A Metalografia colorida como instrumento de controlede qualidade de aos utilizados na construo civilResumoA metalografia, estuda a constituio, a estrutura e a textura dos metais, suas ligas e produtos metlicos e seu relacionamento com as propriedades mecnicas, fsicas, qumicas e processos de fabricao.O exame para revelar a microestrutura de um metal por meio ptico, envolve trs etapas : obteno de uma superfcie plana e polida, ataque da amostra com reagente adequado e observao com microscpio.Quando se submete a superfcie da amostra ao ataque de uma determinada soluo, torna-se visvel as partes quimicamente ou fisicamente distintas, atravs do aumento ou diminuio dos contrastes pticos entre os vrios componentes estruturais.Os ataques coloridos alm de proporcionarem um excelente visual da amostra e um bom fundo para fotografia, se mostram tambm como uma valiosa ferramenta para garantir uma maior segurana e confiabilidade das anlises via metalografia tica. Permitindo, revelar, destacar e definir os vrios componentes de uma microestrutura.No presente trabalho cita-se os aspectos relevantes desta tcnica, mostrando o modo de preparao e ataques utilizados para alguns materiais ferrosos.1. IntroduoQuando em 1863, H. C. Sorby, observou pela primeira vez uma estrutura metlica ao microscpio, surgia a metalografia, com a finalidade de estudar a constituio, a estrutura e a textura dos metais, suas ligas e produtos metlicos e seu relacionamento com as propriedades mecnicas, fsicas, qumicas e processos de fabricao.Sempre objetivou-se relacionar microestrutura com propriedades dos materiais. Nestes estudos, avaliou-se que, em um metal onde existe uma combinao de constituntes, a interao sinergstica combinada com a quantidade e morfologia das fases presentes influenciam de maneira fundamental o comportamento do material.Sabendo-se ento que as propriedades dos materiais esto intrinsecamente ligadas natureza de sua microestrutura, ao se observar a microestrutura de um material, tem-se uma viso qualitativa dos diferentes microconstituntes e defeitos presentes, pode-se assim induzir as possveis propriedades do material.

Assim em muitos laboratrios tem-se desenvolvido tcnicas para a anlise da microestrutura dos materiais.

A preparao metalogrfica uma arte que requer no apenas experincia, mas tambm pacincia.

O exame para revalar a microestrutura de um metal por meio ptico envolve basicamente trs estgios de preparao : obteno de uma seo plana e polida, realce da microestrutura atravs do ataque preferncial dos defeitos existentes ou diferena localizada da composio qumica da amostra e observao no microscpio.

O ataque, tem por finalidade, evidenciar a estrutura ntima do material em estudo, podendo esta ser observada atravs de um microscpio metalogrfico.

O reativo para revelar com nitidez a estrutura dos metais deve ser escolhido de acordo com a natureza do material e dos detalhes que se desejam evidenciar. Deve possuir determinadas caractersticas, como simplicidade de composio, estabilidade com o tempo e uso, no ser txico e, muito menos, venenoso, alm de seus produtos serem de fcil aquisio e baratos.

Os reativos atuam sobre as heterogeneidades por dissoluo, colorao e deposio de compostos das reaes, e sobre os defeitos por corroso.

A superfcie da amostra, quando atacada por reagente qumico, sofre uma srie de transformaes eletroqumicas, onde os constituntes quimicamente menos nobres, reagem com o meio de maneira mais intensa que os mais nobres. Quando a amostra submetida ao ataque colorido, possvel distinguir que existe ataque e colorao diferenciada entre os gros, sendo que este comportamente pode ser atribudo a diferena na orientao cristalogrfica e composio qumica dos cristais, devido a diferena na energia de superfcie entre planos cristalogrficos, que ficam expostos ao ataque qumico, devido a variao na densidade atmica planar, resultando assim em reaes diferenciadas com as solues de contraste.2. Ataque coloridoTambm normalmente referida como causticao a tinta, tem sido usada para colorir muitos metais e ligas, como ferro fundido, aos, ao inoxidvel, ligas base de nquel, ligas base de cobre, molibdnio, tungstnio, chumbo, estanho e zinco.3. Princpios do Ataque coloridosPara se obter uma tintura ou cor satisfatria uma srie de reagentes so equilibrados quimicamente para produzir um filme estvel na superfcie da amostra. Isto contrrio ao ataque qumico ordinrio, em que os produtos corrosivos produzidos durante o ataque so redissolvidos na soluo. Os ataques coloridos tem sido classificadas como andico, catdico, ou sistemas complexos, dependendo da natureza da precipitao do filme.

O ataque qumico um processo decorrosocontrolado baseado na ao eletroltica entre as reas da superfcie de potenciais diferentes. Para metais puros e ligas de fase simples, uma diferena potencial existe entre os limites do gro e interior dos gros ou entre gros com orientaes diferentes. Para ligas de multifase, um potencial tambm existe entre as fases. Estas diferenas potenciais alteram a taxa de ataque, revelando a microestrutura quando os ataques qumicos so usados.

Para uma liga de duas fases, o potencial de uma fase maior que a da outra. Durante o ataque, a fase mais eletropositiva(andica) atacada; a fase mais eletronegativa(catdica) no atacada apreciavelmente. A magnitude da diferena potencial entre duas fases maior que as diferenas potenciais que existem em ligas de fase simples. Portanto, ligas com duas ou mais fases atacam mais rapidamente que metais de fases simples ou ligas. Como para a maioria das solues qumicas, a mesma fase ser sempre andica e catdica. difcil com ataque padro inverter o comportamento, ou seja, para fazer a fase andica em catdica.Apenas usando o metdo potenciosttico, as fases podem ser atacadas seletivamente no mesmo eletrlito pela mudana da voltagem aplicada.

m de um filme espesso de xido, sulfeto, molibdato complexo, selnio elementar ou cromato na superfcie da amostra.As solues de tintura geralmente colorem uma fase andica. Algum sucesso tem sido obtido ao desenvolver o ataque colorido para aos que so seletivos para as fases que so normalmente catdicas. Contudo, a maioria das causticaes de tintura colorem as fases andicas. As causticaes coloridas so normalmente solues acidiferas, usando gua ou lcool como solvente. Eles tem sido desenvolvidos para depositar 0.04 0.5

Reagentes coloridos funcionam pela imerso, nunca por frico, que evitar a formao de filme.

A espessura do filme controla as cores produzidas. Quando a espessura aumenta, a iluminao usando luz clara cria cores vivas, normalmente na seqncia de amarelo, vermelho, violeta, azul e verde. Com sistemas andicos, o filme forma apenas acima da fase andica, porm sua espessura pode variar com a orientao cristalogrfica da fase. Para sistemas catdicos, por causa da espessura de filme acima da fase catdica ser geralmente consistente, apenas uma cor produzida, que vai variar quando o filme cresce durante o ataque. Portanto, para obter a mesma cor cada vez que se faz o ataque,a durao da causticao deve ser constante. Isto pode ser cotrolado pela cronometragem do reagente colorido e observado-se a cor macroscpia da amostra durante o tingimento.

A soluo de ataque colorido deposita um filme de sulfeto fino, acima de uma ampla gama de metais, como ferro fundido, ao, ao inoxidvel, ligas base de nquel, cobre e ligas de cobre. Estes filmes so produzidos de duas formas. Para reagentes contendo metabisulfeto de potssio(K2S2O6) ou metabisulfeto de sdio (Na2S2O6), o ferro, nquel ou cation de cobalto no filme de sulfeto, origina da amostra, e o nion de sulfeto deriva do reagente aps a decomposio.

O segundo tipo de filme produzido por um complexo tiossulfato-metal no reagente que consiste de uma soluo aquosa de tiossulfato de sdio (Na2S2O3 . 5 H2O), cido ctrico (cido orgnico) e acetato de chumbo(Pb(C2H3O2)2) ou cloreto de cdimio (CdCl2) (metal salino). Em tais ataques, a amostra age como o catalisador, e o filme formado sulfeto de chumbo (PbS) ou sulfato de cdio(CdS). Estes reagentes colorem apenas os constituintes andicos; o filme no formado acima de caracteres ctodicos. Os ataques coloridos que usam reduo do on de molibdato tambm tem sido desenvolvidos. O molibdato de sdio (Na2MoO4 . 2 H2O) usado. O molibdnio no on molibdato, MoO4-2 , tem uma valncia de + 6. Na presena de componentes de reduo adequados, ele pode ser parcialmente reduzido para +4. Uma soluo aquosa diluda (1%) de Na2MoO4. 2H2O feito acidfero pelo acrscimo de uma pequena quantidade de cido ntrico (HNO3). Isto produz cido molibdato(H2MoO4). O acrscimo de um reagente de reduo forte, com sulfato de ferro(FeSO4), colore a soluo de marrom.

Quando a soluo 1% aquosa Na2MoO4 (feita acidfero com HNO3) usada para colorir aos, o molibdato reduzido na fase cementita catdica. Isto produz um amarelo alaranjado para a cor marrom, dependendo da durao da causticao. Se uma quantidade pequena de bifluoreto de amnio(NH4HF2) acrescentada, os carbonetos so coloridos de vermelho-violeta, e a ferrita colorida de amarelo. Talvez, a causticao. Se uma quantidade pequena de bifluoreto de amnio (NH4F2) acrescentada, os carbonetos so coloridos de vermelho-violeta, e a ferrita colorida de amarelo.4. Reagentes CorantesConstituintes comuns em reagentes coloridos incluem NaS2O3 . 5H2O, Na2S2O6 e K2S2O6 . Estes so usados com gua como o solvente e geralmente as fases andicas so coloridas. Para atingir mais metais prova de cidos, o cido clordrico (HCl) acrescentado. Reagentes corantes contendo estes compostos, produzem filmes de sulfeto, durante o uso, o odor do dixido de enxofre e sulfato de hidrognio pode ser detectado. Embora este seja um inconveniente pequeno, que contornado fazendo-se o ataque sob uma tampa.

Os reagentes corantes baseados em cido selnio (H2SeO4) ou Na2MoO4 . 2H2O, geralmente colorem os constituintes catdicos, como cementita em ferro fundido e aos. Porque H2SeO4, perigoso para o manuseio, seu uso deve ser restrito queles bem cientes das precaues de segurana necessrias. Felizmente, os reagentes baseados em Na2Mo4 . 2H2O so relativamente seguros para uso. Reagentes contendo acrscimos de NH4HF2, deve tambm ser manuseado cautelosamente.5. Mistura de ReagentesA maioria dos reagentes qumicos, precisa aderncia para a frmula, no ocorrendo o mesmo com as solues coloridas. Contudo, frmulas para reagentes corantes devem ser atentamente observadas. Para alguns reagentes corantes, a ordem da mistura de vrios componentes tambm crtica.

Muitos reagentes corantes podem ser preparados para 50, 100, 500 ou 1000 ml de soluo. Em alguns casos, um ingrediente omitido at a quantidade necessria para causticao ser lanada num bcher. O agente ativador ento acrescentado.6. Preparao da amostra para ataque coloridoAmostras para causticao corante devem ser preparadas cuidadosamente. O controle de arranhes (riscos) e o desafio mais difcil, particularmente para ligas macias. Os arranhes so com freqncia observados aps causticao corante, mesmo se a amostra aparecer ser livre de arranhes antes do polimento. Todavia, a preparao efetuada virtualmente da mesma forma como para amostras que seriam quimicamente reagidas, os cuidados com a temperatura e esforos no corte , deformaes e oxidao no lixamento e polimento, limpeza de partculas e sujeidades devem ser observados, porm a proteo contra oxidao e engorduramento e uma maior ateno na remoo de finos arranhes de suma importancia.7. Tcnica de ataqueO reagente desejado misturado de acordo com a frmula, a soluo ento lanada no bcher e ativado na maneira especfica. A amostra deve ser limpa cautelosamente antes da causticao; nenhum resduo na superfcie poder interferir com a deposio do filme. A maioria dos reagentes exigem uma imerso de 60 a 90 segs., a amostra colocada com fronte para a boca do bcher. As vezes a soluo levemente agitada.

Cuidado deve ser tomado para no respingar a soluo nas mos ou em outras reas expostas.Aps aproximadamente 20 a 40 segs., dependendo da amostra e da soluo, a superfcie comea a tingir. O bcher ento mantido imvel at a superfcie se tornar de vermelha para violeta ou azul. A amostra removida, lavada em gua morna ou fria, pulverizada com tanol ou acetona e secada com ar quente ou comprimido. A superfcie da amostra no deve ser tocada. Para reagentes corantes que funcionam relativamente rpido, a amostra retida (ou levantada) na soluo com uma pina e lentamente agitada at que a superfcie se torne escurecida. Para este caso, a cor da superfcie macroscpica geralmente cinza-preta.8. Exame de amostrasAs amostras esto agora prontas para serem examinadas com um microscspio vertical ou invertido e fotografadas. Cuidado deve ser tomado durante o aplainamento da amostra, porque a superfcie no deve ser tocada. Se um microscpio invertido usado, cuidado deve ser tomado ao colocar a amostra para evitar arranhes no filme de interferncia.

As amostras so examinadas, primeramente usando iluminao de campo claro, incorporando apenas filtros de densidade neutra para controlar a claridade. Os filtros corantes podem realar contraste entre fases em alguns casos, e a luz polarizada transversal ou quase transversal s vezes intensifica a colorao.9. Aplicaes dos ataques coloridosA causticao de colorao particularmente bem ajustada as ligas de cobre, aos especiais e inoxidveis, ferros fundidos ou aos comuns. Os reagentes podem colorir os gros de ferrita do ao de azul/marrom, amarelo, verde, vermelho, etc..., dependendo da orientao cristalogrfica. Segregaes fosfricas so coloridas de amarelo ou branco, dependendo da concentrao. A cementita pode ser detectada usando este reagente, porque ele no se torna colorido; pelo contrrio, ele permanece branco para ter contraste com a matriz colorida. A martensita colorida num intenso marrom azulado, e a austenita permanece branca.10. Materiais e MtodosAs amostras foram preparadas segundo a norma ASTM E 3 - 80, atacadas com reativo adequado seguindo as normas ASTM E 407 - 70 e ABNT 8108, e fotografadas de acordo com a norma ASTM E 883 - 86.

O modo de preparao dos materiais descrito a seguir :

- Ao IF e baixo carbono : O ao livre de intersticiais foi submetido ao lixamento em lixas de carbeto de silicio base gua granulometria 220, 500, 800, 1000 e 1200, polidas com soluo aquosa 1:10 de alumina 1 micron e atacadas para revelao de gro com nital 2% e picral 4%. Aps cada ataque por imerso durante 15 segundos em nital, efetuava-se um repolimento com soluo aquosa 1:10 de alumina 0,25 microns, repetindo esta operao quatro vezes, atacando com picral tambm durante 15 segundos para aumentar a definio dos contornos de gro, lavando-se ento a amostra com gua fria e alcool secando com ar quente forado.

O ao baixo carbono seguiu o mesmo processo de lixamento; polimento com soluo de alumina 1 micron e ataque com nital padro por imerso durante 30 segundos.Para a soluo de tingimento utilizou-se 25 g de tiosulfato de sdio em 50 ml de gua destilada + 1 g de metabissulfito de potssio, as amostras foram deixadas em repouso imersas na soluo durante 3 minutos, lavadas com gua fria e alcool e secadas com ar quente forado.

- Ao inox duplex - O lixamento foi identico aos aos IF eao carbono. O polimento foi com pasta de diamante 3; 2,5 e 1 micron, utilizando alcool etlico como lubrificante . O ataque utilizado deniminado de Murakami (10g de ferricianeto de potssio + 10g de hidrxido de sdio em 100 ml de gua ) a mistura aquecida a 95oC e a imerso efetuada durante 5 segundos , este reagente tem o efeito de revelar e colorir simultneamente.11. Apresentao e discusso dos resultadosAs fotomicrografias obtidas nos testes, esto mostradas nas figuras , 1, 2 e 3Obteve-se uma boa colorao da matriz do ao IF. As cores diferenciadas dos gros de ferrita possivelmente representam orientaes cristalogrficas diferentes.

No ao baixo carbono o tingimento eficiente da matriz , proporcionou a identificao perfeita e clara da cementita terciaria (amarelo ouro) nos contornos de gro da ferrita (marrom claro e cinza), responsvel pela queda de propriedades mecnicas deste material.(clique nas imagens para ampli-las)

Figura 1 Ao I F

Figura 2 - Ao Baixo Carbono

Figura 3 - Ao Inox DuplexNo ao austeno-ferrtico, a microestrutura revelada pelo ataque consta de ferrita escura (marrom) e austenita mais clara (verde claro). os contornos de gro de cada fase individualmente no foram revelados pelo ataque utilizado. O resultado obtido de grande valia considerando que as propriedades dos aos inox duplex so governadas principalmente pela proporo volumtrica de ferrita e austenita. A variao desta proporo altera tanto as propriedades mecnicas, especialmente a tenacidade, quanto a resistncia corroso. Os principais fatores que proporcionam a este tipo de material suas propriedades mecnicas so o pequeno tamanho de gro ferrtico e austentico e o efeito da unio mecnica entre as fases.12. ConclusoA tcnica de preparao somada ao reagente adequado possibilitou uma boa revelao das microestruturas, satisfazendo assim as espectativas de previso do comportamento do material durante uso, com base na interao microestrutura propriedades mecnicas e tecnolgicas.13. Bibliografia

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[ 9 ] FAZANO, C. A. T. V. - A Prtica Metalogrfica, Hemus Livraria Editora Ltda, So Paulo, 1980.Autores:Shimeni Batista Ribeiro DaerEngenheira MetalurgistaDepto. de Ps Graduao em Engenharia - Metalrgica da Universidade Federal Fluminense.Pesquisadora Cientfica

Eva RolimPesquisadora Cientfica IndependenteEspecialista em Marketing e Gesto de Recursos HumanosProfessora de MKT Empresarial da FASFAluna de Mestrado em Engenharia Metalrgica da UFF

Andr Luis de Brito BaptstaTcnico de Mtodos e Processos / Ensino e Pesquisa da UFF / EEIMVRPesquisador da Diviso de Metalurgia da Spectru LtdaAluno de Graduao Bacharelado em Administrao de EmpresasFaculdade SulFluminense FASFAssis Moura NascimentoTcnico de Desenvolvimento Especializado em Sistemas Informatizados.- Responsvel Tcnico pela Diviso de Informtica e Informaes Tecnolgicas da Spectru Instrumental Cientfico Ltda