509269_6 aula prática - o exame macrográfico

LABORATÓRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

1 Engenharia Mecânica IPUC – PUC Minas

6a PRÁTICA DE LABORATÓRIO

O EXAME METALOGRÁFICO: Macrografia

DEM - IPUC - Prof. Ubirajara Domingos de Castro

NBR 8653 – Metalografia e tratamentos térmicos e termoquímicos das ligas ferro-carbono - Terminologia –

NBR 8108 - Ataque com reativos metalográficos em ligas ferrosas. Jul/1983

Introdução

A metalografia é um dos principais ramos da metalurgia física e busca estudar a

constituição, a estrutura e a textura dos metais. O exame metalográfico encara o metal sob o

ponto de vista de sua estrutura, procurando relacioná-la às suas propriedades físicas,

composição, processo de fabricação, etc., de modo a poder esclarecer, ou prever seu

comportamento numa determinada aplicação. A observação das estruturas metálicas sob

aumentos convenientes é de importância considerável tanto para os estudantes, engenheiros,

como para os pesquisadores. É necessário ressaltar que tão-somente a análise química não

permite tecer considerações satisfatórias sobre as propriedades físicas de uma liga metálica

(mecânicas, elétricas, magnéticas, etc.) e que a metalografia preenche, pelo menos em grande

parte, essa lacuna. O conhecimento da história dos produtos fundidos, dos processos de

elaboração das ligas e dos tratamentos térmicos e mecânicos a que foram submetidas serão

necessários para desvendar a causa dos incidentes de fabricação e julgar as qualidades

técnicas dos produtos obtidos. A metalografia é, hoje, uma ferramenta de suma importância

na busca de soluções para problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando

submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas. Esta técnica traz

informações acerca da causa dos defeitos, objetivando uma melhoria tecnológica ou de

desenvolvimento científico do produto. O exame metalográfico pode ser feito à vista

desarmada ou no máximo com o auxílio de uma lupa (exame macrográfico) ou com o auxílio

de um microscópio (exame micrográfico). Esses exames são feitos em secções do material,

polidas e atacadas com reativos adequados. Em síntese, o exame metalográfico fornece dados

sobre como o material e peça foram feitos e também sobre sua homogeneidade.

Histórico da Peça a Ser Investigada

Quando um material ou peça é entregue ao laboratório a fim de ser examinado para

esclarecimento de alguma questão, o encarregado de estudar o assunto precisa, antes de mais



nada, tomar providências no sentido de inteirar-se bem do que se deseja investigar. Uma vez

ciente do que se trata e admitida a viabilidade do que é solicitado fazer, o técnico fará uma

verificação do material entregue e se as informações prestadas são suficientes para poder

delinear e executar o programa de ensaios que o caso requeira. Esse trabalho preliminar de

obtenção de informações se impõe na maioria dos casos, pois raras vezes o histórico do que se

pretender estudar é relatado espontaneamente e com clareza. Outras vezes o material é

enviado ao laboratório apenas acompanhado de um pedido para que sejam executados

determinados ensaios sem maiores esclarecimentos. Se o interessado não especificar as

regiões da peça onde os ensaios devem ser realizados, ou pelo menos para que fins se

destinam, o técnico não deve dar início a qualquer procedimento de ensaio, sem antes discutir

recolher estas informações.

6.1. O Exame Macrográfico

A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça ou amostra metálica,

segundo uma seção plana devidamente polida e, em geral, atacada por um reativo apropriado.

A palavra macrografia também é empregada para designar os documentos que reproduzem a

macroestrutura, em tamanho natural ou com aumento máximo de 10 vezes.Pela macrografia

obtém-se informações de caráter geral, tais como: um aspecto de conjunto sobre a

homogeneidade do material da peça, a distribuição e quantidade de certas impurezas,

processos de fabricação, etc.

6.1.1. Preparação dos Corpos de Prova para Macrografia

1. Escolha e localização da seção a ser estudada: Alguns critérios para esta escolha serão

definidos pela forma da peça, pelos dados que ele quer colher e por outras considerações.

A figura abaixo exemplifica a escolha de uma seção mais apropriada para o estudo.

Figura 1- Influência da posição do corte de uma barra sobre seu aspecto macrográfico.

a

a

b

b

a-a b-b



Um corte, preferencialmente, na seção transversal é feito se o objetivo do ensaio é verificar:

• a natureza do material: aço, ferro pudlado;

• se a secção é inteiramente homogênea ou não, bem como a forma e intensidade da

segregação;

• a posição, forma e dimensões das bolhas e das dendritas;

• a existência de restos de vazio;

• se a peça sofreu cementação, a profundidade e regularidade desta ou a profundidade

da têmpera;

• se um tubo é inteiriço, caldeado ou soldado;

• certos detalhes de soldas de chapas ( seção transversal da solda);

• no caso de ferramentas de corte caldeadas, a espessura e regularidade das camadas

caldeadas (secção perpendicular ao gume);

• a regularidade e a profundidade de partes coquilhadas de ferro fundido, etc.

• Um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar:

• se uma peça é fundida, forjada, ou laminada, estampada ou torneada;

• a solda de barras ou como se processou um caldeamento de topo;

• eventuais defeitos nas proximidades de fraturas;

• a extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc

1. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: A obtenção da superfície

compreende três etapas: a do corte ou do desbaste, a do lixamento e a do polimento. A

etapa do corte é feita com serra ou com cortador de disco abrasivo do tipo "cut-off" e

localiza a superfície a examinar. Quando o corte não é viável, recorre-se ao desbaste que

é praticado com o esmeril comum ou com auxílio da plaina até atingir a região que

interessa. Por meio de uma lixadeira mecânica termina-se esta primeira etapa, finda a

qual ter-se-à uma superfície plana, bem retificada e com a orientação desejada. Todas

essas operações deverão ser levadas a cabo com a devida cautela, de modo a evitar

encruamentos locais excessivos (figura 21), bem como aquecimentos a temperaturas

acima de 100ºC em peças temperadas, fenômenos que seriam mais tarde postos em

evidência pelo ataque, perturbando a interpretação da imagem. O lixamento é iniciado

sobre lixa, em direção normal aos riscos já existentes, e é levado até o completo

desaparecimento destes.



Figura 2.- Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste.

Após o lixamento inicial em lixa grossa, é utilizada uma lixa mais fina seguinte, mudando

de 90 graus a orientação do lixamento e continuando-o igualmente até terem

desaparecido todos os riscos da lixa anterior, e assim por diante até a lixa mais fina (600#

a 1200#, dependendo do caso). A figura 22 a seguir ilustra esta operação.

Figura 3.- Representação esquemática do procedimento utilizado na lixamento de amostras metalográficas.

Com a superfície nesse estado já se notam, por vezes, algumas particularidades como:

restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas, etc., mas é

indispensável proceder-se a um ataque com reativos químicos para por em evidência outras

heterogeneidades, não visíveis apenas apenas no lixamento.

3. Ataque desta superfície por um reagente químico adequado: Quando uma superfície polida

é submetida uniformemente a ação de um reativo, acontece, quase sempre, que certas

regiões são atacadas com maior intensidade do que outras. Esta diferença de atacabilidade

120 (a)

620 (c)

1000 (e)

1000 (d)

320 (b)

90o

Direção de lixamento

Ponto de referência Etapa (e): lixamento planetário

a

b

c

a: região de intensa deformação (ferramenta de desbaste)

b: região de média deformação (ferramenta de acabamento)

c: região sem deformação (núcleo do metal)



provém habitualmente de duas causas principais; diversidade de composição química ou de

estrutura cristalina. A imagem assim obtida constitui o "aspecto macrográfico" do material.

A figura 23 apresenta o aspecto macrográfico de das seeções de duas porcas que foram

estampadas a partir de diferentes cortes da barra original.

Figura 4- Aspectos macrográficos diversos decorrentes da posição do corte em relação a

barra original de que foram estampadas essas porcas. Ataque: iodo. 1,5 x.

O ataque da superfície por reativo adequado pode ser obtido de três modos:

- ataque por imersão, mergulhando a superfície polida numa cuba contendo certo volume de

reagente;

- ataque por aplicação, estendendo uma camada de reativo sobre a seção em estudo com o

auxílio de um pincel ou chumaço de algodão e regularizando-o se for preciso; (a figura 25

ilustra o resultado destes tipos de ataques);

- ataque pelo método de Baumann, de impressão direta, lançando mão de um papel

fotográfico, umedecido com um reagente apropriado, aplicando-o sobre a superfície polida,

e obtendo sobre ele um decalque da maneira como se encontram distribuídos os sulfuretos.

Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são prepardos a

partir de reagentes químicos para análise. (P.a) de alta pureza.

Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou

alcóolicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de

ataque, tais como composição química, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir

as mais diversas finalidades de contraste. A figura 24 mostra, a partir da seção transversal de

um trilho, uma fratura que contorna uma região segregada da peça.



Figura 5. – O trilho da figura rompeu em serviço e a fratura acompanhou o contorno da zona

segregada. Ataque: iodo

A figura 26 a seguir mostra o trilho da figura anterior após ataque e impressão de Baumann,

que é um tipo diferente de ataque, promovendo a formação da imagem da peça sobre um

papel fotográfico, após ataque por um reativo adequado..

Figura 6.- Impressão de Baumann da peça da figura anterior.

Vários são os reativos empregados no exame macrográfico. Estes reativos são preparados a

partir de reagentes químicos para análise (p.a.) de alta pureza.

Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou

alcoólicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de

ataque, tais como composição química, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir

as mais diversas finalidades de contraste.



Os reativos mais comuns são:

- reativo de iodo: iodo sublimado 110g , iodeto de potássio 120g , água 1100g ;

- reativo de ácido sulfúrico: ácido sulfúrico 120cm , água 1100cm ;

- reativo de Heyn: cloreto cupro-amoniacal 110g , água 1120g ;

- reativo de ácido clorídrico: ácido clorídrico 150cm , água150cm

- reativo de Fry: ácido clorídrico 1120cm , água destilada 1100cm , cloreto cúprico 190cm .

6.1.2. Exame e Interpretação de Macrografias

O que macrograficamente se pode constatar, em conseqüência da ação do reativo de

ataque, resulta do contraste que se estabelece entre as áreas de composição química diferente

ou entre as de cristalização diferente. O contraste decorre do fato de certas regiões

escurecerem muito mais do que outras (ver figura 27)

Figura 7. - Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo.

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