UC1 - Introducao e Conceitos Basicos de Metalurgia Com Enfase Em Metalografia (1)

INTRODUO E CONCEITOS BSICOS

DE METALURGIA COM NFASE EM METALOGRAFIA

SRIE METALMECNICA - METALURGIA

ATUALIzAo TECNoLGICA dE doCENTES

CONFEDERAO NACIONAL DA INDSTRIA CNI

Robson Braga de AndradePresidente

DIRETORIA DE EDUCAO E TECNOLOGIA

Rafael Esmeraldo Lucchesi RamacciottiDiretor de Educao e Tecnologia

SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL SENAI

Conselho Nacional

Robson Braga de AndradePresidente

SENAI Departamento Nacional

Rafael Esmeraldo Lucchesi RamacciottiDiretor Geral

Gustavo Leal Sales FilhoDiretor de Operaes

SRIE METALMECNICA - METALURGIA

INTRODUO E CONCEITOS BSICOS

DE METALURGIA COM NFASE EM METALOGRAFIA

ATUALIzAo TECNoLGICA dE doCENTES

SENAI

Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Nacional

Sede

Setor Bancrio Norte . Quadra 1 . Bloco C . Edifcio Roberto Simonsen . 70040-903 . Braslia - DF . tel.: (0xx61) 3317-9001Fax: (0xx61)3317-9190 . http://www.senai.br

2015. SENAI - Departamento Nacional

2015. SENAI - Departamento Regional de Minas Gerais

Livro Didtico alinhado ao Itinerrio Nacional v.03 (2014)

A reproduo total ou parcial desta publicao por quaisquer meios, seja eletrnico, mec-nico, fotocpia, de gravao ou outros, somente ser permitida com previa autorizao, por escrito, do SENAI.

Esta publicao foi elaborada pela equipe do Ncleo Pedaggico da Gerencia de Educao Profissional SENAI de Minas Gerais, com a coordenao do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distncia.

SENAI Departamento NacionalUnidade de Educao Profissional e Tecnolgica UNIEP

SENAI Departamento Regional de Minas GeraisGerencia de Educao Profissional - GEP

FICHA CATALOGRFICA

S474iServio Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional. Introduo e conceitos bsicos de metalurgia com nfase em metalografia / Servio Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional, Servio Nacional de Aprendizagem Industrial.Departamento Regional de Minas Gerais. Braslia : SENAI/DN, 2015.

71 p. il. (Srie Metalmecnica- Metalurgia). Inclui referncias.

1. Metalmecnica - Conceitos. 2. Metalografia. I. Servio Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional de Minas Gerais. II Ttulo.

III. Srie.

CDU: 669

Lista de ilustraesFigura 1 - Tetraedro de Cincia e Engenharia dos Materiais.............................................................................16Figura 2 - Microestrutura do Ao Carbono. ............................................................................................................17Figura 3 - Microestrutura do Ferro Cinzento. .........................................................................................................17Figura 4 - Microestrutura Liga Alumnio Silcio .....................................................................................................18Figura 5 - Microestrutura de Lato ............................................................................................................................18Figura 6 - Estrutura Cristalina .......................................................................................................................................20Figura 7 - Amorfos ...........................................................................................................................................................20Figura 8 - Sistema cristalino CFC e sua clula unitria. .......................................................................................21Figura 9 - Sistema Cristalino Cbico ..........................................................................................................................21Figura 10 - Sistema Cristalino Tetragonal ................................................................................................................22Figura 11 - Sistema Cristalino Hexagonal ................................................................................................................22Figura 12 - Sistema Cristalino Ortorrmbico..........................................................................................................22Figura 13 - Sistema Cristalino Rombodrico ..........................................................................................................23Figura 14 - Sistema Cristalino Tetragonal ................................................................................................................23Figura 15 - Sistema Cristalino Triclnio ......................................................................................................................23Figura 16 - Clula Cbica de Corpo Centrado .......................................................................................................24Figura 17 - Parmetro de rede da CCC ......................................................................................................................24Figura 18 - Representao da estrutura CCC ..........................................................................................................26Figura 19 - Cbico de Face Centrado ........................................................................................................................26Figura 20 - Parmetro de rede da CFC. .....................................................................................................................27Figura 21 - Alotropia do ferro ......................................................................................................................................28Figura 22 - Anlise de austenitizao e da formao de martensita pela dilatometria. ........................29Figura 23 - Plano da estrutura HC ..............................................................................................................................30Figura 24 - Plano da estrutura HC ..............................................................................................................................30Figura 25 - Mudana de energia livre .......................................................................................................................32Figura 26 - Surgimento de uma interface ..............................................................................................................33Figura 27 - Nucleao e crescimento da solidificao. .......................................................................................34Figura 28 - Nucleao da grafita a partir de uma incluso................................................................................35Figura 29 - Curva de anlise trmica de solidificao de uma liga Al-Si. .....................................................35Figura 30 - Microestrutura da liga Al-Si. ...................................................................................................................36Figura 31 - Transformao de fases em funo da energia livre .....................................................................37Figura 32 - Microestrutura constituda por grafita Estvel ............................................................................37Figura 33 - Microestrutura constituda por cementita Metaestvel ...........................................................37Figura 34 - Diagrama de equilbrio isomorfo Cu-Ni.............................................................................................38Figura 35 - Tipos de reaes invariantes nos diagramas de fases binrias..................................................39Figura 36 - Seo do diagrama de fases Cu-Zn .....................................................................................................40Figura 37 - Variao de microestrutura ....................................................................................................................41Figura 38 - Macroestrutura da regio soldada .....................................................................................................41Figura 39 - Microestrutura Austentica rica em mangans. Ao Mn ..............................................................42

Figura 40 - Grafita nodular formada pelo tratamento de nodularizao com magnsio. Ferro Fundido Nodular. ............................................................................................42

Figura 41 - Microestrutura com carbonetos ricos em cromo. Ferro Fundido Branco ...............................................................................................................................42

Figura 42 - Microestrutura formada por soluo slida alfa rico em alumnio (reas claras) e agregado euttico rico em Al+Si (reas escuras). Liga de alumnio e silcio modificada com estrncio. .....................................................................................................42

Figura 43 - Alterao microestrutural devido aplicao de foras..............................................................43Figura 44 - Ao carbono laminado conformado ...................................................................................................43Figura 45 - Alinhamento de segregao de material. .........................................................................................43Figura 46 - Microestrutura de uma liga Al-Si fabricada por molde de areia. ..............................................44Figura 47 - Microestrutura de uma liga Al-Si fabricada por molde metlico.............................................44Figura 48 - Microestrutura de uma regio soldada .............................................................................................44Figura 49 - Macroestrutura de uma regio soldada. ...........................................................................................44Figura 50 - Microestrutura de uma liga de ao sem tratamento trmico ....................................................45Figura 51 - Microestrutura de uma liga tratada termicamente (normalizada) .........................................45Figura 52 - Macrografia de regio soldada .............................................................................................................47Figura 53 - Macrografia da superfcie fraturada de um componente mecnico. .....................................47Figura 54 - Tamanho de Gro em ligas de ao baixa liga. Reativo: soluo de cido pcrico. ..............48Figura 55 - Trinca superficial em uma liga de ao carbono. Reativo: sem ataque qumico. ..................48Figura 56 - Microestrutura do ferro fundido branco constituda por:

perlita (regies escuras) e carbonetos (regies claras). Reativo: nital 4%. ............................48Figura 57 - Microestrutura de um ao laminado constituda por: perlita (regio escura) e ferrita

(regio clara). Reativo: nital 2%. ............................................................................................................48Figura 58 - Macroestrutura de solda: (A) Metal Base, (B) Zona Termicamente

Afetada e (C) Metal Solda. Reativo: nital 4%. ...................................................................................49Figura 59 - Microestrutura de uma liga de ao constituda por: martensita (regio escura) e camada

descarbonetada (regio clara). Reativo: nital 2%. ..........................................................................49Figura 60 - Incluses no metlicas sem ataque qumico. ................................................................................49Figura 61 - Matriz Metlica: Perlita e Ferrita revelada aps ataque qumico. .............................................49Figura 62 - Princpio de funcionamento do microscpio ptico de reflexo .............................................52Figura 63 - Microscpio ptico de reflexo. ...........................................................................................................52Figura 64 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 25x.......................................................53Figura 65 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 50x.......................................................53Figura 66 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 100x. ...................................................53Figura 67 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 400x. ..................................................53Figura 68 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 200x. ...................................................53Figura 69 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 1000x. .................................................53Figura 70 - Princpio de funcionamento do microscpio eletrnico de varredura. .................................54Figura 71 - Microscpio eletrnico de varredura .................................................................................................55Figura 72 - Microestrutura constituda por perlita de uma liga de ao

eutetide baixa liga. Ampliao de 3.000x. .....................................................................................55Figura 73 - Microestrutura constituda por soluo slida alfa e cristais de

silcio primrio de uma liga alumnio silcio. Ampliao de 1.600x. ........................................55

Figura 74 - Microestrutura composta por defeito Rechupe de uma liga alumnio silcio. Ampliao de 150x. ..........................................................................55

Figura 75 - Braos dendrticos de uma liga de ferro fundido nodular. Ampliao de 1.000x. ...............................................................................................................................55

Figura 76 - Microestrutura constituda por grafitas nodulares de uma liga de ferro fundido nodular. Ampliao de 500x.. ................................................................................................................56

Figura 77 - Microestrutura constituda por martensita e banita de um ao eutetide baixa liga. Ampliao de 3.000x. ...............................................................................................................................56

Figura 78 - Macroestrutura de regio soldada em ngulo em V. Reativo: nital 10%.. .............................56Figura 79 - Macroestrutura de regio de ao carbono. Reativo: nital 10% .................................................56

Quadro 1 - Nveis de grandezas da estrutura de materiais ...............................................................................46

Tabela 1 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CCC .........................25Tabela 2 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CFC .........................27Tabela 3 - Informaes da estrutura CFC ..................................................................................................................28Tabela 4 - Informaes da estrutura HC ....................................................................................................................31Tabela 5 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas HC ...........................31

Sumrio1. Introduo .......................................................................................................................................................................13

2. Tetraedro de Cincia e Engenharia dos Materiais .............................................................................................15

2.1 Tetraedro de Cincia e Engenharia dos Materiais ...........................................................................16

2.2 Conceitos Gerais: Metalurgia .................................................................................................................16

2.2.1 Classificao das Ligas Metlicas ........................................................................................17

2.2.2 Ligaes Qumicas ...................................................................................................................19

2.2.3 Cristalografia ...............................................................................................................................19

2.2.4 Solidificao dos Metais .........................................................................................................31

2.2.5 Influncia da velocidade de resfriamento e elemento de liga na formao das fases ..................................................................................................................40

2.2.6 Conceitos de processamentos das ligas metlicas .......................................................42

2.3 Conceitos Gerais: Metalografia ..............................................................................................................45

2.3.1 Fluxo geral de anlise ..............................................................................................................49

2.3.2 Infraestrutura laboratorial (equipamentos e leiaute) ..................................................50

2.3.3 Tcnicas e princpio de funcionamento dos microscpios ........................................51

2.3.4 Tcnicas de Anlises no Estereoscpio .............................................................................56

2.3.5 Principais normas tcnicas utilizadas para anlise metalogrfica .........................57

Referncias ...........................................................................................................................................................................61

Minicurrculo do Autor ....................................................................................................................................................63

ndice .....................................................................................................................................................................................65

1Introduo

Prezado docente!

Seja bem-vindo ao curso de Atualizao Tecnolgica em Metalurgia.

A metalografia uma tcnica de caracterizao estrutural dos metais e ligas inserida no campo da metalurgia. Embora seja empregada h anos nos mbitos industrial e acadmico, por meio da contribuio dos metalgrafos e pesquisadores, os conhecimentos acerca da ca-racterizao estrutural evoluem constantemente.

Portanto, diante dessa evoluo, este curso de Atualizao Tecnolgica em Metalurgia bus-ca gerar competncia no docente do SENAI Brasil, suscitando entre os profissionais o interesse no assunto e a troca de experincias, e, assim, propiciando o seu crescimento profissional.

Para isso, sero oferecidos diversos recursos didticos, a iniciar por este livro, denominado Introduo e Conceitos Bsicos de Metalurgia com nfase em Metalografia.

Voc convidado, a aprofundar ou revisar seus conhecimentos de Metalurgia, preparando-se, especialmente, para adentrar no fascinante mundo da metalografia, que o tema especfi-co do presente estudo.

Para os estudos iniciais, este livro est dividido em dois captulos, sendo esta introduo a primeira. J o Captulo 2 apresenta os pilares do Tetraedro de Engenharia voltado exclusiva-mente para a caracterizao estrutural das ligas metlicas. No entanto, voc ter a oportuni-dade de dedicar-se aos conhecimentos envolvidos no Tetraedro de Engenharia e aplic-los na prtica metalogrfica.

2Tetraedro de Engenharia dos Materiais

Neste captulo voc ir estudar o elo que h entre a metalurgia e a metalografia.

Os contedos de metalurgia direcionados caracterizao estrutural das ligas metlicas objetivam facilitar o estudo da metalografia. Para isso, necessrio compreender principalmente as variveis impactantes tanto na formao das estruturas quanto na identificao metalogrfica.

Assim, a partir de agora voc chamado a iniciar uma importante etapa no seu processo de aprendizagem. Mas lembre-se de no se limitar aos conhecimentos e aos recursos disponibilizados neste curso de Atualizao Tecnolgica em Metalurgia. Para isso, busque o conhecimento em Metalografia tambm atravs de outros meios, tais como: internet, publicaes tcnicas, diversos outros livros, etc.

INTRodUo E CoNCEIToS BSICoS dE METALURGIA CoM NFASE EM METALoGRAFIA16

2.1 TETRAEdRo dE ENGENHARIA doS MATERIAIS

O Tetraedro de Cincia e Engenharia dos Materiais representa um campo interdisciplinar voltado inveno de novos materiais e ao aperfeioamento dos j conhecidos. Os estudos concentram-se nos fundamentos cientficos da correlao entre os seus pilares, conforme apresentado na figura 1.

Propriedade Mecnica

Estrutura

Composio Qumica

Processamento

Figura 1 - Tetraedro de Cincia e Engenharia dos Materiais

A qualidade do material prevista em funo da correlao entre processamento, composio qumica, estrutura e propriedade mecnica.

Embora existam quatro pilares que compem o Tetraedro, um dos aspectos mais fascinantes e desa-fiadores para o profissional da rea a investigao da estrutura do material. No entanto, na maioria das vezes, necessria a correlao de todos os outros pilares para a investigao estrutural.

Neste livro, sero apresentados os principais conceitos e tcnicas empregadas para a investigao estrutural das ligas metlicas. Ainda, neste captulo, sero apontados alguns metalrgicos que, de certa forma, esto relacionados ao estudo da estrutura dos metais e ligas.

2.2 CoNCEIToS GERAIS: METALURGIA

A metalurgia considerada o ramo da Engenharia dos Materiais que estuda os fenmenos fsico-qumicos da extrao, transformao e tratamentos para a produo de peas metlicas adequadas para a sua aplicao.

Embora haja indcios de que o primeiro contato do homem com os metais tenha ocorrido por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C., somente a partir do sculo XVIII que a metalurgia tornou-se uma cincia, a qual possibilitou o homem a praticar melhorias contnuas nos processos metalrgicos. A partir de ento, surgiram novos ramos da metalurgia, que so apresentados a seguir:

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.

2 TETRAEdRo dE CINCIA E ENGENHARIA doS MATERIAIS17

Metalurgia Extrativa: cincia que estuda a obteno de metais a partir da extrao de minrios.

Metalurgia Fsica: cincia que estuda as transformaes das fases dos metais e ligas, relacionando-as com as estruturas e propriedades mecnicas em funo de sua aplicao.

Metalurgia da Transformao: cincia que estuda o processamento dos materiais em produtos apropriados fabricao de peas, equipamentos ou estruturas metlicas.

Metalurgia Mecnica: cincia que estuda as variveis metalrgicas que afetam as propriedades mecnicas, a caracterizao das propriedades mecnicas e a influncia da aplicao de tenso e deformaes sobre essas propriedades, estruturas dos metais e ligas.

Hidrometalurgia: cincia que utiliza o princpio da dissoluo qumica seguida por precipitao.

Pirometalurgia: cincia que utiliza o princpio da reduo do metal em alta temperatura.

Alm dos ramos da metalurgia destacados anteriormente, a partir do sculo XIX foram dados os primei-ros passos para o desenvolvimento de mais uma tcnica de fabricao de peas metlicas, com a utilizao de ps-metlicos, denominada Metalurgia do P. Essa tcnica possibilitou a produo de peas de alta preciso dimensional e complexidade.

2.2.1 ClassifiCao das ligas MetliCas

No contexto geral, a Engenharia de Materiais divide as ligas metlicas em duas grandes classes, a saber:

a) Ligas Ferrosas: so ligas que apresentam o ferro como elemento principal, como, por exemplo, o ao e o ferro fundido. As Figuras 2 e 3 ilustram dois exemplos de ligas ferrosas identificadas pela anlise microgrfica.

Figura 2 - Microestrutura do Ao Carbono. Figura 3 - Microestrutura do Ferro Cinzento.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.


b) Ligas No Ferrosas: so ligas cuja constituio qumica no se baseia no ferro como elemento principal, como, por exemplo, as ligas de cobre, ligas de alumnio etc. As Figuras 4 e 5 ilustram dois exemplos de ligas no ferrosas caracterizadas pela micrografia.

Figura 4 - Microestrutura Liga Alumnio Silcio Figura 5 - Microestrutura de Lato

As ligas no ferrosas tambm tm destaque importante na engenharia, devido combinao de boas propriedades mecnicas e resistncia corroso.

Os componentes automotivos de ligas de alumnio so tipicamente 50% mais leves e ainda garantem maior rigidez estrutural e segurana veicular que os fabricados com materiais mais pesados.

* Cada 10% de reduo de peso nos automveis pelo uso do alumnio em substituio ao ao representa um aumento de 5% a 7% em eficincia de combustvel.

* A cada 100 kg de reduo de peso de um automvel, cerca de 300 a 900 litros de combustvel podem ser economizados durante todo o ciclo de vida do veculo. Em txis e em nibus urbanos, a economia significativamente superior a 2.500 litros.

* Em mdia, cada quilo de alumnio, aplicado em substituio a um material pesado, pode evitar a emisso de at 20 kg de CO2 durante a vida til de um automvel; 28 kg de CO2, de caminhes, e 40 kg a 45 kg de CO2, de nibus.

* A aplicao do alumnio para reduzir o peso dos veculos do setor de transportes no mundo pode evitar a emisso de 660 milhes de toneladas de CO2 ao ano 9% das emisses do gs de efeito estufa relacionadas ao segmento.

* Com diversas vantagens tcnicas, econmicas e ambientais, cerca de 90% do alumnio presente nos veculos recuperado e reciclado.

Fonte: http://www.abal.org.br/

CURIOSI DADES

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.


2.2.2 ligaes QuMiCas

A definio bsica de ligao qumica pode ser entendida pelas foras, fundamentalmente de natureza eltrica, que mantm os tomos unidos para constiturem a estrutura bsica de um composto ou substncia. Sobretudo os tomos combinam entre si ou com outros elementos em busca de estabilidade, que, por sua vez, est relacionada com a configurao eletrnica do elemento. Neste contexto, as principais ligaes qumicas dos materiais podem ser denominadas de:

a) Ligao inica ou eletrovalente: uma ligao que ocorre entre metais e no metais, em que o alcance da estabilidade ocorre por um processo de transferncia de eltrons entre os tomos. possvel afirmar que nesse tipo de ligao enquanto um perde o outro elemento ganha eltrons.

b) Ligao covalente: outro tipo de ligao cuja estabilidade acontece pelo compartilhamento ou emparelhamento de eltrons. Isso significa que cada tomo deve contribuir com um eltron para a formao da ligao.

c) Ligao metlica: como o prprio nome enfatiza, a ligao metlica ocorre entre os metais que tm a sua explicao a partir da teoria de Nuvem Eletrnica. Essa teoria se ampara em uma propriedade que os metais apresentam, que a de possuir eltrons livres. As ligaes entre os metais podem formar substncias simples ou ligas metlicas. Embora nem todas as ligas metlicas apresentem caractersticas similares, pode-se destacar as principais como sendo: condutividade trmica e eltrica, maleabilidade, brilho, ductilidade etc. H ligas metlicas que no so maleveis e nem dcteis. Neste caso, tais ligas so caracterizadas frgeis.

Um material dctil aquele que se deforma sob tenso cisalhante. Ouro, cobre e alumnio so metais dcteis. O oposto de dctil frgil, quando o material se rompe sem sofrer grande deformao.

A maleabilidade uma propriedade que junto ductilidade apresentam os corpos ao serem moldados por deformao. A diferena que a ductilidade se refere formao de filamentos e a maleabilidade permite a formao de delgadas lminas do material sem que este se rompa, tendo comum que no existe nenhum mtodo para quantific-los. O elemento conhecido mais malevel o ouro. Que se pode malear at dez milsimos de milmetro de espessura. Tambm apresenta esta caracterstica, em menor escala, o alumnio, tendo-se popularizado o papel de alumnio como envoltrio conservante para alimentos, assim como na fabricao do Tetra Pak.

Fonte: https://igorantunes.wordpress.com/2012/01/31/ductilidade-e-maleabilidade/

CURIOSI DADES

2.2.3 Cristalografia

A cristalografia uma cincia importante no mbito da Engenharia de Materiais, que relaciona a dispo-sio atmica na estrutura de um material em funo do seu estado.

Entretanto, o estudo cristalogrfico permite classificar os materiais em funo da disposio atmica, conforme apresentado a seguir:


Slidos Cristalinos: materiais constitudos por tomos ordenados e empilhados sobre longas distncias atmicas, formando uma estrutura tridimensional que se denomina rede cristalinas, conforme Figura 6.

Cristalino

Figura 6 - Estrutura Cristalina

As propriedades dos materiais slidos cristalinos dependem da estrutura cristalina, ou seja, da maneira na qual os tomos, molculas ou ons esto espacialmente dispostos. Pode-se afirmar que a estrutura cristalina caracterstica dos materiais metlicos, as excees so os vidros metlicos. Estes so obtidos por metais ou ligas solidificados to rapidamente que a estrutura cristalina no formada, e o material amorfo.

Slidos no cristalinos ou amorfos: diferentemente dos slidos cristalinos, a ausncia de um padro de ordenao caracteriza os chamados slidos no cristalinos, conforme Figura 7. Os materiais que apresentam esse tipo de disposio atmica podem ser exemplificados por alguns tipos de polmeros, vidros, entre outros.

Amorfo

Figura 7 - Amorfos

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.


A estrutura cristalina dos materiais composta por pequenos agrupamentos atmicos que se formam em um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional. Um exemplo desse pequeno agrupamento atmico, denominado clula unitria, pode ser compreendido pela anlise da Figura 8.

Clula Unitria

Slido Cristalino CFC

Outra representao da clula unitria. As esferasrepresentam as posiesocupadas pelos tomos.

Clula unitriarepresentada por

esferas rgidas(em escala)

Figura 8 - Sistema cristalino CFC e sua clula unitria

Percebe-se pela interpretao da figura 8 que as clulas unitrias so formadas por tomos representa-dos por esferas rgidas.

Em 1848, August J. Bravais demonstrou que, em funo de sua simetria, somente 14 tipos de retculos podem ser desenhados tridimensionalmente, em sete sistemas cristalinos, conforme apresentado a seguir.

Sistema Cristalino Cbico

Retculos

Simples

Corpo Centrado

Face Centrada

Parmetros da Clula = = = 90A = B = C

Elementos de Simetria 4 eixos simetria 3

Figura 9 - Sistema Cristalino Cbico

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.


Sistema Cristalino Tetragonal

Retcu

los Simples

Corpo Centrado

Parmetros da Clula = = = 90A = B C

Elementos de Simetria 1 eixo simetria 4

Figura 10 - Sistema Cristalino Tetragonal

Sistema Cristalino HexagonalRetculos

SimplesParmetros da Clula = = 90 = 120 A = B C


Figura 11 - Sistema Cristalino Hexagonal

Sistema Cristalino Ortorrmbico

Retculos

Simples Corpo Centrado

Face CentradaBase Centrada

Parmetros da Clula = = = 90 A B CElementos de Simetria 3 eixos simetria 2

Figura 12 - Sistema Cristalino Ortorrmbico

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Sistema Cristalino Rombodrico

Retculos

SimplesParmetros da Clula = = 90 A = B = CElementos de Simetria

1 eixo simetria 3

Figura 13 - Sistema Cristalino Rombodrico

Sistema Cristalino Tetragonal

Retculos Simples

Corpo Centrado

Parmetros da Clula = = = 90A = B C


Figura 14 - Sistema Cristalino Tetragonal

Sistema Cristalino Triclnico

Retculos

SimplesParmetros da Clula 90 A B CElementos de Simetria

3 eixos simetria 2

Figura 15 - Sistema Cristalino Triclnio

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.

LACE

RDA

, Rdr

igo

Hen

rique

, 201

5.


As clulas unitrias mais comuns que constituem as estruturas cristalinas dos metais e ligas so:

Clula Cbica de Corpo Centrado (CCC)

A estrutura cristalina Cbica de Corpo Centrado, conforme ilustrada na figura 16, formada por 1/8 de tomos em seus vrtices e mais um tomo no centro do cubo, totalizando a presena de dois tomos.

ar

Figura 16 - Clula Cbica de Corpo Centrado

4r

a

a

a

C

A

B

(1)

(2)

Figura 17 - Parmetro de rede da CCC

Observa-se na figura 17 que os tomos da estrutura CCC esto em contato ao longo da diagonal prin-cipal do cubo, que tem a dimenso de 3a. Como nessa diagonal h quatro raios atmicos, o parmetro de rede da clula CCC, cuja definio basicamente a menor distncia entre um tomo e outro na clula unitria, representada da seguinte maneira:

a = 4r / 3

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.


O parmetro de rede pode ser definido como sendo a menor distncia entre tomos na clula unitria. Para ampliar os seus conhecimentos sugerimos que leia o livro:

CALLISTER, William D; RETHWISCH; David G. Cincia e Engenharia de Materiais. Uma Introduo. 8ed. LTC. So Paulo. 2012.

SAIBA MAIS

A Tabela 1 apresenta alguns metais com estrutura cristalina CCC temperatura ambiente (20C) e seus respectivos parmetros de rede e raios atmicos:

Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CCC

METAL PARMETRO DE REDE A (NM)RAIO ATMICO

R* (NM)

Cromo 0,289 0,125

Ferro 0,287 0,124

Molibdnio 0,315 0,136

Sdio 0,429 0,186

Tabela 1 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CCC

Em funo da determinao do parmetro de rede, possvel calcular tambm o volume da clula pela seguinte equao:

a = (4r / 3)3

O fator de empacotamento atmico (FEA) corresponde frao do espao ocupado por tomos em relao ao volume total da clula, considerando-os como sendo esferas rgidas. Ento, o FEA pode ser des-crito pela seguinte equao:

Assim, a frmula do FEA da clula CCC pode ser expressa por:

O FEA da clula CCC de 68%, ou seja, isso significa que os dois tomos da estrutura ocupam 68% de seu espao.

FEA = Quantidade de tomos x (Volume do tomo)Volume da Clula Unitria

FEA = 2 tomos x (4/3 r)(4r / 3)


Existem outras informaes importantes que tambm podem ser compreendidas nas clulas unitrias, como, por exemplo, o nmero de coordenao. O nmero de coordenao, representado pela sigla NC, corresponde ao nmero de tomos vizinhos mais prximos, ou nmero de tomos que tocam um tomo em particular. Na estrutura CCC, conforme a figura 18, o nmero de coordenao 8.

Figura 18 - Representao da estrutura CCC

Clula Cbica de face Centrada (CfC)

A estrutura Cbica de Face Centrada, ilustrada pela figura 19, formada por 1/8 de tomos em seus vr-tices e mais 1/2 de seis tomos localizados em cada face da clula, totalizando a presena de quatro tomos.

a

a

r

4r

Figura 19 - Cbico de Face Centrado

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.LA

CERD

A, R

odrig

o H

enriq

ue d

e, 2

015.


4r

a

Figura 20 - Parmetro de rede da CFC.

Os tomos na estrutura CFC, como se observa nas figuras 19 e 20, esto em contato na diagonal da face do cubo, que tem a dimenso de 2a. Como h quatro raios atmicos ao longo dessa dimenso (dois raios dos tomos de face centrada e um raio em cada tomo dos vrtices), o parmetro de rede da clula CFC :

a = 2r 2

A Tabela 2 apresenta alguns metais com estrutura cristalina CFC temperatura ambiente (20C) e seus respectivos parmetros de rede e raios atmicos:

Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CFC

METAL PARMETRO DE REDE A (NM) RAIO ATMICO R* (NM)

Alumnio 0,405 0,143

Ouro 0,408 0,144

Cobre 0,3615 0,128

Prata 0,409 0,144

Tabela 2 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas CFC

A seguir, a Tabela 3 enfatiza as principais caractersticas compreendidas na estrutura CFC.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Informaes da estrutura CFC

CLULA UNITRIA

NMERO DE TOMOS

NMERO DE COORDENAO

PARMETRO DE REDE FEA

VOLUME DA CLULA

CFC 4 12 a= 2r2 74% V = a

Tabela 3 - Informaes da estrutura CFC

Alm das caractersticas especficas de cada clula unitria, que, em geral, daro origem estrutura do material, tambm importante apresentar o fenmeno conhecido como Polimorfismo ou Alotropia.

Em alguns metais, e at mesmo no metais, dependendo da temperatura e presso, pode haver mais de uma estrutura cristalina. Essa mudana de estrutura denominada Polimorfismo ou Alotropia. Geralmente as transformaes polimrficas so acompanhadas de mudanas na densidade e tambm nas proprieda-des fsicas.

Dentre os elementos polimrficos, destaca-se o ferro. Na temperatura ambiente o ferro apresenta estru-tura CCC. Ao cessar calor, a 912C o elemento transforma sua estrutura cristalina para CFC, na qual perma-nece at a temperatura de 1394C. Acima dessa temperatura o ferro se transforma novamente na estrutura CCC. A figura 21 ilustra essa mudana de estrutura cristalina.

CCC de 1394 - 1530C

de 912 - 1394C

at 912C

CCC

CFC

CCC

Figura 21 - Alotropia do ferro


Devido s caractersticas especficas de cada clula unitria, a transformao alotrpica do ferro puro a 912C certamente acompanhada por uma mudana de volume, a qual apresentada a seguir:

01 J que existem 04 tomos por clula unitria CFC, o volume por tomo na rede cristalina :

VCFC = (2r2) / 4 = 5,66r

02 J que existem 02 tomos por clula unitria CCC, o volume por tomo na rede cristalina :

VCCC = (4r/3) / 2 = 6,16r

Admitindo que no haja variao do raio atmico, a variao de volume associado transformao da estrutura cristalina de CFC para CCC :

V = VCCC VCFC = 6,16r 5,66r = +0,088 = +8,8%

VCFC 5,66r

Desta maneira, na transformao de CFC para CCC haver um aumento de volume em torno de 8,8%.

Fonte: CALLISTER, William D; RETHWISCH; David G. Cincia e Engenharia de Materiais. Uma Introduo. 8ed. LTC. So Paulo. 2012.

CURIOSI DADES

No s a alotropia, mas tambm outras informaes peculiares de cada material podem ser compreen-didas atravs do ensaio de Dilatometria.

Esse ensaio, geralmente realizado em centros de pesquisas, est vinculado ao objetivo de determinar as temperaturas de incio e fim das transformaes de fases, como mostrado na figura 22.

3

1

2

x10-3 dL/Lo

x10 oC

M.A.

perlita

austenita

13

11

10 20 30 40 50 60 70 80 90

9

7

5

3

1

-1

Figura 22 - Anlise de austenitizao e da formao de martensita pela dilatometria.Fonte: CARMO; Jos Denlson. 2011. Tese. UFMG.

Observa-se a transformao das fases ferrita () + cementita (Fe3C) para austenita () atravs do ensaio de dilatometria. As fases + Fe3C constituem a perlita, estando o ao na condio de recozido. O ponto 1 indica a temperatura de 776C para incio de transformao para austenita, e o ponto 2, a temperatura de 792C para o final.


Clula Hexagonal Compacta (HC)

A estrutura Hexagonal Compacta formada por trs planos atmicos, conforme evidenciada nas figuras 23 e 24. Apenas 1/6 de cada um dos seis tomos localizados nos vrtices mais 1/2 no centro da face do plano basal esto dentro da clula HC. Da mesma maneira pode se observar para o plano inferior. O plano central da clula constitudo por mais trs tomos, totalizando seis tomos na clula.

a

c

c

c / a = 1,633

plano a

plano b

plano c

a1

a2

a3

Figura 23 - Plano da estrutura HC

c

a

Figura 24 - Plano da estrutura HC

As principais caractersticas da estrutura HC so apresentadas na Tabela 4:

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Informaes da estrutura HC

CLULA UNITRIA

NMERO DE TOMOS

NMERO DE COORDENAO

PARMETRO DE REDE FEA

VOLUME DA CLULA

HC 6 12 a = 2r 74% V = 6r3 c

Tabela 4 - Informaes da estrutura HC

Os Fatores de Empacotamento Atmico das clulas CFC e HC so similares e maiores em relao CCC. Dessa maneira, entende-se que os planos das estruturas CFC e HC deslizam em uma intensidade maior, conferindo ao material uma boa capacidade de deformao.

A deformao dos metais envolve deslizamento de tomos, escorregando uns sobre os outros no cristal. O deslizamento ocorre mais facilmente nos planos e direes especficos do cristal. Os materiais de clulas CFC e HC apresentam planos mais favorveis ao deslizamento.

Fonte: Askeland et. al. Cincia e Engenharia dos Materiais. 2008.

CURIOSI DADES

A Tabela 5 apresenta alguns metais com estrutura cristalina HC temperatura ambiente (20C) e seus respectivos parmetros de rede e raios atmicos:

Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas HC

METALPARMETRO DE REDE

RAIO ATMICO R* (nm)a (nm) c (nm)

Zinco 0,2665 0,4947 0,133

Berlio 0,2286 0,3584 0,113

Magnsio 0,3209 0,5209 0,160

Titnio 0,2950 0,4683 0,147

Tabela 5 - Parmetros de rede e raios atmicos de algumas estruturas cristalinas HC

2.2.4 solidifiCao dos Metais

Embora no tpico anterior no se tenha admitido que as estruturas cristalinas dos materiais metli-cos sejam imperfeitas, possvel observar, por intermdio da tcnica de caracterizao por difrao de raios x, que os slidos so constitudos por diversos defeitos nos arranjos atmicos. Tais irregularidades influem em diversas propriedades que, de certa forma, no so sempre prejudiciais qualidade dos metais e suas ligas.


Certamente possvel afirmar que os defeitos cristalinos so formados durante a etapa de solidifica-o dos metais e suas ligas. A formao dos defeitos depende da maneira como o lquido se transforma em slido. No entanto, o conhecimento do processo de solidificao de materiais metlicos importan-te para prever, de certa maneira, a incidncia de defeitos e compreender a formao da estrutura dos materiais metlicos.

A transformao da fase lquida em fase slida acontecer apenas se houver mudanas de energia no sistema. Isto , a fase lquida do sistema deve perder energia para formar a fase slida. Resumida-mente, as mudanas de energia durante a transformao podem ser compreendidas pela equao de energia livre de Gibbs:

G = H T x S

G = Variao da Energia Livre

H = Variao da Entalpia

T = Temperatura absoluta

S = Variao da Entropia de um sistema

Os conceitos detalhados acerca desse assunto podem ser estudados em diversas literaturas de metalurgia fsica, a destacar-se o livro Physical Metallurgy Principles, de Robert E. Reed Hill.

SAIBA MAIS

A figura 25 ilustra a diminuio de energia livre em funo da transformao das fases durante a solidificao:

T

G

Gv

Gslido

Glquido

T Tf T

Figura 25 - Mudana de energia livre

Observa-se na figura 25 que h um ponto de interseo, Tf, entre a linha GS e GL. Esse ponto correspon-de temperatura em que as fases lquidas e slidas esto em equilbrio, ou seja, a temperatura de fuso do sistema. A partir dessa interseo, em altas temperaturas a energia livre de Gibbs para a fase lquida ser menor. Em contrapartida, abaixo do referido ponto a menor energia livre ser na fase slida.


Havendo a diminuio de energia livre no sistema, por consequncia ocorrero a nucleao e o cresci-mento das fases slidas no meio lquido, assunto este abordado a seguir:

Nucleao e Crescimento

A solidificao de um metal ou liga metlica pode ser estudada pelo aspecto termodinmico e cin-tico. A abordagem termodinmica analisa as energias de solidificao, que do origem formao dos primeiros ncleos no meio lquido. Este fenmeno de aparecimento de ncleos denominado nuclea-o. J a abordagem cintica estuda a velocidade em que as fases nucleadas crescem. Este fenmeno denominado crescimento.

importante salientar que o crescimento das fases slidas ocorre em consequncia da diminuio da temperatura que, sobretudo, ocorrer devido diminuio de energia livre do sistema.

Durante o estado lquido de um metal ou liga metlica, os tomos apresentam elevado grau de agitao em torno das posies geomtricas definidas, as quais so determinadas pelo tipo de arranjo cristalino es-pecfico do material em questo. A movimentao do tomo de um stio para outro stio definido como difuso. Portanto, possvel afirmar que o aumento da temperatura provoca o acrscimo energtico vibra-cional, favorecendo o deslocamento atmico.

Por se movimentarem rapidamente no estado lquido, milhares de tomos entram em coliso uns com os outros. medida que a temperatura diminui, as colises atmicas aumentam, formando, por conse-quncia, os agrupamentos atmicos. Os primeiros agrupamentos dos tomos, denominados de embries, so instveis, ou seja, formam-se e desfazem-se isoladamente na rede. Isso de fato acontece devido ao raio do embrio ser muito pequeno. Com o decrscimo da temperatura, as condies termodinmicas e cinticas so favorecidas para o aumento do volume do agrupamento atmico. No entanto, o crescimento desse novo agrupamento, denominado ncleo, ocorre por migrao de tomos do lquido para o slido, acoplando os tomos nas posies de equilbrio do reticulado. Com a formao do ncleo tem-se uma in-terface slido-lquida, conforme figura 26. Est associada a essa interface uma energia superficial, de forma que quanto maior a superfcie do ncleo slido, maior ser o valor da energia superficial.

LquidoInterface

Slido-LquidoSlido

r

rea = 4pirVolume = 43 pir

Figura 26 - Surgimento de uma interface

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Por serem estveis, os ncleos, em condies favorveis termodinamicamente, crescem dando origem aos cristais que, j no estado slido, formam as estruturas de gros. Essas etapas acerca da nucleao e crescimento so representadas na figura 27.

Lquido

Cristais queformaro os grosNcleos

Gros

Contornosde gro

Figura 27 - Nucleao e crescimento da solidificao

De acordo com Askeland (2008), o mtodo para controlar as propriedades mecnicas de um metal ocorre pelo ajuste do tamanho de gros. Ao reduzir o tamanho de gro, aumenta-se a quantidade total de reas de contornos de gros. Dessa forma, qualquer discordncia ir se mover apenas por uma curta distncia antes de encontrar um contorno de gro e ser bloqueada. Esse bloqueio de movimento das discordncias eleva a resistncia do material metlico. A equao de Hall-Petch relaciona o tamanho de gro com o limite de escoamento:

y = o + K d ^ (-1/2)

em que y o limite de escoamento (tenso mnima necessria para causar a deformao permanente), d o dimetro mdio dos gros e o e K so as constantes do metal.

Fonte: ASKELAND, Donald R. Cincia e Engenharia dos Materiais. Cengage Learning. 8 Edio.

CURIOSI DADES

Os principais mecanismos responsveis pela nucleao dos embries e consequentemente dos ncleos so: nucleao homognea ou nucleao heterognea.

Nucleao Homognea: neste tipo de nucleao as formaes de partculas slidas estveis ocorrem a partir do prprio metal lquido e em qualquer ponto do sistema, pois no existem stios preferenciais para o incio da nucleao. A nucleao homognea tambm denominada endgena.

Nucleao Heterognea: neste tipo de nucleao, tambm denominada exgena, os ncleos estveis se formam a partir de substratos estranhos presentes no metal lquido, tais como incluses, parede do molde, inoculantes etc. A figura 28 ilustra uma microestrutura de ferro fundido cinzento em que possvel observar a nucleao da grafita a partir de uma incluso no metlica.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Figura 28 - Nucleao da grafita a partir de uma incluso

A solidificao dos metais pode ser compreendida tanto pelas curvas de anlise trmica quanto pelo uso do diagrama de equilbrio de fases.

Embora seja uma tcnica pouco explorada, nos ltimos anos a anlise trmica de solidificao vem se destacando no controle de produo dos metais e suas ligas. Atravs da interpretao da curva obtida pela temperatura x tempo, conforme ilustra a figura 29, possvel prever, por amostragem, as caractersticas microestruturais e mecnicas da liga.

Figura 29 - Curva de anlise trmica de solidificao de uma liga Al-Si.Fonte: FARIA, Reyler Bueno et. al. 2013.

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.


A microestrutura da liga Al-Si obtida na condio de solidificao apresentada pela figura 29 com-posta por um agregado euttico na sua forma globular, soluo slida alfa e compostos intermetlicos. A figura 30 evidencia tais caractersticas:

Figura 30 - Microestrutura da liga Al-SiFonte: : FARIA, Reyler Bueno et. al. 2013.

diagramas de equilbrio de fases

Diversos materiais metlicos so utilizados em aplicaes de engenharia. Todavia, poucos so constitu-dos de metais puros, em consequncia das baixas propriedades apresentadas por esse tipo de material. Um metal puro composto basicamente por uma nica fase que se encontra homogeneamente distribu-da. A introduo de tomos de soluto em um sistema com essa condio provocam alteraes em toda a rede cristalina inicial. Por consequncia, formam-se outras fases. Assim, o metal que antes era considerado puro, se transforma em uma liga metlica.

As fases formadas nas ligas por meio da introduo de elementos de liga no dependem apenas da quantidade absoluta a ser adicionada, mas tambm das caractersticas especficas de cada constituinte, como, por exemplo: tipo de clula unitria, raio atmico etc.

Inerentes a cada liga metlica, os diagramas de fases so construdos a partir das energias livres pre-sentes em cada sistema. Pela interpretao da figura 31, ponto (a), possvel afirmar que uma fase de alta energia livre totalmente instvel. Porm, medida que as energias livres diminuem e tambm ocorre uma quebra das barreiras energticas, as fases instveis se transformam em metaestveis, ponto (b). No entanto, o sistema pode atingir um nvel ainda mais baixo de energia livre, formando as fases de maior estabilidade, referenciada pelo ponto (c).


(a)

(b)

(c)Energia Livre do Gibbs, G

Figura 31 - Transformao de fases em funo da energia livre

A fase mais estvel identificada na metalografia de ligas ferrosas a grafita e a metaestvel, a Cementita Fe3C. Alm de serem formadas durante a solidificao e nas transformaes slidas, ambas tambm so influenciadas diretamente pelo carbono. No entanto, pela figura 31 pode-se concluir que possvel trans-formar a Cementita em grafita, desde que o sistema tenha condies termodinmicas favorveis para que essa transformao ocorra.

As figuras 32 e 33 ilustram as microestruturas solidificadas no sistema estvel e metaestvel.

Figura 32 - Microestrutura constituda por grafita Estvel Figura 33 - Microestrutura constituda por cementita Metaestvel

A maioria dos diagramas binrios em Cincia dos Materiais interpretada somente em funo da tem-peratura e composio. A presso nesse caso mantida constante, geralmente em 1 atm.

Os diagramas so classificados em dois tipos: isomorfos e anisomorfos.

a) Sistemas Isomorfos Binrios:

Os Sistemas Isomorfos Binrios so representados pelos diagramas em que os componentes da liga tm completa solubilidade no estado lquido e slido. A figura 34 ilustra esse tipo de sistema atravs do diagrama da liga Cu-Ni.

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.


01600

1500

2800

2600

2400

2200

2000

1400

1300

1200

1100

1000

1085C

1453C

20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

Composio (%p Ni)

Lquido

Linha liquidus

Linha solidus

(Ni)(Cu)

+ L

Figura 34 - Diagrama de equilbrio isomorfo Cu-Ni

Observa-se na figura 34 que existem trs regies de fases diferentes, a saber: fase lquida (L), campo bifsico (L+) e fase slida ().

A fase lquida (L) uma soluo homognea que contm tomos de cobre e nquel. A fase uma solu-o slida substitucional, contendo tomos de cobre e nquel. Os tomos de cobre e nquel se constituem em uma estrutura cristalina CFC.

O intervalo de solidificao evidenciado entre as linhas liquidus e solidus, sendo definido como a regio onde se iniciam os fenmenos acerca da solidificao, ou seja, nucleao e crescimento das fases slidas em meio fase lquida. No diagrama isomorfo Cu-Ni, as fases presentes nesse intervalo so +L. Em temperaturas abaixo de 1080C o cobre e o nquel so solveis um no outro no estado slido para todas as composies.

b) Sistemas Binrios Anisomorfos:

Diferentemente dos isomorfos, os sistemas binrios anisomorfos so constitudos de componentes com diferentes estruturas cristalinas. Por consequncia, formam-se limites de solubilidade de um elemen-to no outro. Embora apresentem essas caractersticas, os diagramas dos Sistemas Binrios Anisomorfos podem ser caracterizados tambm pelas reaes invariantes ocorridas durante as transformaes de fases, conforme figura 35.


Euttica

Perittica

Monottica

Eutetide

Peritetide

L +

+ L

L1 L2 +

+

+

+ e so fases slidas distintas - L, L1 e L2 so fases lquidas distintas

L

+

L + L

+L2

L1L2

+

+

Figura 35 - Tipos de reaes invariantes nos diagramas de fases binrias

Todas as cinco reaes apresentadas na figura 35 podem ser denominadas como:

Euttica: uma fase lquida se transformando em duas fases (liquida e solida).

Perittica: duas fases, sendo uma lquida e a outra slida, se transformando em uma fase slida.

Monottica: uma fase lquida se transformando em outras duas fases, uma slida e a outra lquida.

Eutetide: uma fase slida se transformando em outras duas fases slidas.

Peritetide: duas fases slidas se transformando em outra fase slida.

As reaes invariantes podem ser entendidas por ocorrerem em um ponto especfico do diagrama de equilbrio, onde no h variao de composio, temperatura e presso.

Fonte: HILL, Robert E. Reed; ABBASCHIAN, Lara; ABBASCHIAN, Reza. Physical Metallurgy Principles. Cengage Learning. 3 Edio.

CURIOSI DADES

Atravs do diagrama de equilbrio possvel analisar detalhadamente a formao das fases durante a solidificao de uma liga metlica, conforme abordado no prximo tpico.

formao das fases durante a solidificao

Considera-se a formao das fases durante a solidificao como um processo termodinamicamente ativado, que ocorre em diferentes temperaturas e composies. A figura 36 ilustra esquematicamente a solidificao de uma liga com 35% Ni e 65% Cu em peso e, posteriormente, so evidenciados a sequncia da nucleao e o crescimento das fases.


Composio (%p) Ni

Tem

pera

tura

, CL

a

bc

d

e

L (35Ni)

(35Ni)

(43Ni)

(43Ni)

(35Ni)L (24Ni)

L (24Ni)

L (32Ni)

L (32Ni)

(46Ni)

(46Ni)

L (35Ni)

L+

L+

1300

20 30 40 50

1200

1250

1150

1100

Figura 36 - Seo do diagrama de fases Cu-Zn

Ponto A: temperatura de 1295C na regio onde h uma fase totalmente lquida. A composio da respectiva fase similar da liga, ou seja, 35% Ni.

Ponto B: nucleao das primeiras partculas slidas em meio lquido. A composio da fase slida de 45% Ni, e a lquida de 35% Ni.

Ponto C: crescimento das partculas com a diminuio da temperatura entre os pontos B e C. No ponto C a composio das partculas slidas de 43%Ni, e a lquida de 32% Ni.

Ponto D: o intervalo entre os pontos B e D considerado como intervalo de solidificao. Assim, abaixo do ponto D a liga se encontra totalmente solidificada.

Ponto E: a fase est totalmente slida, com composio similar da liga, ou seja, 35%Ni e 65% de cobre.

2.2.5 iNfluNCia da veloCidade de resfriaMeNto e eleMeNto de liga Na forMao das fases

A maneira como as fases nucleiam, crescem e distribuem para a formao da microestrutura da liga influenciada tanto pela velocidade de resfriamento quanto pelos elementos de ligas. Assim, o controle dessas duas variveis se torna imprescindvel para a obteno de peas com alta qualidade e isentas de defeitos. A seguir so explanadas algumas consideraes importantes acerca deste assunto:

a) Velocidade de Resfriamento: a variao de espessura na pea, os diferentes processos de transforma-o (soldagem, laminao, extruso, molde de matriz metlica, molde de areia etc.), os tipos de tratamentos trmicos afetam diretamente a taxa de resfriamento. Como, por exemplo, possvel observar que amostras retiradas de uma mesma pea, porm em sees de espessuras diferentes, apresentam caractersticas micro-estruturais dessemelhantes. Enquanto em uma seo fina a microestrutura constitui-se de aspecto refinado, a da seo espessa, por sua vez, se caracteriza por ser grosseira, conforme apresentada na figura 37.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Figura 37 - Variao de microestrutura

Outro exemplo que pode ser ilustrado nesta abordagem a soldagem com vrios passes. Nesse proces-so, possivelmente a microestrutura das regies adjacentes ao passe que est sendo depositado alterada devido alta temperatura. As regies mais prximas ao passe podero ser reaustenitizadas, e, por conse-quncia, sofrer crescimento de gros. J nas regies mais afastadas, as temperaturas no so elevadas ao ponto de provocar alteraes drsticas na microestrutura. Em algumas situaes, dependendo tambm da composio qumica da solda, pode ocorrer a formao de precipitados. Todas essas alteraes microes-truturais comprometem o desempenho mecnico da pea. A figura 38 ilustra o aspecto de uma solda de vrios passes, indicando as regies afetadas (1) e no afetadas (2).

Figura 38 - Macroestrutura da regio soldada

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


Elemento de liga: outra varivel que tambm influencia a formao de fases, e que precisa ser contro-lada, so os elementos de liga. Quando adicionados, dependendo do tipo e tambm de suas propores na composio qumica, os elementos alteram termodinamicamente a formao das fases e, consequen-temente, a microestrutura do material. As Figuras 39 a 42 ilustram alguns exemplos de microestruturas formadas pela adio de elemento de liga:

Figura 39 - Microestrutura Austentica rica em mangans. Ao Mn Figura 40 - Grafita nodular formada pelo tratamento de nodularizao com magnsio. Ferro Fundido Nodular

Figura 41 - Microestrutura com carbonetos ricos em cromo. Ferro Fundido Branco

Figura 42 - Microestrutura formada por soluo slida alfa rico em alumnio (reas claras) e agregado euttico rico em Al+Si (reas escuras). Liga de alumnio

e silcio modificada com estrncio

2.2.6 CoNCeitos de proCessaMeNtos das ligas MetliCas

Existem inmeros tipos de processos de transformaes para a fabricao de peas com caractersticas especficas. A seguir so apresentados alguns dos principais tipos e suas peculiaridades:

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.

PARR

EIRA

S, P

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lva.


A - Conformao mecnica: um tipo de processo em que o formato da pea ocorre por aplicao de foras externas necessrias para exceder a tenso de escoamento do material, ou seja, foras que provo-cam a deformao plstica. Exemplos: forjamento, laminao, extruso, trefilao etc.

A conformao mecnica pode ser classificada em trabalho a quente, a morno e a frio. Essa classificao ocorre em funo da temperatura de trabalho, do material e das caractersticas especficas quanto micro-estrutura e propriedade mecnica.

Em geral, possvel afirmar que as variaes microestruturais ocorridas com a conformao mecnica proporcionam um aumento na ductilidade e na tenacidade, comparado ao estado fundido. Isso ocorre porque atravs desse processo h reduo considervel de segregao, de gros heterogneos, de regies coquilhadas e de outros tipos de anomalias que podem ser formados na microestrutura dos metais e ligas.

A figura 43 ilustra resumidamente as variaes microestruturais em funo das foras submetidas em uma barra metlica. Observa-se que na condio original, os gros apresentam aspectos equiaxiais. me-dida que as foras so aplicadas, os gros se deformam at chegar ao seu estado permanente. Em funo da alterao microestrutural h tambm uma mudana na caracterstica mecnica da liga.

Tem

pera

tura

ORIGINAL DEFORMADO ESTADO PERMANENTE

Figura 43 - Alterao microestrutural devido aplicao de foras

As Figuras 44 e 45 ilustram a condio estrutural de um ao carbono laminado e forjado, respectivamente.

Figura 44 - Ao carbono laminado conformado Figura 45 - Alinhamento de segregao de material

LOPE

S, D

uala

s Fe

rnan

do.

PARR

EIRA

S, P

hilip

e Si

lva.

LACE

RDA

, Rod

rigo

Hen

rique

de,

201

5.


B - Fundio: um tipo de processo no qual a obteno da pea ocorre mediante o vazamento do metal lquido em um molde que possui cavidade compatvel forma desejada. comum que os moldes sejam metlicos ou at mesmo fabricados pela compactao da areia. Nos moldes de areia a taxa de resfriamento da liga menor em relao ao molde metlico. Portanto, como h diferena de taxa de resfriamento para ambas as condies, consequentemente a microestrutura da liga influenciada, conforme apresentado nas figuras 46 e 47.

Figura 46 - Microestrutura de uma liga Al-Si fabricada por molde de areia. Figura 47 - Microestrutura de uma liga Al-Si fabricada por molde metlico.

C - Soldagem: este processo conceituado pela unio localizada de duas peas, geralmente metlicas, baseada na ao de foras em escalas atmicas em consequncia da elevada temperatura de trabalho. Em funo da alta taxa calorfica submetida em diferentes regies, a pea soldada geralmente apresenta trs regies distintas: metal base, zona termicamente afetada e metal solda. As figuras 48 e 49 ilustram, respectivamente, o aspecto microestrutural e macroestrutural de uma regio soldada.

Figura 48 - Microestrutura de uma regio soldada Figura 49 - Macroestrutura de uma regio soldada

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D - Tratamentos Trmicos: os tratamentos trmicos so basicamente ciclos de aquecimento e resfriamento sob condies controladas, que visam alterar as propriedades dos metais e ligas atravs da modificao da microestrutura. Dividem-se os tratamentos trmicos basicamente em duas grandes classes, a saber:

Tratamento termofsico: tipo de tratamento em que as microestruturas e consequentemente as propriedades do material so alteradas apenas por meio de aquecimento e resfriamento. Alguns dos exemplos de tratamentos termofsicos so: normalizao, recozimento, tmpera, revenimento, austmpera etc. As figuras 50 e 51 ilustram a microestrutura de uma liga de ao carbono sem tratamento trmico e tratado termicamente, respectivamente.

Figura 50 - Microestrutura de uma liga de ao sem tratamento trmico Figura 51 - Microestrutura de uma liga tratada termicamente (normalizada)

Tratamento termoqumico: nos tratamentos termoqumicos as microestruturas e as propriedades so alteradas por meio de aquecimento, resfriamento e adio de elementos qumicos na superfcie do material. Os tratamentos termoqumicos mais comuns so: cementao, nitretao, carbonitretao etc.

Embora cada processo tenha sua caracterstica peculiar, importante ressaltar que as variveis de processos sejam controladas para todos, de forma a garantir uma microestrutura homognea e com propriedades mecnicas desejveis.

2.3 CoNCEIToS GERAIS: METALoGRAFIA

Metalografia: o ramo da metalurgia que visa estudar as microestruturas dos metais e suas ligas atravs de ferramentas com alta capacidade de ampliao. No final do sculo XIX, a metalografia passou a ter destaque, principalmente com os trabalhos de Osmond e Le Chatelier (1885) na Frana, Martens (1878) na Alemanha, Arnold e Stead (1894) no Reino Unido e Howe e Sauvert (1891) nos EUA.

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Adolf Karl Gottfried Martens, mais conhecido como Adolf Martens, foi um metalurgista alemo que contribuiu com o desenvolvimento da metalografia, testes mecnicos e com a engenharia dos materiais. De seu nome derivada a microestrutura Martensita.

CURIOSI DADES

Supe-se que devido necessidade de entender melhor os ensaios para controle da qualidade das peas fabricadas, a partir do sculo XVI, surgiram na Europa os primeiros livros que abordaram os aspectos prticos da metalurgia extrativa, incluindo ensaios de controle de qualidade atravs de corpos-de-prova, o que contribuiu para o rpido desenvolvimento da metalografia no incio do sculo XX.

A primeira anlise metalogrfica em metal foi realizada pelo ingls Henry Sorby em 1863. Naquela oca-sio, aos 23 anos de idade, Sorby estudou e provou que a microestrutura do meteorito de ferro variava com a composio qumica, tratamento trmico e processo de manufatura. Para esse estudo foi adaptado um microscpio ptico para trabalhar com a luz refletida desenvolvida pelo prprio Sorby.

No Brasil, o engenheiro Hippolyto Pujol, em 1907, instalou um laboratrio de metalografia no Gabinete de Resistncia de Materiais da Escola Politcnica aps visitar vrios laboratrios nos pases europeus, pos-sibilitando, dessa maneira, a partir de 1912, a publicao na Revista Politcnica dos primeiros artigos de metalografia no pas.

A tcnica de metalografia se consolidou no Brasil como uma importante ferramenta de ensino e de desenvolvimento industrial somente a partir da dcada de 1930, por intermdio do trabalho sistemtico de Hubertus Colpaert.

O conceito de estrutura, apesar de ter um significado genrico, fundamental na Engenharia de Mate-riais e na Metalurgia. A sua definio pode ser entendida desde a avaliao de aspectos macroestruturais, at mesmo detalhes da organizao atmica (estrutura cristalina). Esses nveis de ordem de grandeza po-dem ser subdivididos conforme se segue no Quadro 2.

Nveis de grandezas da estrutura de materiais

NVEL ESTRUTURAL DIMENSES APROxIMADAS ExEMPLOS DE TCNICAS DE ESTUDO DETALHES IDENTIFICADOS

Macroestrutura > 100 mMacrografia

Radiografia

Segregao, Porosidades e

Trincas.

Microestrutura

100 m a 0,1 mMicroscopia ptica

Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV)

Microconstituintes, Tamanho de

Gro e Microtrincas.

0,1 m a 1 Microscopia Eletrnica de Transmisso (MET) Precipitados Submicroscpicos.

Estrutura Cristalina 10 a 1 Difrao de

Raios X

Clulas Unitrias, Defeitos Cris-

talinos.

Quadro 1 - Nveis de grandezas da estrutura de materiais


Nos ltimos anos o mercado tem se tornado altamente competitivo, obrigando as empresas a desen-volverem tcnicas rigorosas para o controle da qualidade de seus produtos. Portanto, como no setor me-talrgico no diferente, o controle aplicado aos produtos desse segmento basicamente feito atravs da avaliao estrutural ou dimensional. A primeira preocupa-se em controlar o material que constitui o produto, por meio de ensaios fsicos (destrutivos ou no destrutivos), tais como: metalogrficos, anlises qumicas etc. J a segunda avalia as dimenses fsicas do produto, denominada tambm de metrologia. Em uma abordagem mais especfica, os contedos apresentados neste livro referenciam apenas avaliao metalogrfica em ligas metlicas.

Na metalografia clssica, principalmente industrial, comum avaliar a estrutura do material atravs das tcnicas de macrografia e micrografia, apresentadas a seguir:

a) Macrografia: consiste no exame do aspecto de uma pea ou amostra metlica, segundo uma seo plana devidamente polida e, em geral, atacada por um reativo apropriado. O aspecto, assim obtido, chama-se macroestrutura. A anlise realizada a olho nu ou at mesmo com auxlio de uma lupa com aumento de, no mximo, 10 vezes. Por seu intermdio tem-se uma ideia do conjunto, referente homogeneidade do material, distribuio e natureza das falhas, impurezas etc.

A anlise de macrografia bastante utilizada para estudos investigativos em superfcies de peas fra-turadas. Por meio da caracterizao morfolgica da fratura possvel compreender alguns aspectos im-portantes dos eventos que precederam falha do componente. Desse modo, a tcnica utilizada para esse estudo denominada fractografia.

As Figuras 52 e 53 ilustram as superfcies da regio soldada e da superfcie fraturada de um componente mecnico, respectivamente.

Figura 52 - Macrografia de regio soldada Figura 53 - Macrografia da superfcie fraturada de um componente mecnico

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b) Micrografia: consiste no estudo dos produtos metalrgicos, com o auxlio do microscpio (aumen-tos superiores a 10 vezes), em que se pode observar e identificar a granulao do material, a natureza, a for-ma, a quantidade, a distribuio dos diversos constituintes ou de certas incluses etc. Essa avaliao pode ser feita atravs de vrias tcnicas, sendo as mais utilizadas as de microscopia ptica (MO) e microscopia eletrnica de varredura (MEV).

Por meio de um exame metalogrfico detalhado, obtm-se importantes caractersticas da liga, como, por exemplo: identificao quantitativa das microestruturas, determinao do tamanho de gro, classifi-cao das incluses no metlicas, identificao de estruturas de solda e dos tratamentos termofsico e termoqumico, medio de camadas de espessuras, entre outras observaes.

Em sntese, possvel afirmar que a metalografia uma importante tcnica, necessria para garantir o controle da qualidade do produto. As figuras 54 a 59 apresentam alguns exemplos de caractersticas obtidas pelas tcnicas de metalografia.

Figura 54 - Tamanho de Gro em ligas de ao baixa liga. Reativo: soluo de cido pcrico

Figura 55 - Trinca superficial em uma liga de ao carbono. Reativo: sem ataque qumico

Figura 56 - Microestrutura do ferro fundido branco constituda por: perlita (regies escuras) e carbonetos (regies claras). Reativo: nital 4%

Figura 57 - Microestrutura de um ao laminado constituda por: perlita (regio escura) e ferrita (regio clara). Reativo: nital 2%

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Figura 58 - Macroestrutura de solda: (A) Metal Base, (B) Zona Termicamente Afetada e (C) Metal Solda. Reativo: nital 4%

Figura 59 - Microestrutura de uma liga de ao constituda por: martensita (regio escura) e camada descarbonetada (regio clara). Reativo: nital 2%

2.3.1 fluxo geral de aNlise

O fluxo geral adotado para estudo metalogrfico das ligas metlicas depende diretamente do que se deseja avaliar e das tcnicas utilizadas para a investigao. Por exemplo: pela microscopia ptica, geral-mente a anlise microestrutural se inicia na condio em que a amostra no est atacada quimicamente. Nessa etapa possvel avaliar a existncia de defeitos superficiais, caracterizar as incluses no metlicas e definir outras caractersticas. Posteriormente, investiga-se a matriz metlica do material revelada por um reativo qumico. O tipo de reagente pode variar em funo do que se deseja revelar e tambm entre as ligas metlicas. Esse assunto ser abordado detalhadamente ao longo do curso.

A sequncia supracitada bastante comum quando se deseja avaliar toda a microestrutura da liga metlica. As figuras 60 e 61 ilustram a microestrutura de uma liga de ao carbono laminado analisada nessa sequncia.

Figura 60 - Incluses no metlicas sem ataque qumico Figura 61 - Matriz Metlica: Perlita e Ferrita revelada aps ataque qumico

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Pelas tcnicas macrogrfica e Microscopia Eletrnica de Varredura no h uma sequncia geral definida para avaliao estrutural do material. Atravs dessas tcnicas a caracterizao estrutural pode ser analisada em diversas condies, tais como: amostra atacada quimicamente, sem ataque qumico e at mesmo na prpria fratura em caso de falhas ocasionadas em peas durante servio.

2.3.2 iNfraestrutura laboratorial (eQuipaMeNtos e leiaute)

Basicamente a infraestrutura de um laboratrio metalogrfico deve possuir recursos e equipamentos necessrios para garantir com alta confiabilidade a preparao de amostras e tambm as anlises meta-logrficas. O leiaute e o espao fsico, por sua vez, como em todas as organizaes, devem ser projetados levando em considerao o fluxo de pessoas, materiais, informaes, alm tambm do atendimento a cri-trios peculiares estabelecidos em normas tcnicas de ensaios, como, por exemplo: rudo, temperatura etc.

Embora os laboratrios metalogrficos sejam projetados nas indstrias, universidades e centros de pes-quisas, as tcnicas de anlises podem variar para cada um deles. Geralmente nas indstrias emprega-se a tcnica de microscopia ptica, enquanto nas universidades e nos centros de pesquisa utilizam-se diversas outras tcnicas como, por exemplo, a de microscopia eletrnica de varredura. Essas duas tcnicas de mi-croscopia sero abordadas neste curso.

De forma genrica, so apresentados a seguir alguns recursos e equipamentos necessrios para compor a infraestrutura de um laboratrio metalogrfico industrial.

Lixadeiras para etapa de lixamento e polimento das amostras.

Mquina de corte com sistema de lubrificao.

Prensa para embutimento a quente ou moldes para embutimento a frio.

Conjuntos de vidrarias para preparao e armazenamento dos reativos.

Dessecadores para armazenamento de amostras.

Capelas com sistema de exausto para ataque qumico.

Secador para secagem das amostras.

Microscpio ptico.

Cmera digital para Microscpio ptico.

Software de metalografia.

Computador.

Quadros de metalografia para anlise comparativa.

Guia de metalografia para auxiliar a realizao da anlise.

Livros tcnicos de metalografia.


Lista dos principais reativos utilizados para revelao da microestrutura.

Bancada para posicionamento dos equipamentos e recursos.

Armrio para armazenamento das amostras e insumos.

Pia para limpeza das vidrarias etc.

Capela para utilizao de reativos qumicos.

Dispositivos e equipamentos de proteo e segurana.

2.3.3 tCNiCas e priNCpio de fuNCioNaMeNto dos MiCrosCpios

Os microscpios so importantes instrumentos no mbito da Cincia e Engenharia dos Materiais, uma vez que permitem caracterizar a estrutura interna (forma, tamanho e distribuio das fases e compostos), principalmente dos materiais metlicos.

A seguir so apresentados os princpios de funcionamento dos dois tipos de microscpio referenciados neste livro: Microscpio ptico e Microscpio Eletrnico de Varredura.

Microscpio ptico de reflexo:

Geralmente o Microscpio ptico utilizado para avaliao microestrutural dos materiais metlicos o de reflexo. Este tipo de microscpio, que resulta na formao de imagem a partir da luz refletida na super-fcie da amostra plana, composto fundamentalmente por duas partes:

Sistema de Lentes: constitudo pela objetiva e ocular. A objetiva um componente do sistema ptico onde se forma a imagem primria ampliada da superfcie analisada. J a ocular outro componente em que ampliada a imagem real da superfcie formada pela objetiva. Ambos encontram-se montados no tubo do microscpio, ao qual est associada uma platina para suporte da amostra.

Sistema de Iluminao: o sistema de iluminao constitudo pela fonte de luz, colimador, filtros, dia-fragmas e o iluminador. A fonte de luz basicamente uma lmpada. O colimador so as lentes que orien-tam o feixe luminoso divergente emitido pela lmpada, transformando-o em um feixe de raios paralelos. Os filtros absorvem determinados comprimentos de ondas, resultando numa faixa estreita de luminosida-de na amostra. Os diafragmas regulam a quantidade de radiao, condicionando o brilho, contraste e reso-luo da imagem formada. Por fim, o iluminador direciona o feixe de luz paralelamente ao sistema ptico.

O princpio de funcionamento do microscpio ptico de reflexo pode ser entendido atravs da Figura 58.


Luz

Olho Humano

Imagem Primria

Amostra

Ocular Vidro Reflector

Objectiva

Imagem Virtual Final

Figura 62 - Princpio de funcionamento do microscpio ptico de reflexo

Observa-se na Figura 58 que a fonte de luz, gerada pela lmpada, emite horizontalmente feixes de raios luminosos que so redirecionados para o vidro refletor. Por consequncia, a luz atravessa a objetiva inci-dindo na superfcie preparada da amostra, que instantaneamente a reflete. Ao ser refletida, a luz atravessa novamente a objetiva, formando a primeira imagem ampliada da seo analisada. No entanto, a ocular am-plia novamente a imagem, permitindo a observao visual da microestrutura da amostra. A ampliao final pode ser compreendida pelo produto da ampliao da objetiva pela da ocular. Geralmente as ampliaes tpicas dos microscpios pticos de reflexo situam-se na faixa de aproximadamente 25x a 1000x.

A Figura 59 ilustra um Microscpio ptico de Reflexo e as Figuras 59 a 64 ilustram as microestruturas de um ferro fundido nodular austemperado identificadas por essa tcnica em diferentes ampliaes.

Figura 63 - Microscpio ptico de reflexo

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Figura 64 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 25x Figura 65 - Microestrutura baintica livre de carbonetos ampliada 50x



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Microscpio eletrnico de varredura:

As anlises microestruturais pela tcnica de Microscopia Eletrnica de Varredura geralmente so reali-zadas em centros de pesquisas, universidades e laboratrios prestadores de servios, como, por exemplo, o Laboratrio de Ensaios e Anlises LAMAT do SENAI Itana CETEF Centro Tecnolgico de Fundio Marcelino Corradi. Entretanto, pode-se afirmar que no uma tcnica aplicada comumente no mbito industrial em funo do alto investimento para a aquisio do equipamento.

O Microscpio Eletrnico de Varredura convencional constitudo pelos seguintes componentes: co-luna ptico-eletrnica adaptada cmara com porta-amostra aterrado, sistema eletrnico, detectores e sistema de vcuo, conforme esquematizado na figura 70.

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sistema de vcuo

lentes objetivas

porta-amostras

sistema de

varredura controle demagnificao

amplificadordetector

lentes condensadoras

Figura 70 - Princpio de funcionamento do microscpio eletrnico de varredura

O princpio de funcionamento do Microscpio eletrnico de varredura consiste em utilizar um feixe de eltrons de pequeno dimetro para explorar a superfcie da amostra e transmitir o sinal do detector a uma tela catdica cuja varredura est perfeitamente sincronizada com aquela do feixe incidente. A maioria dos instrumentos usa como fonte de eltrons um filamento de tungstnio (W) aquecido, operando em uma faixa de tenses de acelerao de 1 a 50 kV.

Alm da imagem gerada por meio da transcodificao de energias das partculas de eltrons, o Micros-cpio Eletrnico de Varredura tambm permite identificar e quantificar os elementos qumicos presentes pontualmente na regio analisada. Essa anlise feita por um acessrio, denominado EDS (Sistema de Energia Dispersiva), que acoplado ao equipamento.

A figura 71 ilustra um Microscpio eletrnico de varredura e as figuras 72 a 77 ilustram algumas micro-estruturas identificadas por essa tcnica.


Figura 71 - Microscpio eletrnico de varreduraFonte: SENAI Itana CETEF LAMAT

Figura 72 - Microestrutura constituda por perlita de uma liga de ao eutetide baixa liga. Ampliao de 3.000x

Figura 73 - Microestrutura constituda por soluo slida alfa e cristais de silcio primrio de uma liga alumnio silcio. Ampliao de 1.600x

Figura 74 - Microestrutura composta por defeito Rechupe de uma liga alumnio silcio. Ampliao de 150x

Figura 75 - Braos dendrticos de uma liga de ferro fundido nodular Ampliao de 1.000x

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Figura 76 - Microestrutura constituda por grafitas nodulares de uma liga de ferro fundido nodular. Ampliao de 500x

Figura 77 - Microestrutura constituda por martensita e banita de um ao eutetide baixa liga. Ampliao de 3.000x

2.3.4 tCNiCas de aNlises No estereosCpio

O emprego da estereoscopia para avaliao estrutural de uma liga metlica denominada macrografia. Embora seja uma tcnica pouco empregada na caracterizao estrutural de ligas fundidas, ao longo dos ltimos anos vem se destacando principalmente na avaliao de regies soldadas e nas anlises fractogrficas.

Pela tcnica de anlise no estereoscpio possvel verificar a homogeneidade ou heterogeneidade do produto como, por exemplo: constatao de presena de trincas, segregao de elementos qumicos, po-rosidades, texturas e diversas outras irregularidades.

A tcnica ainda permite analisar vrias zonas existentes na solda e suas caractersticas, tais como nme-ro de passes, forma do chanfro, entre outras.

As figuras 78 e 79 ilustram algumas macroestruturas analisadas por essa tcnica.

Figura 78 - Macroestrutura de regio soldada em ngulo em V. Reativo: nital 10%

Figura 79 - Macroestrutura de regio de ao carbono. Reativo: nital 10%

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2.3.5 priNCipais NorMas tCNiCas utilizadas para aNlise MetalogrfiCa

As normas tcnicas utilizadas nos laboratrios metalogrficos so importantes ferramentas de apoio utilizadas pelos analistas. Esses documentos auxiliam e padronizam os mtodos de execuo acerca da preparao de amostras e das anlises metalogrficas. A seguir so apresentadas as principais referncias normativas empregadas para avaliao estrutural de materiais metlicos.

Documents

UC1 - Introducao e Conceitos Basicos de Metalurgia Com Enfase Em Metalografia (1)