografia dos produtos siderrgicos comuns 3 Ed. Editora Edgard Blcher, So Paulo 1977

COTTRELL, Alan H. Introduo metalurgia 3 ed 810 p. Traduo de FORTES, M. Amaral; BOTAS, J. Pedroso. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian, D.l.1993.

FERREIRA, Jos M. G. Carvalho. Tecnologia da Fundio 3 Ed. Lisboa: Fundao Calouste Goulberkian, 2010.

MOURO, Marcelo Breda (coord) et al. Introduo siderurgia. Associao Brasileira de Metalurgia e de Materiais (ABM), coleo metalurgia e materiais, obra de difuso 02, So Paulo 2007.

PADILHA, Angelo Fernando. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. Editora Hemus 2000.