apostila metalografia(revisada)
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MetalografiaTRANSCRIPT
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Laboratório de Metalografia e Ensaios dos Materiais
METALOGRAFIA
Introdução
Metalografia é o ramo da metalurgia que estuda as estruturas, as
propriedades dos metais e suas ligas, e relaciona a composição química com
as propriedades físicas e mecânicas.
O exame metalográfico procura relacionar a estrutura do material com
as propriedades físicas e com o processo de fabricação, sendo que este
exame pode ser:
Macrográfico
Micrográfico
1- MACROGRAFIA
1.1 Objetivo
Obter uma informação ampla da peça, facilitar a micrografia e
determinar a região crítica para análise detalhada.
A macrografia consiste no exame do aspecto de uma superfície plana
seccionada de uma peça ou amostra metálica, devidamente polida e atacada
por um reagente adequado. Por seu intermédio tem-se uma idéia de
conjunto, referente à homogeneidade do material, à distribuição e natureza
de falhas, impurezas; ao processo de fabricação. Algumas das
heterogeneidades mais comuns nos metais:
Vazio, causado pelo resfriamento lento;
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Forma Irregular de segregação
Segregação, causadas pelas impurezas e outros metais;
Dendritas, formação de grãos de vários tamanhos;
Trincas, devido às tensões excessivas no resfriamento;
Regiões alteradas termicamente na soldagem;
Estrutura colunar devido ao processo de soldagem e solidificação
após fusão;
1.2 Seleção da amostra
1.2.1 Cuidados a observar:
Saber o que realmente o cliente deseja e o fim a que se destina a
peça
Em qualquer hipótese é altamente prudente proceder a um exame
detido da peça sob diversos pontos de vista, como o aspecto da fratura, a
existência de marcas de pancadas, gripamentos, vestígios de soldas,
azulamento por aquecimento, porosidades, rebarbas, trincas, polimentos
locais, enferrujamento, corrosões, desgastes, marcas punçonadas,
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entortamentos, etc., antes de determinar cortes ou extração de amostras ou
de corpos de prova.
Na apreciação dos sinais encontrados, é preciso muita atenção para
não confundir aqueles que possivelmente já existiam na peça, antes do
evento que deu motivo ao estudo, e que podem conduzir a alguma pista para
as investigações, com os que possam ter sidos ocasionados pela aplicação
de ferramentas para retirar a peça de onde estava instalada, ou então,
ocasionados por quedas, ou durante o transporte.
1.3 Preparação da amostra
a) Escolha da secção a ser estudada;
Defeitos e possíveis causas durante a operação de corte
b) Preparação da superfície (lixamento/polimento);
c) Ataque com reagente químico adequado;
d) Interpretação dos resultados;
e) Documentação;
Escolha da secção:
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I- Transversal (Macro)
Naturezas do material;
Homogeneidade da secção;
Intensidade da segregação;
Forma de disposição das bolhas;
Existência de restos de vazios;
Profundidade e uniformidade da carbonetação;
Profundidade de descarbonetação;
Profundidade de têmpera;
Inclusões;
II- Longitudinal (Macro)
Processos de fabricação;
Análise de cordão de solda;
Caldeamento;
Preparação da superfície
Cuidados:
Mudança da estrutura;
Aquecimento não superior a 100ºC;
Pressão excessiva (encruamento);
Lixamento;
Ataque químico.
Obs.: Em função de variações estruturais ou químicas o material será
mais ou menos atacado.
Embutimento
A quente: As resinas para embutimento a quente
apresentam baixa viscosidade, contração, boa adesão à
amostra e resistência a ação de agentes químicos, bem
como propriedades mecânicas adequadas para aplicações
específicas.
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A frio: São resinas auto-polimerizáveis, com propriedades químicas e
mecânicas para atendimento das mais diversas necessidades de
embutimento, metalográfico, mineralógico, cerâmico e petrográfico.
Precauções:
Quantidade de material;
Temperatura e pressão do trabalho;
Tempo de aquecimento e refrigeração do equipamento.
Lubrificação;
Granulometria;
Lixamento
Objetivo
Eliminar as imperfeições da superfície da
amostra (ex.: oxidação, rebarbas, arranhados
profundos, etc.).
Pode ser, de acordo com:
- Operação (manual ou mecânico)
- Meio (a seco ou úmido)
Para a preparação de uma superfície plana,
isenta de deformações plásticas e mecânicas é
necessário um correto lixamento,
deve-se começar da lixa mais grossa
para a mais fina, mudando a direção
do lixamento em 90º.
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O ataque
Objetivo:
Revelar a microestrutura e os constituintes da amostra, possibilitando
maior entendimento das suas propriedades.
O ataque pode ser por:
Imersão
Aplicação
Impressão direta (Impressão de Baumann)
Quanto ao tempo:
Longo ou profundo
Rápido ou superficial
Quanto à temperatura:
A frio
A quente
Interferências no comportamento do ataque:
Variação da composição do material (concentração de impurezas);
Variação de estrutura (deformação a frio);
Variação de cristalização (granulometria grosseira, textura acicular,
gradiente térmico);
Principais reagentes para a macrografia:
I. Iodo;Página 7 de 17
II. Acido Sulfúrico;
III. Heyn (Cloreto Cupro-Amoniacal);
IV. Acido clorídrico;
V. Fry (Acido clorídrico + Água + Cloreto Cúprico)
Principais reagentes para a micrografia
Nota: Estes reagentes são basicamente soluções diluídas de ácidos
orgânicos ou inorgânicos, álcalis, ou outras soluções de natureza complexa.
Como foi verificado anteriormente, a seleção final de uma solução, para fazer
parecer um desenvolvimento da estrutura, depende da composição e
condições estruturais do metal ou da liga.
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1.11 Tempo de Ataque
I. Fator importante para o ataque correto a um corpo de prova é a
seleção do reagente que melhor se adapte à composição química e à
condição física do metal;
II. Controle conveniente do tempo de ataque para que se produza um
grau de contraste apropriado entre os diferentes componentes da
estrutura.
III.Limpeza da superfície atacada.
OBS: O tempo de ataque depende da estrutura em questão e da
ampliação que se deseja na fotografia. Conforme o reagente escolhido, o
tempo de ataque variará de poucos segundos até alguns minutos, ou dias.
1.12 Recomendações:
Não atacar mais que o necessário para fazer aparecer o detalhe
significativo;
Um grau de contraste satisfatório para uma micrografia com pequeno
aumento é geralmente excessivo para uma melhor definição da estruturas
em ampliações muito maiores;
Desejando-se um alto contraste, é preferível obtê-lo por meios
fotográficos a recorrer a um ataque profundo, pois este ocultará os
detalhes mais finos da estrutura;
Se um corpo de prova for insuficientemente atacado (pouco contraste), é
preferível poli-lo novamente no disco acabador e atacá-lo novamente com
ácido superior, a um ataque já levado a efeito, outro posterior;
Não tocar com coisa alguma numa superfície já atacada e fotografá-la
logo após o ataque.
INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS (Macro)
Quando a estrutura ataca mais:
Regiões encruadas;
Regiões temperadas ou temperadas e revenidas;
Granulação grosseira;
Quando a composição química ataca mais:
Regiões com maior teor de carbono;Página 9 de 17
Regiões com maior teor de fósforo;
Regiões com maior quantidade de inclusões não metálicas,
principalmente enxofre e fósforo;
1.1.1. IDENTIFICAÇÃO
Técnica de polimento, repolimento e ataque, servem para definir o
defeito:
Regiões ricas em carbono desaparecem com um leve repolimento;
Regiões ricas em impurezas, principalmente inclusões de S e P,
sofrem um ataque profundo escurecendo mais, permanecendo assim
mesmo após um leve polimento;
Regiões com granulação grosseira aparecem como mosaicos de lado
escuro (parte clara e parte escura);
Regiões com têmpera branda ou temperadas e revenidas, ficam mais
brilhantes que o resto da amostra após um repolimento;
Região encruada retira-se todo o ataque, com o polimento;
11.2 Interpretação das Micrografias
A correta interpretação das texturas que ocorre nos materiais é
matéria que requer larga experiência do operador. Dentre as inúmeras
estruturas, citamos:
11.2.1. Inclusões
a) Fósforo
Localiza-se na ferrita e somente pode ser observada ao microscópio
quando o seu teor estiver acima de 1%. Forma estrias claras, pois
expulsa o carbono dessas regiões. A presença de fósforo causa
fragilidade aos aços e também melhora a usinabilidade;
b) Enxofre
Forma sulfeto de manganês a 1100oC, apresentando-se sob a forma
de polígonos, glóbulos ou formas arborescentes de coloração
cinzenta. O sulfeto de ferro geralmente não aparece nos aços
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comuns; caso aconteça, terá coloração amarelada. A presença de
enxofre nos aços facilita a usinabilidade.
c) Manganês
Semelhante ao enxofre
d) Silício
O silício não é detectado ao microscópio.
e) Alumínio
Usado como desoxidante nos aços. Forma com o oxigênio
Al2O3 (alumina) que se apresenta ao microscópio sob a forma de
partículas negras esparsas ou agrupadas.
11.2.2. Microconstituintes
a) Ferrita
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Solução sólida de carbono no ferro alfa- Origina-se na zona crítica- É
a forma estável a temperatura ambiente.
Apresenta-se ao microscópio em grãos claros com finos contornos
pretos.
Identificação Metalográfica
Apresenta-se ao microscópio como grãos brancos com finos
contornos pretos. Arranha e deforma-se facilmente- Arestas arredondadas. É
fortemente atraída pelo ímã
b) Cementita
Carboneto de ferro Fe3C
Apresenta-se clara com contornos pretos, chega a riscar o vidro.
Identificação metalográfica
Apresenta-se como uma só massa e não mostra subdivisão em
grãos. Não é riscada, se apresenta precipitada, forma um abaulamento.
Possui cor amarelada. Brilho intenso. Forma bastonetes ou nódulos.
Atacada com picrato de sódio em ebulição se torna escura diferenciando da
ferrita.
c) Perlita
Corresponde a lamelas de ferrita (88%) e cementita (12%). As
lamelas podem ser planas, curvas ou ondeadas. A perlita se
apresenta escura ao microscópio.
Agregado mecânico e que ocorre abaixo de 723oC (Linha A1).
As lamelas são mais ou menos paralelas podendo ser planas,
curvas ondeadas, etc.. O afastamento entre elas depende, entre
outros fatores, da velocidade de resfriamento e do ângulo segundo o
qual o grão de perlita é cortado. Dureza é intermediária entre ferrita
e cementita. Proporção de ± 1 de cementita para 6 de ferrita. Formas
mais comuns lamelas ou grânulos. Em determinadas condições pode
apresentar-se sob outras formas.
Identificação metalográfica
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Em aços com baixo carbono se localiza em geral nos contornos da
ferrita, aumentando-se a %C este quadro vai se modificando até se tornar o
constituinte principal. São envolvidos ou quase, por rede de ferrita ou
cementita. Possui coloração marrom, verde ou preta, dependendo do ataque
(reagente e tempo), aumento de observação e estrutura da perlita. As
lamelas só podem ser vistas com ampliações de mais de 200 X. Forma grãos
d) Martensita
Apresenta ao microscópio aspecto acicular e escuro.
11.3 Procedimentos de Exame ao Microscópio
Observar os seguintes cuidados ao trabalhar com o microscópio:Página 13 de 17
iniciar a observação com a objetiva de menor ampliação;
o foco para o microscópio monoscópico é conseguido aproximando-se a
objetiva o mais possível da amostra, tomando-se o máximo de cuidado para
que não haja colisão entre esses elementos e em seguida, com um dos
olhos na ocular, afastar lentamente o canhão. Quando o objeto estiver com
em foco, utilizar o parafuso de ajuste fino.
se o microscópio utilizado é estereoscópico, ajustar primeiro o foco com o
olho direito, conforme o procedimento anterior e posteriormente ajustar a
dioptria do olho esquerdo utilizando-se do ajuste colocado na própria ocular
esquerda;
ao mudar-se de objetiva, afastar o canhão do microscópio da amostra
para evitar colisão das lentes das objetivas com a amostra;
1. Cada estudante examinará duas amostras preparadas:
por ele próprio
por um dos componentes do seu grupo de trabalho
Examinar inicialmente a amostra no microscópio estereoscópico, em
que se tem uma imagem tridimensional da superfície, podendo-se diferenciar
os grãos e as partículas de impurezas;
2. Utilizando microscópio monoscópico, observar nas ampliações
disponíveis, os vários aspectos estruturais do material;
3. Determinar o tamanho de grão ASTM e o tamanho do grão médio para
cada uma das amostras;
4. Caso haja disponibilidade de câmera fotográfica, registrar cada uma das
amostras na ampliação mais significativa, identificando por comparação com
as fotomicrografias disponíveis, o material em observação. Caso não haja
disponibilidade da câmera, desenhar cada uma das amostras observadas
nas mesmas condições anteriores;
5. Caso haja disponibilidade do microdurômetro, efetuar a medida da dureza
Vickers em pelo menos dois pontos em cada uma das amostras.
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12 Relatório
Preparar e apresentar um relatório não são tarefa das mais simples; é,
porém a síntese de um trabalho realizado. A forma de demonstrar o quê e
como determinada tarefa foi desenvolvida.
Ao longo do curso, e também da carreira, os técnicos, tecnólogos e
engenheiros (sem falar nas outras áreas não tecnológicas), preparam um
sem número de relatórios descrevendo tarefas, trabalhos, projetos.
12.1 Preparação
Antes de iniciar o relatório, deve-se ter certeza que se sabe, entre
outras:
a) o propósito do relatório
b) quem lerá o relatório
c) por que o relatório será lido
d) qual o nível de conhecimento do leitor sobre a matéria
e) quais as informações devem ser incluídas Quanto maior o conhecimento
desses quesitos, as chances de se ter sucesso na comunicação escrita.
Os dados devem ser coletados à medida que o experimento é
realizado, tomando-se notas sobre cada uma das fases realizadas quanto ao
cumprimento correto e completo das mesmas. Recomenda-se a leitura do
texto na página da internet:
12.2 Requisitos
Os relatórios devem ser apresentados impressos (caso seja
manuscrito, caligrafia técnica será sempre exigida) em papel formato A4
recortado (210mm x 297mm), em somente uma das faces de cada folha,
numerada. O relatório será escrito no formato mostrado nos anexos 1 e 2,
sendo apresentados nas datas marcadas, impreterivelmente.
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Figura 20 - Aço com 0,5% de carbono. Ataque: nítrico, 1.250x. Ferrita primária (parte branca) em rede
preenchida com ferrita acicular e perlita.
12.3 Conteúdo Mínimo
Cada experimento realizado corresponderá um relatório
individualizado para cada Aluno, cujo conteúdo deverá ser composto por,
pelo menos:
1. Título do experimento;
2. Objetivo;
3. Introdução teórica;
4. Equipamentos, instrumentos e materiais utilizados;
5. Norma(s) aplicável (eis);
6. Descrição do corpo de prova;
7. Descrição do procedimento de ensaio;
8. Dados obtidos;
9. Memória de cálculo;
10. Resultados;
11. Comentários e conclusões.
Figuras, fotografias e outros elementos gráficos devem ser utilizados
sempre que possível para melhor descrição de cada um dos tópicos
abordados. Um índice sumário deve constar do relatório e todas as folhas
devem estar numeradas. Complementos como anexos e apêndices devem
constar do índice sumário. O relatório deverá estar assinado pelo
responsável pela sua elaboração, caso contrário, não terá validade.
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Referências1. COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. São Paulo, SP. Ed. da Universidade de São Paulo, 1974
2. COSTA E SILVA, A. L. e MEI, P. R. Aços e ligas especiais. Sumaré, SP. ELETROMETAL Metais Especiais, 1988.
3. CHIAVERINE, Vicente
4. Novo Telecurso 2000
5. Apostila do SENAI
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