Ensaios Metalográficos

E.T.T Visconde de Mauá Data : 05/07/2010 Matéria: Metalografia Professor: Vaccari Vaccari  Nomes : Paulo Cesar  Rafael Guimarães   Ninadson Nina dson Nunes (lembra de min vaccari) vacca ri)

Sumário 1. Metalográfia 1.1 Ensaio Metalográfico macográfico 1.1.2 Ensaio Metalográfico micográfico 2. Corte 2.1 Escolha de seção a ser cortada 3. Embutimento da amostra 4. Lixamento 4.1Procedimento para o lixamento 5. Polimento 5.1 Processo mecânico; 5.2 Processo semiautomático em sequência; 5.3 Processo eletrolítico; 5.4 Processo mecânico-eletrolítico; 5.5 Polimento químico 5.6 Cuidados que devem ser observados no polimento 6. Ataque químico 6.1 Microataque 6.2 Macroataque

Metalografia A metalografia é a ciência que estuda os metais e ligas metálicas, quando nos mesmos obtivermos um superfície plana, lixada, polida, e por via de regra atacada  por um reativo adequado, cuja imagem obtida será visualizada e interpretada. Através do ensaio metalográfico, pode-se determinar: 1.

Tipo, o tamanho, o local e a intensidade das descontinuidades; Identificar o possível processo de fabricação da peça; Identificar o tipo de tratamento térmico ou termoquímico; Valor da camada carbonetada ou descarbonetada; Zonas de alterações térmicas sofridas por soldagem; Penetração do cordão de solda; Tipos de inclusões, microconstituição; Formas de grafita, tamanho do grão; Outros;

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A metalografia pode ser dividida em: ensaio metalográfico destrutivo e ensaio metalográfico não destrutivo. A maioria dos ensaios metalográficos realizados são

destrutivos, pois retira-se amostras para análise do material ou peça solicitada. Mas, nem sempre isso é possível, devido as condições que não permitem retirar amostras da  peça, ou que proíbam sua destruição, especialmente em peças de grande porte. Por este motivo, foram desenvolvidas técnicas para a realização do ensaio ³in loco´, conservando-se as características de precisão do ensaio, ensaio metalográfico não destrutivo. Quanto ao grau de aplicação com que a imagem metalográfica é visualizada, a metalografia está classificada em: macrográfico; micrográfico. 1.1

Ensaio metalográfico

Procura relacionar a estrutura íntima do material com as suas propriedades físicas, com o processo de fabricação, com o desempenho de suas funções e outros. Pode ser: Macrográfico ou Micrográfico 1.1.1 Ensaio

metalográfico macrográfico

É a análise da seção de uma peça previamente polida e em geral atacada por um reagente especifico e apropriado para cada tipo de metal, de modo a expor a macroestrutura da peça em análise.  Nas amostras soldadas, cada solução revela diferentes defeitos e áreas na solda. Por  exemplo, em certos aços, o ácido hidroclorídrico dissolve inclusões de escória e revela  poros, enquanto o ácido nítrico é usado para revelar a zona de grãos refinados bem como o metal de solda. Esta análise macrográfica é feita à vista desarmada ou com auxílio de lupa. Em soldagem, estamos interessados em verificar no Ensaio Macrográfico, a geometria (altura e largura dos reforços de solda e dimensões das pernas das soldas de filete) e organização dos cordões de solda depositados na junta em questão, a presença ou não de descontinuidades/defeitos de soldagem, a região de transição entre o metal de base e o metal de solda, chamada de ZT A (zona termicamente afetada) ou Z AC (zona afetada  pelo calor).

O registro deste ensaio é feito através de fotografias anexadas a um relatório.

macrográfia de solda

1.1.2

Ensaio metalográfico micrográfico

É a análise de uma peça previamente polida e em geral atacada por um reagente especifico e apropriado para cada tipo de metal, de modo a expor a micro-estrutura da  peça em análise, ou seja, através deste ensaio é possível com o uso de microscópios determinar os constituintes e a textura de um metal. Em termos gerais, metal é um aglomerado de agregados cujos cristais podem ser de mesma composição química ou não. A estes

cristais dá-se o nome de grãos.

Com o auxílio de uma técnica apropriada, consegue-se tornar visível a textura microscópica do material, pondo assim em evidência os diversos grãos de que é formado. As propriedades mecânicas de

um metal dependem fortemente da forma que estes grãos se organizam na estrutura do metal, e seus respectivos tamanhos. A formação diferenciada

dos grãos pode decorrer de trabalhos mecânicos aplicados à  peça, ou mesmo de tratamentos térmicos, tornando os aços quebradiços, elásticos, tenazes, duros, ³moles´, etc. Tal qual o Ensaio Macrográfico, o registro deste ensaio é feito por fotografias obtidas em microscópios. Em soldagem, busca-se com este ensaio conhecer as características do metal  principalmente na zona termicamente afetada pelo calor (ZT A ou ZAC), região esta com maior possibilidade de problemas de natureza metalúrgica na soldagem. O Ensaio de Micrografia pode fornecer as seguintes características de um metal: tamanho de grão, nível de inclusão, classificação de estruturas cristalinas, dimensão e distribuição de grafitas, dimensionamento de descarbonetação superficial, dimensionamento de profundidade de tratamentos.

2.

Corte

Às vezes é necessário

particionar o corpo de prova para obterem-se amostras que servirão para análise metalográfica. Operações mecânicas como torneamento aplainamentos e outras, impõem severas alterações microestruturais devido ao trabalho mecânico a frio. O corte abrasivo oferece a melhor solução para este seccionamento, pois elimina por completo o trabalho mecânico a frio, resultando em superfícies planas com baixa rugosidade, de modo rápido e seguro. O equipamento utilizado para o corte conhecido como ³cut-off´, ou policorte, com discos abrasivos intensamente refrigerados (evitando deformações devido ao aquecimento)a relativas baixas rotações é largamente utilizado nos laboratórios metalograficos. Escolha da seção a ser cortada: Existem duas seções de corte: seção transversal  e  seção longitudinal . A escolha da seção a ser cortada depende dos objetivos do ensaio, 2.1.

 por exemplo: o aspecto da seção longitudinal de barras com segregação depende da maneira pela qual o corte seciona esse defeito. Assim sendo, não é prudente concluir  que uma barra apresenta uma segregação maior do que outra, conhecendo-se apenas sua seção longitudinal.

corte longitudinal permite verificar: Se a peça é fundida, forjada ou laminada; Se a peça foi estampada ou torneada; A solda de barras A extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc.

O

O

corte transversal permite verificar:

A natureza do material; A homogeneidade; A forma e dimensões das dendritas; A profundidade de têmperas, etc 3.

Embutimento da amostra

A necessidade do embutimento de amostras

metalográficas é de grande importância em micrografia, pois além de facilitar o manuseio de peças pequenas, evita que corpos de  prova com arestas rasguem a lixa e o pano de polimento, bem como evita o abaulamento dos corpos de prova durante o polimento, o que influencia bastante na observação microscopia (facilita a observação dos bordos, que ficam planos). O embutimento com resinas sintéticas apresenta ainda as seguintes vantagens: são neutras em relação as soluções de ataque; impedem a infiltração das soluções em poros e fendas; a dureza pode ser adaptada à dureza do material a ser embutido, através de aditivos específicos.

-P rensa

de embutimento, baquelite e desmoldante

embutimento pode ser: A frio ± quando se usa resinas sintéticas de polimerização rápida; A quente ± quando a amostra é embutida em materiais termoplásticos por meio O

de prensas. 4.

Lixamento

Devido ao grau de perfeição requerida no acabamento de uma amostra metalográfica idealmente preparada, é essencial que cada etapa da preparação seja executada cautelosamente, é um dos processos mais demorados da preparação de amostras metalográficas. Operação que tem por objetivo eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície dando um acabamento a esta superfície, preparando-a para o polimento. Existem dois  processos de lixamento: manual (úmido ou seco) e automático. A técnica de lixamento manual consiste em se lixar a amostra sucessivamente com

lixas de granulometria cada vez menor, mudando-se de direção (90°) em cada lixa subsequente até desaparecerem os traços da lixa anterior .

 A sequência mais adequada de lixas para o trabalho metalográfico com aços é 100,

220, 320, 400, 600 e 1200 (Pode haver variações). Para se conseguir um lixamento eficaz é necessário o uso adequado da técnica de lixamento, pois de acordo com a natureza da amostra, a pressão de trabalho e a velocidade de lixamento, surgem deformações plásticas em toda a superfície por amassamento e a umento de temperatura. Esses fatores podem dar uma imagem falseada da amostra, por isso devem-se ter os seguintes cuidados: Escolha adequada do material de lixamento em relação à amostra e ao tipo de exame final (oque se quer analisar); A superfície deve estar rigorosamente limpa, isenta de líquidos e graxas que possam  provocar reações químicas na superfície; Riscos profundos que surgirem durante o lixamento deve ser eliminado por novo lixamento; Metais diferentes não devem ser lixados com a utilização da mesma lixa. Além do lixamento como preparo da amostra para posterior polimento, existe o esmerilhamento ou ³Lapping´, que faz uso de grãos abrasivos soltos rolando livremente entre o seu suporte e a superfície da amostra. Procedimento

para o lixamento

1-verificar se há todas as lixas necessárias para a preparação da amostra mecanográfica 2-verificar se há água 3-fazer um ponto de referencia na amostra 4-começar o lixamento de desbaste 5-lixar ate que só restem os riscos da ultima lixa utilizada 6-gire 90° e vá para a próxima lixa 7-repetir passos 5 e 6 ate chegar à lixa de granulometria 1200 5. Polimento

Operação pós lixamento que visa um acabamento superficial polido isento de marcas, utiliza para este fim abrasivos como pasta de diamante ou alumina. Antes de realizar o polimento deve-se fazer uma limpeza na superfície da amostra, de modo a deixá-la isentam de traços abrasivos, solventes, poeiras e outros. A operação de limpeza pode ser feita simplesmente por lavagem com água, porém, aconselha-se usar líquidos de baixo ponto de ebulição (álcool etílico, fréon líquido, etc.) para que a secagem seja rápida. Existem cinco processos para a obtenção de uma superfície polida isenta de riscos. São eles: Processo mecânico;

Processo semiautomático em sequência; Processo eletrolítico; Processo mecânico-eletrolítico; Polimento químico 5.1 Processo

mecânico

È quando

o mesmo é realizado através de uma Politriz. Pode ser manual, quando a amostra é trabalhada manualmente no disco de polimento e automática quando as amostras são lixadas em dispositivos especiais e polidas sob a ação de cargas variáveis. O agente polidor mais utilizado para o polimento mecânico é o diamante, devido as suas características de granulometria, dureza, forma dos grãos e poder de desbaste,  porem a alumina também é um ótimo agente polidor sendo utilizada com concentração de 10% em varias granulometrias. Dependendo do tipo de agente  polidor escolhido será escolhido o pano de polimento 5.2 Processo semiautomático em sequência

Este sistema permite que todas as variáveis sejam perfeitamente controladas pelo operador, tais como, desbaste linear e controle de carga aplicada sobre a amostra . 5.3 Processo

eletrolítico

Este processo permite obter, por dissolução anódina de um metal em um eletrólito, uma superfície plana, polida e perfeitamente espalhada para a observação metalográfica. A teoria eletrolítica diz que se dois eletrodos são colocados em uma solução condutora os íons negativos dirigem-se para o eletrodo positivo (ânodo) e os íons  positivos para o eletrodo negativo (cátodo). Um ânodo metálico libera íons metálicos, os quais migrarão para o cátodo. Este fenômeno permite que todo ânodo seja transferido para o cátodo. O eletrólito é escolhido em função do tipo de material a ser polido . 5.4 Processo mecânico-eletrolítico

Este processo depende de um polimento anódino e mecânico simultâneo da superfície da amostra. Este método é indicado para materiais de difícil polimento, quer  mecânico ou eletrolítico. A amostra é fixada num disco rotativo (cátodo), e ao mesmo tempo movida lentamente. O polimento mecânico é efetuado pelo pano de polimento e pode ser  intensificado pela adição de um agente polidor. Geralmente o processo é efetuado através de corrente alternada de baixa freqüência. 5.5

Cuidados que devem ser observados no polimento:

A superfície deve estar rigorosamente limpa; A escolha adequada do material do polimento;

Evitar polimentos demorados Nunca polir amostras diferentes sobre o mesmo pano de polimento (por causa da diferença de dureza entre elas, um pequeno cavaco da amostra mais dura irá riscar a mais macia);

Evitar fricção excessiva; Evitar pressão excessiva sobre a amostra. (aplicar um pouco mais que o próprio peso da amostra materiais podem ser divididos em três grupos  principais de acordo com o método de polimento mais indicado:  A

escolha do tipo de polimento ± Os

Materiais homogêneos comuns (aço cobre etc.): usa-se o polimento mecânico (pasta de diamante) podendo ainda ser usado o polimento eletrolítico. Materiais heterogêneos (ferro fundido, alumínio, ligas): são mais bem trabalhados por  meio de polimento mecânico (pasta de diamante). Deve-se, porém dar um tratamento especial durante o polimento mecânico do alumínio e suas ligas. Metais especiais (metais preciosos, tungstênio, ligas de cobre, etc.): para este grupo o polimento mais indicado é o mecânico-eletrolítico 6.

Ataque químico

O ataque é feito agitando-se a superfície polida mergulhada no reativo posto numa  pequena cuba. A duração do ataque depende da concentração de reativo e da natureza e textura da amostra. Em média, a duração do ataque para ferro fundido e aços comuns é de 5 a 15 segundos. A pós o ataque lava-se imediatamente a superfície atacada com álcool e em seguida efetua-se a secagem, passando-se primeiramente um pequeno chumaço de algodão umedecido com álcool e depois um jato de ar quente à superfície. R eativos

comumente usados:

- Solução de ácido nítrico a 1% em álcool etílico ± Nital. - Solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico ± Picral. - Solução de picrato de sódio. 6.1

Macroataque

Evidencia a macroestrutura, o qual pode ser observado a olho nu ou através de uma lupa de baixo aumento. 6.2

Microataque

Evidencia a estrutura íntima do material em estudo, podendo esta ser observada através de um microscópio metalográfico. A pós o ataque químico a amostra deve ser  rigorosamente limpa, para remover os resíduos do processo, através da lavagem em água destilada, álcool ou acetona, e posteriormente seca através de jato de ar quente.

Método Ataque por imersão Ataque por gotejamento Ataque por lavagem

Ataque alternativo por imersão

Ataque por esfregação

Descrição e notas  A superfície da amostra é imersa na solução de ataque; o método mais usado .  A solução de ataque é gotejada sobre a  superfície da amostra. Método usado com  soluções reativas dispendiosas .  A superfície da amostra é enxaguada com a  solução de ataque. Usado em casos de amostras muito grandes ou quando existe  grande desprendimento de gases durante o ataque.  A amostra é imersa alternadamente em duas  soluções. As camadas oriundas do ataque com a primeira solução são removidas pela ação do segundo reagente .  A solução de ataque, embebida em um chumaço de algodão ou pano, é esfregada  sobre a superfície da amostra, o que serve  para remover as camadas oriundas da reação.

T abela-M etodos

de ataque químico

Bibliografia : http://www.eticalaboratorio.com.br/laboratorio-metalurgico/ensaios-metalograficos/ensaiode-macrografia/ http://www.eticalaboratorio.com.br/laboratorio-metalurgico/ensaios-metalograficos/ensaiode-micrografia/ http://www.urisan.tche.br/~lemm/metalografia.pdf  http://www.spectru.com.br/ensaio_metal.pdf