apostila macrografia

7/28/2019 Apostila MACROGRAFIA

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Lab. de Ensaios Metalogrficos

ENSAIOS

MACROGRFICOS

NOTAS DE AULA

Prof. Paulo Fernandes Jr


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Sumrio

Pg.

1- OBJETIVO ........................................................................................................................... 1

2 - ALGUNS CONCEITOS BSICOS ...................................................................................... 1

3 - PREPARAO DOS CORPOS DE PROVA ...................................................................... 4

4 PRINCIPAIS REATIVOS .................................................................................................... 6

5 ALGUNS CUIDADOS DURANTE O ENSAIO .................................................................... 9

6 -INTERPRETAO DOS ENSAIOS MACROGRFICOS ................................................................. 10

7 EXEMPLOS DE MACROGRAFIAS (Casos Prticos) ........................................................ 11

8 ESQUEMA GERAL MACROGRAFIA ............................................................................. 17

9 REFERNCIAS .................................................................................................................. 18


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Lab. de Ensaios MetalogrficosENSAIOS MACROGRFICOS Notas de Aula

1 - OBJETIVO:

O ensaio macrogrfico consiste na interpretao da aparncia (ou textura) da superfcie de uma pea

metlica, superfcie esta que deve ser plana, polida e atacada por um reagente qumico adequado.

A observao da superfcie pode ser feita a olho nu ou com o auxlio de uma lupa com ampliao de

10 vezes no mximo.

2 - ALGUNS CONCEITOS BSICOS:

Antes de estudarmos a seqncia de um ensaio macrogrfico, vamos discutir alguns conceitosbsicos que nos auxiliaro bastante na interpretao final dos resultados.

2.1 - Segregao: As ligas metlicas, quando no estado lquido, apresentam certa homogeneidade. Quando a

liga passa para o estado slido, as impurezas, no sendo to solveis no metal slido como no lquido, so

repelidas para a parte central da pea que a ltima a solidificar-se.

Ao acmulo de impurezas nesta regio das peas fundidas, d-se o nome de segregao. No caso dos aos,

o enxofre e o fsforo so as principais impurezas segregadas.

A regio onde houve segregao apresenta maior dureza, maior fragilidade, melhor resistncia fadiga que a regio perifrica da pea.

Figura 1 Disposio da segregao que freqentemente se encontra nas seces de produtos laminados ou forjados.

2.2 - Vazios: Durante a solidificao, o metal, ao passar do estado lquido para o estado slido ocorre

uma diminuio de volume. Com isso, aparecer no interior da pea uma regio oca que se

denomina vazio.

Figura 2 Diversas fases da solidificao de um metal num lingote ira.

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Figura 3 Lingote com massalote (cabea quente)

2.3 - Bolhas: So pequenas cavidades cheias de gases existentes nos metais.

Os metais lquidos dissolvem grandes quantidades de gases como: oxignio, hidrognio,

nitrognio, monxido de carbono e dixido de carbono. medida que a temperatura do banho diminui,

esses gases so libertados at um determinado valor da viscosidade tal que os gases no conseguem

mais ser libertados, formando-se ento as bolhas no interior da massa metlica.

Para atenuar o desenvolvimento das bolhas nas peas, costuma-se adicionar no banho

metlico certas substncias chamadasdesoxidantes.

No caso dos aos, usam-se como desoxidantes o silcio, mangans, alumnio e outras.

Efervescente Semi-acalmado Acalmado

Figura 4 Distribuio das bolhas nos lingotes conforme o grau de desoxidao.

2.4 - Porosidades: Correspondem a pequenssimas cavidades no interior das peas. Elas sobem menos nocivas que as bolhas, mas devem ser evitadas, principalmente em peas sujeitas

fadiga.

2.5 - Trincas: So fissuras que existem nos materiais. Podem ser superficiais ou internas. Elasocorrem devido ao trabalho mecnico ou ao resfriamento e aquecimento bruscos.



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2.6 - Dendritas: Os metais se solidificam sob a forma de cristais, segundo direes preferenciais

chamadas eixos de cristalizao. Cada eixo, atingindo certo desenvolvimento, passa a emitir

outros eixos, at toda a massa se tornar slida. Ao conjunto de cada eixo principal e seus eixos

secundrios d-se o nome de dendrita.

Devido ao mecanismo exposto, todos os metais, logo aps sua solidificao completa,

so formados por numerosos gros fortemente unidos, cada um com orientao cristalogrfica

independente dos demais.

Junto s paredes do molde, os gros resultantes so longos e perpendiculares s

paredes enquanto que no interior da pea, os gros so equiaxiais (forma octodrica).

Figura 5 Desenvolvimento de uma dendrita equiaxial.

Figura 6 Deformaes sucessivas de dendritas Figura 7 Gros colunares convergindo para um ncleo centralde

medida que um ao laminado ou forjado. gros equiaxiais na seco transversal de um lingote.

2.7 - Fibras:Correspondem a alinhamentos resultantes da segregao interdendrtica, devido ao trabalhomecnico a quente. Devido ao trabalho mecnico a quente, como a laminao ou forjamento, a segregaoentre as dendritas, por ter baixa plasticidade, vai se orientando em linhas paralelas. A esse alinhamento

paralelo denominamos fibras.

2.8 - Descarbonetao: a perda de carbono na superfcie de uma pea de ao ou ferro fundido, devido ao

contato com um meio oxidante.

Essa perda de carbono ser maior quanto mais alta for a temperatura e quanto maior for o tempo de

contato da pea com o meio.

2.9 - Cementao: um processo inverso da descarbonetao, isto , vem a ser a difuso de carbono na

superfcie externa de uma pea.



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Lab. de Ensaios MetalogrficosEste processo ser discutido mais tarde, quando estudarmos o tratamento trmico dos aos.

2.10 - Tmpera: Consiste no aquecimento de uma pea de ao acima de uma determinada temperatura,

seguido de um resfriamento rpido em gua, leo ou um banho de sal, com a finalidade de aumentar a dureza

dessa pea.

Quando estudarmos os tratamentos trmicos dos aos, tambm discutiremos melhor este processo.

2.11 - Encruamento: Dizemos que um material sofreu encruamento quando h uma variao das suas

propriedades, devido ao trabalho mecnico a frio, como por exemplo, a laminao a frio ou a trefilao. O

metal ter um aumento de dureza, aumento de resistncia a trao, aumento de fragilidade, etc., e ter uma

diminuio do alongamento, da estrico, etc.

2.11 Gotas frias: Ao verter o metal lquido na lingoteira, pequenas gotas respingam contra as paredes,

resfriando-se com rapidez e oxidando-se superficialmente. Tais gotas no aderem depois completamente ao

lingote devido pelcula de xido e constituem um defeito superficial.

3. PREPARAO DOS CORPOS DE PROVA:

Na preparao de um corpo de prova em macrografia, temos trs fases a considerar:

a) Escolha da seco a ser estudada.

b) Obteno de uma superfcie plana e polida dessa seco.

c) Ataque da superfcie por um reagente qumico adequado.

3.1 - Escolha da seco a ser estudada: A escolha da seco a ser estudada depende do que o

operador deseja obter:

O corte transversal de uma pea indicado nos seguintes casos:

a) Verificar a natureza do material, se ao ou ferro fundido;

b) Verificar a homogeneidade;

c) Verificar a forma e intensidade da segregao;

d) Verificar a posio, forma e dimenso das bolhas;

e) Verificar a profundidade de tmpera;

f) Verificar a presena de restos do vazio;

g) Verificar se a pea sofreu cementao, a profundidade e regularidade da camada cementada;

h) Verificar a forma e dimenso das dendritas;

i) Verificar detalhes em soldas (seco transversal solda).



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Lab. de Ensaios MetalogrficosO corte longitudinal indicado nos seguintes casos:

a) Verificar se uma pea foi laminada, fundida ou forjada;b) Se a pea foi estampada ou torneada;

c) Verificar a extenso de tratamentos trmicos;

d) Verificar a solda em barras;

e) Eventuais defeitos nas proximidades de fraturas.

Figura 8 Influncia da localizao de um corte longitudinal axial sobre o aspecto da segregao

3.2 - Obteno de uma superfcie plana e polida da seco: Esta fase compreende o corte, o desbaste e o

polimento do corpo de prova.

O corte feito com serra, ou cortador com disco abrasivo ("Cut off").

O desbaste feito com lima, esmeril ou lixadeira mecnica.

O polimento feito em lixas, sendo que o sentido do lixamento em cada lixa deve ser perpendicular anterior. S se passa lixa seguinte quando eliminarmos todos os riscos da anterior. As lixas mais utilizadasso: n 180, 240, 320, 400, 500, 600. A granulometria das lixas decresce com o aumento do nmero das

mesmas. Quando as peas so pequenas, atrita-se a superfcie das mesmas sobre a lixa, mas quando

a pea grande, isso no vivel. Prende-se ento a pea numa morsa e faz-se o lixamento com o

auxlio de uma rgua de madeira.

Terminado o lixamento com a lixa 600, em alguns casosj se pode notar restos de vazios, trincas,

incluses, porosidades, mas deve-se atacar a superfcie com reagente qumico para por em evidncia as

demais heterogeneidades do material.

3.3 - Ataque da superfcie obtida por um reagente qumico adequado : Durante o ataque com reagente

qumico, observam-se na superfcie da pea, regies mais atacadas que outras. Isso ocorre devido

diferena de composio qumica e de estrutura cristalina do material.

O ataque qumico pode ser feito de trs maneiras:

a) Por imerso da superfcie a ser estudada num recipiente contendo o reagente;

b) Por aplicao do reagente sobre a superfcie, com o auxlio de um chumao de algodo;

c) Por aplicao de papel fotogrfico, umedecido com reagente adequado, sobre a superfcie polida do



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Lab. de Ensaios Metalogrficoscorpo de prova.

4 - PRINCIPAIS REATIVOS:4.1 - Reativo do Iodo:

- iodo sublimado: 10g

- iodeto de potssio: 20g

- gua: 100g

O reativo de iodo usado a frio e o mais utilizado nos ensaios macrogrficos, produzindo timas

imagens para fotografia. Este reativo, assim como alguns outros, produz dois tipos de imagens:

a) Imagens que desaparecem com um leve repolimento da superfcie. Neste caso

temos: alteraes locais ou parciais de origem trmica, como tmperas brandas,

tmperas seguidas de revenido, zonas alteradas pelo calor de soldas sem recozimento

posterior, granulaes grosseiras visveis a olho nu, zonas mais descarbonetadas ou

fosforosas na segregao, partes cementadas.

b) Imagens que se revelam melhor ou s aparecem aps um leve repolimento. Neste

caso temos: segregao, bolhas, dendritas, texturas fibrosas, trincas, porosidades,

incluses. Em geral essas imagens se tornam mais contrastadas se o leve repolimento

for seguido de um ataque muito rpido, da ordem de 2 segundos, com remoo

imediata do reativo sob um jorro de gua ou por imerso e agitao numa cuba com

gua.

Finalidades: Identificao de tmpera, revenimento, granulaes grosseiras, zonas cementadas,

segregaes fosforosas, zonas alteradas pelo calor de soldas.

4.2 - Reativo do cido sulfrico:

- cido sulfrico: 20 ml- gua: 100 ml

usado a frio ou a quente.Finalidade: indicado para evidenciar as fibras do material.

4.3 - Reativo do cido clordrico:

- cido clordrico: 50 ml

- gua: 50 ml

usado a frio ou a quentehttp://www.profpaulofjr.webs.com - 8 -


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Lab. de Ensaios MetalogrficosAs regies ricas em sulfetos do manchas marrons ou pretas, pois o cido su1frico decompe as

incluses dando H2S, que reage com o brometo de prata do papel, produzindo o sulfeto de prata.

FeS + H2S04 FeSO 4 + H2S

MnS + H2S04 MnSO 4 + H2S

H2S + 2AgBr Ag2S + 2HBr

As incluses de sulfetos sero menos prejudiciais quanto menores e mais

homogeneamente distribudas se apresentarem.As reas escuras tero alto teor de enxofre e as claras, baixo teor.

Obs: Nos produtos laminados nos quais os sulfuretos tomam disposio de estrias muito alongadas

verificar-se- que a impresso obtida em seco transversal sempre muito mais intensa do que a obtida

em seco longitudinal embora o material seja o mesmo e homogneo.

Figura 9 Influncia do corte transversal ou longitudinal sobre a profundidade do ataque.

4.7.2 - Mtodo para detectar reas ricas em fsforo nos aos:

Neste caso, coloca-se o papel fotogrfico durante mais ou menos 3 minutos, numa soluo de

molibdato de amnio (5g + 100ml de gua), contendo 35ml de cido ntrico com densidade 1,2 g/ cm3.A seguir, aplica-se esse papel sobre a superfcie polida do corpo de prova por uns 5 minutos mais

ou menos, surgindo manchas amarelas no papel.

Aps, retira-se o papel e coloca-se o mesmo por uns 5 minutos numa soluo de cido clordrico

contendo 5ml de cloreto estanoso. As regies ricas em fsforo, que antes eram amarelas, ficam azuladas.

4.7.3 - Mtodo para detectar incluses de xidos nos aos:

Coloca-se papel fotogrfico por uns 3 minutos, em uma soluo aquosa de cido clordrico 1 para

20.



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Lab. de Ensaios MetalogrficosDepois, aplica-se o papel sobre a superfcie polida do corpo de prova por uns 2 minutos.

A seguir, retira-se o papel, colocando-o numa soluo de ferrocianeto de potssio (20g de

ferrocianeto por litro de soluo).Em seguida, lava-se o papel em gua corrente por uns 15 minutos, colocando-o num fixador de

hipossulfito de sdio por 15 minutos mais ou menos e, finalmente, lava-se o mesmo em gua corrente por

uns 30 minutos.

As impresses no papel indicam forma, tamanho e distribuio das incluses de xidos.

5 ALGUNS CUIDADOS DURANTE O ENSAIO:

5.1 Durante o corte, esmerilhamento ou lixamento mecnico, evitar o aparecimento detmperas, revenidos ou encruamentos locais que podem mascarar os resultados do ensaio.

5.2 Remover substncias oleosas ou graxas que possam entrar em contato com o reativo e, em

seguida, contaminar a superfcie em estudo.

5.3 - Lavar o corpo de prova em gua corrente toda vez que mudar de lixa, para no contaminar a seguinte

com resduos da anterior.

5.4 No dar um polimento muito brilhante superfcie do corpo de prova, pois com isso, o reagente no

molhar homogeneamente a mesma.

5.5 - Terminado o polimento, deve-se limpar bem a superfcie do corpo de prova com um pano ou algodo

antes de fazer o a taque.

6 INTERPRETAO DOS ENSAIOS MACROGRFICOS:

APARNCIA DA SUPERFCIE SIGNIFICADO PROVVEL

Superfcie difcil de ser atacadaAo com baixo teor de carbono, ao com altoteor de carbono temperado em gua ou aoinoxidvel

A superfcie fica rapidamente escura Ao temperado e revenido

Seco transversal com aspecto homogneo

Ao homogneoSeco transversal com rea mais escura no centro Ao com segregao



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Lab. de Ensaios MetalogrficosSeco transversal com pequenas reas escuras deForma arredondada

Bolhas com material impuro

Seco transversal com faixa perifrica clara e com alta

dureza

Tmpera superficial violenta ou camada

cementada temperadaSeco transversal com faixa perifrica clara e com baixadureza

Descarbonetao superficial

Seco transversal com faixa perifrica muito escura Camada cementada no temperada

Seco transversal com reas claras de contornoscncavos, rodeados por aurolas escuras quedesaparecem com leve repolimento

Solda sem tratamento trmico posterior

Seco transversal com reas claras de contornoscncavos, sem aurolas escuras

Solda com tratamento trmico posterior

Seco transversal com dendritas brancas Ao

Seco transversal com dendritas pretas Ferro Fundido

Seco transversal com reas escuras de forma irregularImpurezas ricas em fsforo, sulfuretos oucarbono

Seco longitudinal com fibras prximas da periferia daPea

Pea laminada e depois forjada ouestampada

Seco longitudinal com linhas escuras, mais ou menosparalelas

Segregao alongada pelo trabalhomecnico

Seco longitudinal com estrias escuras mais grossasBolhas ou impurezas alongadas pelo

trabalho mecnicoSeco longitudinal com uma faixa escura junto periferia

Peas cementadas ou zona tratadatrmicamente

Seco longitudinal com faixa escura no interior doMaterial

Zona modificada pelo calor de uma solda



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7 EXEMPLOS DE MACROGRAFIAS (Casos prticos):


Figura 10 - Seco transversal de um eixo.Material Homogneo. Ataque: iodo

Figura 11 - Seco longitudinal do eixo da fig. 10. Estrutura fibrosa

Figura 12 - Seco transversal de uma barra.com restos de vazio. Sem ataque.

Figura 13 Mesma barra da fig. 13 aps ataque com iodo.As linhas escuras que emanam dos restos de vazio soalinhamentos de impurezas que o reativo escureceu.

Figura 14 Barra de ao apresentando concentraode impurezas no centro. Pela forma tomada pelos groscolunares nota-se que laminada ou forjada de um lingotede seco quadrada. Ataque: iodo.

Figura 15 Mesma barra da fig. 14 aps ataque com iodo.As linhas escuras que emanam dos restos de vazio soalinhamentos de impurezas que o reativo escureceu.


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Figura 16 - O trilho rompeu em servio. Nota-se comoa fratura acompanhou o contorno da zona segregada.Ata ue: iodo.

Figura 17 - O trilho rompeu em servio. Impresso deBaumann mostrando a distribuio dos sulfuretos.

Figura 18 Cabea estampada de um parafuso. A regio segregadase apresenta fibrosa. Na parte superior as fibras tomaram um aspectotremido devido estampagem que as comprimiu e dobrou. Ataque: iodo

Figura 19 Gancho de ao moldado. Notam-se trincase porosidades. Ataque: iodo

Figura 20 Seco transversal de uma engrenagem. Pea cementada ao longodos dentes e na superfcie interna. A macrografia revela a espessura da camadacementada, sua regularidade e a ocorrncia de trincas na base dos dentes; mostratambm a homogeneidade da estrutura do ao em si. Ataque: iodo.

Figura 21 Foice. A face lateral, depois depolida e atacada com reativo de iodo, revelou aprofundidade e regularidade da zona temperada.

Ataque: iodo


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Figura 22 - Textura em ao 4140forjado. Ataque: soluo aquosa 50% HCl

Figura 23 Estrutura dendrtica de umapea de ao moldado de grandes dimenses(14 ton). Dendritas brancas significa emgeral tratar-se de ao; suas grandesdimenses indicam que o resfriamentofoi muito lento.; seus eixos retos mostramque no sofreu tratamento mecnico.Ataque: iodo

Figura 24 Estrutura dendrtica deum ferro fundido branco (dendritasescuras). Ataque: Ntrico

Figura 25 Revelao de macroestrutura em Fundidos.


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IMPRESSES DE BAUMANN:


Figura 26 - Segregaes e restos do vazio.

Figura 27 - Eixo com segregao apresentando no centro uma regio isenta de sulfuretos.


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Lab. de Ensaios MetalogrficosMACROGRAFIAS EM SOLDAS:


Figura 29 - Solda oxiacetilnica de duas barras laminadas de ao doce. Ataque: iodo.

Figura 28 - Solda eltrica de 2 chapas com um cordo de cada lado. Seco normal direo da solda. Nota-se na chapa da direita (ao) at onde a textura foi alterada pelocalor da solda e na da esquerda (ferro de pacote) no se nota essa alterao porque seuteor de carbono muito baixo. Ataque: iodo.

Figura 30 - Soldas depositadas. Linhas: mesma corrente de soldagem; Colunas: mesma velocidade desoldagem. Ataque: Ntrico 2%.2 primeiros dgitos = corrente nominal de soldagem (90, 70 e 50A)2 ltimos dgitos = velocidade de soldagem (08,12, 16, 20 e 24 cm/min)


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Figura 31 - Esquema do corte transversal de um cordo de solda e dimenses medidas.

Figura 32 - Macrografias de corpos de prova obtidos por soldagem com ER e TIG utilizando o mesmo aportetrmico.

Figura 33 Flange de botijo de gs. Montagem de macro e micrografias de regio soldada contendo trinca.Ataque: Ntrico 4%


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Figura 34 ESQUEMA GERAL - MACROGRAFIA
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Lab. de Ensaios Metalogrficos9 - REFERENCIAS:

[1] COLPAERT, P. H. - Metalografia dos Produtos Siderrgicos Comuns. 3. Ed. So Paulo:Editora Edgard Blucher Ltda., 1989

[2] PINTO, C. -Apostila Ensaios Metalogrficos ETFSP

[3] ASM International: Metallograph:An Introduction, Metallograph and Microstructures, vol 9,ASM Handbook, 2004, p. 3-20

[4] MINATOGAWA, J. Apostila Noes de Metalografia

[5] ESAB Metalurgia da Soldagem, 2004

[6] GALLEGO, J.- Notas de Aula Eng. Mecnica Unesp

- Notas de aula compiladas pelo prof. Paulo Fernandes Juniorpara as disciplinas desenvolvidas no lab. deEnsaios Metalogrficos do IFSP Permitida a impresso e divulgao para fins exclusivamente educacionais.2010- A apostila uma compilao de textos, alguns com pequenas modificaes, da bibliografia recomendada, e nosubstitui os livros.

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