influÊncia da temperatura do molde
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UNIVERSIDADE FEEVALE
GUSTAVO ALBERTO LUDWIG
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO NA RESISTÊNCIA À
CORROSÃO DE ZAMAC UTILIZADO EM METAL SANITÁRIO
Novo Hamburgo
2011
GUSTAVO ALBERTO LUDWIG
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO NA RESISTÊNCIA À
CORROSÃO DE ZAMAC UTILIZADO EM METAL SANITÁRIO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como requisito parcial à
obtenção do grau de Bacharel em
Engenharia Industrial Mecânica com
habilitação em Gerenciamento Industrial
pela Universidade Feevale.
Orientador: Dra. Claudia Trindade Oliveira
Novo Hamburgo
2011
GUSTAVO ALBERTO LUDWIG
Trabalho de Conclusão do Curso, Bacharel em Engenharia Industrial Mecânica, com o título
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO NA RESISTÊNCIA À
CORROSÃO DE ZAMAC UTILIZADO EM METAL SANITÁRIO, submetido ao corpo
docente da Universidade Feevale, como requisito necessário para obtenção do Grau de
Bacharel em Engenharia Industrial Mecânica.
Aprovado por:
______________________________________
Orientadora: Dra. Claudia Trindade Oliveira
______________________________________
Me. Felipe Dalla Vecchia
______________________________________
Me. Sandra Raquel Kunst
_______________________________________
Engenheira Luciane Taís Fuhr
Novo Hamburgo, junho de 2011.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por
esse momento de alegria e realização
profissional e por ter me orientado todos esses
anos, mostrando o caminho certo a seguir.
A minha família, pelo apoio e incentivo
demonstrado durante toda a minha vida.
A minha orientadora professora Dra.
Claudia Trindade Oliveira, pela dedicação,
apoio e oportunidade do desenvolvimento da
pesquisa.
Ao professor Me. Felipe Dalla Vecchia
pela ajuda e incentivo.
E tenho um agradecimento especial a
minha namorada, pelo amor e apoio em todos
os momentos.
RESUMO
Este trabalho faz parte de um projeto aprovado no EDITAL FAPERGS 003/2010,
PROGRAMA DE INTERAÇÃO UNIVERSIDADE/EMPRESA (IUE), coordenado pela
Professora Claudia Trindade Oliveira, o qual busca melhorar o desempenho frente à corrosão
de peças de zamac em substituição às peças de latão utilizadas industrialmente em metais
sanitários. Este projeto conta com a parceria de uma Empresa X, localizada no Vale do Rio
dos Sinos/RS. Para realização deste trabalho de conclusão de curso, foram utilizadas peças de
zamac injetadas sob pressão na empresa X. Estas foram expostas em ambientes agressivos,
por meio de névoa salina, a fim de verificar a resistência a corrosão. A corrosão ocorreu de
forma generalizada, independentemente da temperatura da matriz de injeção. A partir destes
resultados, foram analisadas três partes distintas da peça denominadas de: Base, parte da peça
onde não houve corrosão aparente; Meio, onde a corrosão foi moderada e Topo, onde a
corrosão foi mais acentuada. A análise da morfologia e da microestrutura das amostras foi
feita por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica por varredura (MEV). Além
disso, foram feitos ensaios complementares de microdureza. As peças em zamac apresentaram
defeitos de bolhas gerados pelo aprisionamento de gases no metal líquido e diferença de
microestrutura e dureza ao longo das mesmas, gerada provavelmente pela variação de
temperatura no processo de injeção, ocasionando uma solidificação heterogênea da liga, a
qual teve influência na resistência à corrosão da peça.
Palavra-chave: Zamac; Metais sanitários; Injeção sob pressão.
ABSTRACT
This research is a piece of the aproved project EDITAL FAPERGS 003/2010, PROGRAMA
DE INTERAÇÃO UNIVERSIDADE\EMPRESA (IUE), coordinated by Professor Claudia
Trindade Oliveira, in order to improve the performance against corrosion of the zamak pieces
used to replaced brass pieces used industrially as metal fittings. This research is a partnership
with company X, located in Vale do Rio dos Sinos/RS. For this study, pieces of zamak
injected under pressure at the company X were used. These were exposed in aggressive
environments, as salt spray, in order to verify the corrosion resistance. The corrosion occurred
in a generally way, regardless of the injection matrix temperature. From these results, they
were analyzed three distinct parts of the pieces called: Base, part of the piece where didn’t
have apparent corrosion; Middle, where the corrosion was moderated and Top, where the
corrosion was more aggressive. The morphology and microstructure analysis of the parts were
done by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Furthermore,
additional tests were done by microhardness. The parts of zamak presented bubbles defects
created by trapping of gas in the liquid metal and differences in the microstructure and
hardness, probably, generated by temperature variation in the injection process, resulting in a
heterogeneous solidification of the alloy, that influence on corrosion resistance of the part.
Keyword: Zamak; Metal fittings; Injection pressure.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Diagrama de fase Zn-Al (GANIVET, 1987) ......................................................... 144
Figura 2 - Modelo da peça C40 (Empresa X) ......................................................................... 222
Figura 3 - Equipamento de névoa salina .................................................................................. 25
Figura 4 – Fotografia das peças de zamac 5 injetadas antes dos ensaios de névoa salina ....... 28
Figura 5 – Fotografias das peças de zamac injetadas após ensaio de névoa salina .................. 29
Figura 6- Localização das partes da peça c40 denominada de base, meio e topo. ................... 31
Figura 7 - Macrografia por microscopia óptica das amostras de topo, meio e base após o
ensaio de névoa salina. ............................................................................................................. 32
Figura 8 - Macrografia por microscopia óptica das amostras antes o ensaio de névoa salina,
sendo que o topo e a base estão com um aumento de 50x e o meio de 100x. .......................... 33
Figura 9 - Macrografia da amostra de topo. a) amostra sem ataque (aumento de 100x) e b)
amostra com ataque (aumento de 10000x) ............................................................................... 34
Figura 10 – EDS do topo referente análise química do primário ............................................. 35
Figura 11 – Micrografia da amostra de topo indicando o eutético, com aumento de 40000x . 35
Figura 12 – EDS do topo referente a análise química do eutético ........................................... 36
Figura 13 - Micrografia da amostra de topo indicando defeito de bolha com aumento de 1600x
.................................................................................................................................................. 36
Figura 14 – EDS do topo referente a análise do defeito de bolha ............................................ 37
Figura 15 – Macrografia da amostra de meio, com aumento de 100x em A e 10000x em B .. 37
Figura 16 - Macrografia da amostra da base, com aumento de 100x em A e 10000x em B .... 38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição química do zamac 5 ............................................................................ 21
Tabela 2 - Parâmetros dos lotes das peças C40 coletadas após o processo de injeção com o 1°
tratamento superficial. .............................................................................................................. 23
Tabela 3 - Parâmetros dos lotes das peças C40 coletadas após o processo de injeção com o 2°
tratamento superficial. .............................................................................................................. 23
Tabela 4 - Sequencia de tratamentos químicos utilizados na peça C40 para o 2° tratamento
superficial. ................................................................................................................................ 24
Tabela 5 - Amostras selecionadas das peças C40 conforme a corrosão analisada nos ensaios
de névoa salina.......................................................................................................................... 30
Tabela 6 – EDS da análise de composição química do primário. ............................................ 34
Tabela 7 – EDS da análise da composição química do eutético. ............................................. 35
Tabela 8 – EDS da análise de composição química do defeito de bolha. ....................... ERRO!
INDICADOR NÃO DEFINIDO.
Tabela 9 - Resultados da microdureza. ..................................................................................... 39
SUMÁRIO
1 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................... 11
1.1 CARACTERÍSTICAS DO ZAMAC ................................................................................. 11
1.1.1 Ligas de zamac ............................................................................................................... 11
1.1.2 Aplicações (Minas Zinco; RICK, 2006) ....................................................................... 12
1.2 ZAMAC E METAIS SANITÁRIOS .................................................................................. 12
1.3 MICROESTRUTURA DO ZAMAC ................................................................................. 13
1.3.1 Influência dos constituintes das ligas de zinco ............................................................ 15
1.3.1.1 Influência do Alumínio ................................................................................................. 15
1.3.1.2 Influência do Cobre ...................................................................................................... 15
1.3.1.3 Influência do Magnésio ................................................................................................ 16
1.4 SOLIDIFICAÇÃO ............................................................................................................. 16
1.5.1 Cristalização (CHIAVERINI, 1986; METALS HANDBOOK, v.15) ....................... 16
1.4.1 Contração de volume ..................................................................................................... 17
1.4.2 Concentração de impurezas .......................................................................................... 18
1.4.3 Desprendimento de gases .............................................................................................. 18
1.5 CORROSÃO ...................................................................................................................... 19
1.5.1 Corrosão uniforme ou ataque generalizado ................................................................ 20
1.5.2 Corrosão puntiforme ou por pites ................................................................................ 20
2 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 21
2.1 LIGA DE ZAMAC ............................................................................................................. 21
2.2 OBTENÇÃO DAS PEÇAS EM ZAMAC 5 POR MEIO DE INJEÇÃO SOB PRESSÃO21
2.3 ENSAIO DE NÉVOA SALINA ........................................................................................ 24
2.4 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS ENSAIOS DE MICROSCOPIA ÓPTICA,
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA E MICRODUREZA ........................... 26
2.5 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ÓPTICA ...................................................................... 26
2.6 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
(KENSTENBACH, 1989) ........................................................................................................ 27
2.7 ANÁLISE DE MICRODUREZA ...................................................................................... 27
3 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ............................................................ 28
3.1 ENSAIO DE NÉVOA SALINA ........................................................................................ 28
3.2 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ÓPTICA ...................................................................... 31
3.2.1 Análise das amostras após ensaio em névoa salina ......................................................... 31
3.2.2 Análise das amostras que não foram submetidas ao ensaio de nevoa salina ................... 32
3.3ANÁLISE POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA ............................. 33
3.4 ENSAIOS DE MICRODUREZA ....................................................................................... 38
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................. 40
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 43
ANEXO. ................................................................................................................................... 44
ANEXO A – Comparação das amostras analisadas por MEV. ................................................ 44
10
INTRODUÇÃO
Metais sanitários, como torneiras e conectores, normalmente são feitos a base de
latão por meio de fundição por gravidade em molde de arreia. Neste processo, o uso do latão
possibilita a obtenção de peças mais lisas e com acabamento mais brilhoso, além de ser um
material de fácil processamento e de eletrodeposição.
Com a intenção de diminuir custos e melhorar o processo, a empresa X propôs a
troca de metais sanitários produzidos em latão, por metais sanitários feitos em zamac.
O zamac é composto quimicamente por zinco, alumínio, magnésio e cobre. Entre
todas as ligas de metais não ferrosos, o zamac é a liga mais utilizada industrialmente em
fundição sobre pressão, devido as suas propriedades físicas e mecânicas.
O zamac e o latão apresentam propriedades mecânicas semelhantes, porém o zamac
apresenta um custo aproximadamente 30% inferior ao latão. Associado a isso, o zamac possui
a vantagem de apresentar baixo ponto de fusão, o que proporciona boa fluidez no momento da
injeção. Isto possibilita a injeção de peças com paredes mais finas e consequentemente mais
leves.
Os metais sanitários são submetidos a banhos de eletrodeposição, os quais são
responsáveis pelo aspecto brilhoso e pela resistência à corrosão das peças.
As peças técnicas seguem um rigoroso teste de qualidade, em que as mesmas devem
garantir uma boa resistência à corrosão quando expostas a ambientes agressivos, resistindo
por 144 horas em ensaios de névoa salina. Entretanto, foi observado nos ensaios de névoa
salina que as peças injetadas em zamac com banhos de eletrodeposição obtiveram resistência
à corrosão inferior a do latão.
Isto pode ser devido aos revestimentos obtidos por eletrodeposição ou devido ao
processo de injeção do zamac. A engenheira Suzan Arnold, analisou em seu trabalho de
conclusão de curso a influência dos revestimentos protetores, observando que os mesmos não
eram responsáveis pelo baixo desempenho das peças em zamac frente a corrosão.
Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo analisar as peças em zamac
quanto as suas características microestruturais decorrentes do processo de injeção e
correlacionar com o desempenho dessas peças.
11
1 REVISÃO DE LITERATURA
1.1 CARACTERÍSTICAS DO ZAMAC
Zamac é uma liga de zinco composto por quatro componentes básicos para sua
formação: Zinco(Zn), Alumínio (Al), Magnésio (Mg) e Cobre(Cu). Tais elementos formam o
nome comercialmente conhecido de zamac.
Dentre todas as ligas de metais não ferrosos o zamac é uma das que possui maior
utilização, devido as suas propriedades físicas, mecânicas e a fácil capacidade de revestimento
por eletrodeposição (banho de cromo, níquel, cobre, ouro). O seu baixo ponto de fusão
(aproximadamente 385°C) permite uma maior durabilidade do molde, concedendo uma maior
produção de peças em série fundidas(CHIAVERINI, 1986).
Outra qualidade apresentada pelo zamac é sua grande fluidez, que permite a obtenção
de peças de formato complexo e com paredes finas. Podem ser usadas, também, para a
fundição por gravidade em moldes permanentes ou em fundição centrifugada. São metais de
fácil usinagem, leves e resistentes.
Um dos problemas que as peças injetadas com zamac podem apresentar são fissuras
nos acabamentos, pois o material mantém certa porosidade, o que faz com que os banhos
químicos não sejam suficientes para garantirem um bom acabamento.
Devido as suas características, o zamac tem sido utilizado principalmente na
indústria de metais sanitários, permitindo a obtenção de peças com melhor acabamento em
relação ao latão.
1.1.1 Ligas de zamac
São as ligas mais antigas e utilizadas industrialmente, e devido ao seu baixo ponto de
fusão, possibilitam uma fácil utilização permitindo a produção de peças complexas e com
paredes mais finas.
As características mecânicas destas ligas são influenciadas pela temperatura,
conforme descrita a seguir.
12
Para baixas temperaturas:
- há aumento da resistência à tração e da dureza;
- há diminuição do alongamento e da resiliência;
Para altas temperaturas:
- há diminuição da resistência à tração e dureza;
- há aumento do alongamento e resiliência;
Seu baixo ponto de fusão de 385ºC possibilita que o molde ou matriz sejam de aço
baixa liga. A boa fluidez da liga permite a obtenção de formas mais complexas e com paredes
de espessura muito fina (METALS HANDBOOK, v.2).
1.1.2 Aplicações (Minas Zinco; RICK, 2006)
- construção automobilística: carburadores, bombas de gasolina;
- construção mecânica;
- construção elétrica e eletromecânica;
- ferragens para móveis e construção civil;
- equipamento eletrodoméstico;
- fabricação de jóias folhadas;
- equipamento de escritório (máquinas e mobiliário);
- aparelhos óticos, de medição e de laboratório;
- linha de metais sanitários, etc.
1.2 ZAMAC E METAIS SANITÁRIOS
Do total de zinco produzido no Brasil, 50% tem como destino a galvanização, sendo
20% para produção de zamac. Esta liga de zinco é bastante empregada na habitação,
construção civil e peças de motor, sendo que 15% vão para a indústria de óxido de zinco para
aplicação em pneus e no setor farmacêutico, e o restante vai para o latão e outras ligas do
metal (AÇOS GRANJO, 2011).
13
Conforme o diretor executivo da Siamfesp (Sindicato da Indústria de Metais Não
Ferrosos do Estado de São Paulo) Oduwaldo Álvaro, no ano de 2010, o consumo aparente de
zinco no País aumentou 31% em metal sanitário, e a prospecção é de que aumente ainda mais,
com relação direta com o crescimento do metal e o projeto do governo Federal PAC 1 e 2
(Programa de Aceleração do Desenvolvimento), e “Minha casa, Minha vida”, que são
destinados a população de baixa renda (AÇOS GRANJO, 2011).
Os metais sanitários, como torneiras ou conectores são geralmente feitos a base de
latão, que é um material de fácil processamento e eletrodeposição, permitindo a obtenção de
peças com superfícies lisas e brilhosas para uso, além de ser autopassivante. O zamac possui
propriedades químicas e mecânicas que o tornam uma liga de grande fluidez, permitindo a
obtenção de peças com paredes mais finas, tornando a peça mais leve (METALS
HANDBOOK, v. 2). Além disso, o zamac 5 possui um custo 30% menor em comparação ao
latão, e por este motivo, recentemente, a empresa X substituiu os metais sanitários de latão
por peças de zamac injetadas sobre pressão.
Os metais sanitários produzidos em zamac passam por um tratamento superficial,
com banhos de ligas metálicas. Nesse processo, todas as etapas recebem um rigoroso controle
das variáveis, como: tempo, temperatura, composição e concentração do banho, densidades de
correntes e potenciais aplicados.
Uma das principais peças de metais sanitários é conhecida internamente na empresa
X como C40 e é denominada como volante de torneira.
E uma das principais características que os metais sanitário devem apresentar, é de
resistir a 144 horas de ensaios de névoa salina, que esta referida na norma NBR 10283 - 2008,
revestimentos eletrolíticos de metais e plásticos sanitários – requisitos e métodos de ensaio,
onde a norma NBR 8094, corrosão por exposição à névoa salina - método de ensaio,
complementa e padroniza o processo de névoa salina.
Com a mudança de material na empresa X, do latão para o zamac, ocorreram alguns
problemas, sendo o principal deles a não conformidade da norma NBR 10283 – 2008, que
exige que o metal sanitário resista a 144 horas de ensaio de névoa salina.
1.3 MICROESTRUTURA DO ZAMAC
14
O zinco possui um ponto de fusão baixo, 385ºC, cristaliza no sistema hexagonal
compacto, conforme Figura 1(GANIVET, 1987).
Figura 1 - Diagrama de Fase Zn-Al (GANIVET, 1987)
Sobre o lado do zinco no diagrama, constata-se a presença de um ponto eutético com
5,1% de alumínio, cuja temperatura é de 382ºC, e abaixo desta temperatura uma solução
sólida de alumínio no zinco, que se cristaliza no sistema hexagonal. O teor máximo de
alumínio desta solução sólida abaixo de 382°C é de 1,14% de alumínio no zinco (GANIVET,
1987; METALS HANBOOK, v. 9).
Para temperaturas superiores ou inferiores a esta de teor máximo, a solubilidade do
alumínio no zinco diminui, chegando até aproximadamente 0,05% na temperatura ambiente.
No início da solidificação, a fase β é formada por cristais de solução sólida rica em
zinco, até a temperatura de 382ºC.
Como se observa na Figura 1, a segunda fase α’ só aparece em temperaturas
superiores a 275ºC. Enquanto a liga resfria, a mesma α’ sofre uma reação eutetóide à
temperatura de 275ºC com 22% de alumínio. Nesta fase o zinco é uma solução sólida no
alumínio, em que a composição é variada em função da temperatura, e a fase α’ se divide em
duas fases α e β que são componentes normais de uma liga hipoeutética com 4% de alumínio
no estado de equilíbrio (METALS HANBOOK, v. 9).
15
A Fase β se caracteriza por:
- cristais de primeira solidificação;
- decomposição do eutético a 5,1% de alumínio;
- decomposição da fase eutetóide a 22% de alumínio;
- precipitado proveniente da variação de composição da fase, durante o resfriamento
em temperaturas inferiores a 275ºC;
A Fase α se caracteriza por:
- decomposição da fase α’ contida no eutetóide;
- precipitação da fase α a partir da fase β sobre-saturada em alumínio;
1.3.1 Influência dos constituintes das ligas de zinco
1.3.1.1 Influência do Alumínio
De todos os metais que pode ser adicionado ao zinco como elemento de liga,
somente o alumínio aumenta a resistência mecânica e a aptidão à moldação, ao mesmo que
reduz a tendência do zinco a dissolver o ferro (GANIVET, 1987).
A liga com 25% de alumínio permite que a mesma já possa ser injetada sob pressão
em máquinas de câmara quente, e quanto maior a porcentagem do alumínio na liga, maior a
carga de ruptura da liga. Se a liga estiver com 3 a 4,5 % de alumínio, pode-se obter ligas
binárias zinco-alumínio hipoeutéticas (GANIVET, 1987).
1.3.1.2 Influência do Cobre
A solubilidade do cobre no zinco, na temperatura de fusão de 419ºC, não chega a 3%
e ela cai a menos de 0,3% na temperatura ambiente (GANIVET, 1987). O cobre por não
possuir a mesmo efeito do que o alumínio, nunca é adicionado só.
16
A adição de cobre nas ligas de zinco-alumínio aumenta a resistência à corrosão,
resistência mecânica, a dureza, a carga de ruptura e diminui a contração de solidificação,
deixando a liga com uma solidificação mais pastosa (GANIVET, 1987).
1.3.1.3 Influência do Magnésio
O magnésio está geralmente presente nas ligas de zinco de fundição, na razão de 0,03
a 0,06%, porcentagem relativamente baixa, mas suficiente para provocar efeitos benéficos
esperados (GANIVET, 1987).
Sua adição à liga diminui a formação de corrosão intergranular, endurece a liga, onde
aumenta a carga de ruptura e a dureza e retarda o início de fragilização da liga em baixas
temperaturas. A adição de Magnésio diminui o intervalo de solidificação e aumenta a
distância entre as partículas.
O teor de magnésio, deve ser cuidadosamente mantido dentro dos limites mostrados
na tabela 1, pois quantidades excessivas promovem aumento da dureza e diminuem a fluidez,
o que dificulta a produção de peças complexas
No entanto, o zamac pode apresentar defeitos oriundos da solidificação durante o
processo de injeção, o que pode influenciar no desempenho da liga.
1.4 SOLIDIFICAÇÃO
Durante a solidificação dos metais ocorrem os fenômenos de cristalização, contração
de volume, concentração de impurezas e desprendimento de gases (METALS HANDBOOK,
v. 15).
1.5.1 Cristalização (CHIAVERINI, 1986; METALS HANDBOOK, v.15)
17
Consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem
como núcleo para o posterior crescimento dos cristais, dando finalmente origem aos grãos
definitivos e à estrutura granular típica dos metais.
Os cristais não crescem de maneira ordenada e uniforme, seu crescimento é de
maneira desordenada, sendo limitado pelas paredes do molde. Dentre os tipos de cristalização
está a dendrita, a qual tem a característica de uma árvore e seus ramos, e seu crescimento é
limitado por elas mesmas, originando os grãos e os contornos de grãos, formando a massa
sólida. Como regra geral a dentrita é favorecida por maiores taxas de resfriamento, maiores
velocidades de solidificação e maiores gradientes de temperatura.
Outra forma de cristalização é a prismática, a qual dá origem aos lingotes, sendo que
neste caso a solidificação começa pelas paredes do molde, sofrendo interferência dos cristais
visinhos e do próprio molde, de modo que os grãos tendem a crescer perpendicular a parede
do molde.
Os defeitos resultam do fato dessas diagonais constituírem planos de maior
fragilidade de modo que, durante a operação de conformação mecânica a que essas peças são
submetidas posteriormente, como laminação, podem surgir fissuras que inutilizem o material.
Uma maneira de evitar esse contratempo é arredondando os cantos vivos do material.
1.4.1 Contração de volume
Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contração de volume. Na passagem do
estado líquido ao solido, três contrações são verificadas (CHIAVERINI, 1986; METALS
HANDBOOK, v. 15).
- Contração líquida: corresponde ao abaixamento da temperatura até o início da
solidificação;
- Contração de solidificação: corresponde à variação de volume que ocorre durante a
mudança de estado líquido para o sólido;
- Contração sólida: corresponde à variação de volume que ocorre já no estado sólido,
desde a temperatura de fim de solidificação até a temperatura ambiente (CHIAVERINI,
1986);
O processo inicia na contração líquida, em que a solidificação começa pelas paredes
do molde onde a temperatura é mais baixa, ocorrendo a contração de solidificação, e após
18
ocorre a contração sólida, onde apresenta um vazio. Esse vazio pode eventualmente ficar na
parte interna das peças, sendo invisíveis externamente.
O que pode ser feito para evitar o defeito de vazio é projetar um massalote de
material refratário, sobre o topo da lingoteira, que é feito de material metálico. É nesse
massalote que o material vai solidificar por último, concentrando nessa região o vazio, que
posteriormente pode ser eliminado.
Ainda em contração de volume pode-se apresentar tensões residuais, que podem ser
controladas por um projeto adequado da peça e pelo tratamento térmico de alívio de tensões.
1.4.2 Concentração de impurezas
Algumas ligas contém impurezas normais, sendo que quando estão no estado líquido,
as impurezas estão totalmente dissolvidas, ou seja, estão homogêneas com toda a liga. Os
tipos de impurezas mais comuns no zamac são: cádmio, o estanho, o chumbo, o ferro e o
níquel. Quando começa a solidificação, essas impurezas sendo, menos solúveis no estado
sólido, vão se acumulando na parte que vai solidificar por último, ocorrendo uma
concentração de impurezas, chamadas de segregação (METALS HANDBOOK, v. 15).
Geralmente as zonas segregadas se localizam no interior das peças, onde as tensões
são mais baixas (CHIAVERINI, 1986).
Existem duas formas de evitar a segregação: exercer um controle mais rigoroso da
composição química das ligas, ou controlar a própria velocidade de resfriamento.
1.4.3 Desprendimento de gases
Este fenômeno ocorre como no caso da segregação, em que os gases estão
misturados com as ligas metálicas em estado líquido. Na medida em que a massa líquida
começa a solidificar, devido à queda de temperatura, os gases começam a ficar aprisionados,
formando bolhas (CHIAVERINI, 1986).
Causas do aprisionamento dos Gases:
- Temperatura excessivamente alta;
19
- Presença de materiais estranhos no molde (umidade, graxa, etc);
- Obstrução das saídas de gases;
- Direção do fluxo de metal líquido;
- Injeção de ar;
As bolhas devem ser evitadas, pois facilitam o aparecimento da corrosão, para isso,
pode ser adicionando ao metal líquido substâncias chamadas desoxidantes, tais como alguns
tipos de ferro-liga ou alumínio.
1.5 CORROSÃO
"A corrosão é um processo espontâneo, que está constantemente transformando os
materiais metálicos, de modo que a durabilidade e o desempenho dos mesmos deixam de
satisfazer os fins a que se destinam” (GENTIL, 2007, p. 1). "A corrosão é o fenômeno de
deterioração e perda de material devido a modificações químicas e eletrônicas que ocorrem
por reações com o meio ambiente” (CHIAVERINI, 1986, p. 255).
Um dos tipos mais comuns de corrosão é o processo eletroquímico de oxidação
metálica (CHIAVERINI, 1986), sendo que a diferença de potencial resultante possibilita a
formação de área anódicas e catódicas.
Os metais sanitários são utilizados em ambientes com muita umidade e com uma
oferta grande de oxigênio, por isso é exigido que os mesmos possuam revestimentos com alto
nível de resistência a corrosão.
Um agravante em relação ao desempenho frente à corrosão é a influência das
propriedades físicas e mecânicas dos materiais utilizados, sendo que estes podem apresentar
superfícies rugosas e trincas, fatores que influenciam diretamente na qualidade do
revestimento. Para que o material utilizado obtenha uma melhor qualidade, amenizando as
imperfeições, pode-se fazer lixamento e polimento nas peças antes de aplicar o revestimento
protetor.
O revestimento pode ser obtido por diversos processos, sendo o mais utilizado o
processo de eletrodeposição. Neste processo os revestimentos depositados são muito finos,
requerendo que a peça tenha um design favorável, com menos cavidades, com cantos mais
arredondados, potencializando a aplicação do revestimento metálico (CHIAVERINI, 1986).
20
No entanto, peças heterogêneas, com defeitos, apresentam maior probabilidade à
corrosão, a qual pode iniciar como um pite, dependendo das características do metal e da
peça, chegando à corrosão generalizada.
1.5.1 Corrosão uniforme ou ataque generalizado
É o tipo mais comum de corrosão e o que causa a maior destruição dos metais. É
devida ao ataque químico ou eletroquímico da superfície do metal, cobrindo uma vasta área
que prossegue ininterruptamente e diminui a secção das peças até eventualmente, sua falha
definitiva (CHIAVERINI, 1986).
O ataque, neste caso, se estende de forma homogênea sobre toda a superfície
metálica, e sua penetração média é igual em todos os pontos.
1.5.2 Corrosão puntiforme ou por pites
Esta corrosão se processa em pontos ou em pequenas áreas localizadas na superfície
metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam o fundo em forma angulosa e
profundidade geralmente maior do que a seu diâmetro (GENTIL, 2007).
Esse tipo de corrosão é extremamente perigoso, danificando severamente a peça
atingida. O pite podem ocorrer através do aprisionamento de gases gerados no momento da
injeção do metal, ocasionando um turbilhonamento do metal líquido na matriz (CAMPOS
FILHO, 1978).
21
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Este trabalho segue as normas estabelecidas por PRODANOV, 2009, sendo requisito
institucional de formação de trabalho de conclusão de curso.
2.1 LIGA DE ZAMAC
Devido à ampla variedade de utilização do zamac, neste trabalho foi utilizada a liga
zamac 5, conforme a composição química fornecida pela empresa Minas Zinco apresentada
na Tabela 1.
Tabela 1 - Composição química do Zamac 5
Referência: Minas Zinco
2.2 OBTENÇÃO DAS PEÇAS EM ZAMAC 5 POR MEIO DE INJEÇÃO SOB PRESSÃO
As peças confeccionadas em zamac 5 para uso como metais sanitários foram
confeccionadas por meio de processo de injeção sob pressão na empresa X. Estas peças
apresentavam a geometria mostrada na Figura 2.
Liga Composição química %
Al Cu Mg Fe Pb Cd Sn Ni Zn
Zamac 5 3.5-4.3 0.75-1.25 0.03-0.08 0.075 0.005 0.004 0.003 ------ Rest.
22
Figura 2 - Modelo da peça C40 (Empresa X)
Inicialmente foi realizada a injeção sob pressão da peça denominada pela empresa X
de C40, de uma liga de zamac 5. Para a obtenção das peças foi utilizada uma injetora de alta
pressão de marca Agratti. Nesta foi acoplada uma matriz de acordo com a peça a ser injetada.
Neste processo foi utilizado desmoldante a base de polímeros e ácidos graxos no molde, para
que a peça fosse retirada do molde com facilidade.
A matriz utilizada possui capacidade para injetar duas peças simultaneamente. No
início da injeção das peças, a matriz está a temperatura ambiente. Como o zamac funde a uma
temperatura de aproximadamente 385°C (GANIVET, 1987), durante o processo, o zamac era
injetado a temperatura de 430ºC, ocasionando um aumento de temperatura da matriz com a
quantidade de peças injetadas. Para realização deste trabalho, a temperatura da matriz foi
medida de acordo com o tempo de injeção e foram obtidas peças em diferentes temperaturas
da matriz, variando de 28°C a 149,5°C. Estas peças foram identificadas e separadas por lote.
Os lotes foram identificados de acordo com o fluxo de água na matriz, que tem por
finalidade fazer o resfriamento da matriz por troca térmica. Foram utilizados três lotes
diferentes:
- com o fluxo normal de água;
- com o fluxo máximo de água;
- sem fluxo de água para evitar o resfriamento da matriz.
Em cada lote foram retiradas 5 peças. Durante a retirada das peças foi medida a
temperatura da matriz de injeção com termômetro infravermelho. As peças foram separadas
conforme o lote e o tratamento superficial. Os lotes A, B e C, tabela 2, receberam o 1º
tratamento superficial conforme descrito a seguir.
23
Tabela 2 - Parâmetros dos lotes das peças C40 coletadas após o processo de injeção com o 1° tratamento
superficial.
Lote
Temperatura da matriz de
injeção Tipo de fluxo de água na matriz de injeção
A 28°C Fluxo normal de água
B 119,8°C Fluxo máximo de água
C 149,5°C Sem fluxo de água
1º tratamento superficial
- Desengraxe em 1 minuto com Extran a 40°C;
- Lavagem com água corrente;
- Lavagem com água deionizada;
- lavagem com álcool;
- secagem com ar frio;
Os lotes D, E e F, tabela 3, receberam o 2º tratamento superficial, conforme descrito
na Tabela 3.
Tabela 3 - Parâmetros dos lotes das peças C40 coletadas após o processo de injeção com o 2° tratamento
superficial.
Lote Temperatura da matriz de
injeção Tipo de fluxo de água na matriz de injeção
Lote D 40°C Fluxo normal de água
Lote E 118,3°C Fluxo máximo de água
Lote F 123,1°C Sem fluxo de água
2º tratamento superficial
- Lixamento com lixadeira da marca KWR;
- Polimento com Politriz Zambelli e Rotary Aston com cera em pasta;
- Solubilização por desengraxe com vapor em tricloroetileno para retirar possíveis
contaminantes e impurezas da superfície da peça;
- Tratamento químico, conforme Tabela 4;
24
Tabela 4 - Sequência de tratamentos químicos utilizados na peça C40 para o 2° tratamento superficial.
Processo Produtos utilizados Tempo TºC
Desengraxe químico Tensoativos, emulsificantes e
dispersantes 2 min 50ºC
Desengraxe com ultrasom Composto salino contendo uma
combinação de tensoativos 1 min 50ºC
Desemgraxe eletrolítico
alcalino com reversão
anódica e catódica
anódica -5 segundos
catódica -15 segundos 35ºC
- Secagem com ar comprimido;
- 3 minutos em estufa para remoção da umidade;
Posteriormente, as amostras de todos os lotes foram submetidas a ensaio de névoa
salina.
2.3 ENSAIO DE NÉVOA SALINA
Os ensaios acelerados de corrosão são uma maneira de testar a qualidade da C40,
seguindo as normas NBR 10283 de 2008 e NBR 8094 de 1983. Os ensaios de corrosão têm
como objetivo avaliar a exposição das peças submetidas em um ambiente agressivo. Para o
ensaio de névoa salina, Figura 3, foi utilizada uma câmara de ensaio com capacidade mínima
de 0,4 m³; reservatório de solução; fontes de ar comprimido; bicos pulverizadores; suportes de
corpos de prova; um dispositivo para aquecimento da câmara e meios para o controle das
condições de operação durante o período de ensaio.
25
Figura 3 - Equipamento de Névoa Salina
No ensaio de corrosão foi utilizada uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl)
com concentração de 5%. O cloreto de sódio usado possui teores de níquel e cobre
individualmente inferiores a 0,001%, não conter mais do que 0,3% de impurezas totais e
inibidores de corrosão.
A água utilizada na preparação da solução foi destilada e desmineralizada. A solução
de ensaio foi filtrada, a fim de prevenir a obstrução dos bicos de pulverização, e pulverizada
somente uma vez, não podendo ser reaproveitada. O pH da solução de cloreto de sódio foi
ajustado, de modo que a solução coletada após a pulverização a 35º C apresentou pH na faixa
de 6,5 a 7,2.
O ar comprimido usado para a formação de névoa salina era livre de óleo e
impurezas e foi mantido com um valor constante de pressão entre 70 kPa (0,7 kgf/cm²) e 170
kPa (1,7 kgf/cm²), com uma flutuação máxima de 0,7 kPa (0,007 kgf/cm²). Essa flutuação foi
controlada através de válvulas reguladoras de pressão.
As peças C40 foram limpas adequadamente, recebendo os corretos tratamentos
superficiais e as mesmas foram colocadas somente na zona de ensaio da câmara, onde o meio
corrosivo satisfez todos os parâmetros especificados para as condições da norma NBR 8094,
obedecendo aos seguintes requisitos principais:
• as peças não devem estar em contato entre si, nem com qualquer outro material,
metálico ou não, capaz de modificar as condições de corrosão do corpo de prova;
• cada peça deve ser colocada na câmara, de forma a permitir o livre acesso da névoa
aos outros ensaios;
• a solução de ensaio escorrida de uma peça não deve gotejar sobre as outras;
26
• a área de contato entre a peça e seu suporte deve ser a menor possível.
Imediatamente após a secagem das peças, foi efetuada uma cuidadosa avaliação
quanto à extensão da corrosão e de outras falhas.
2.4 PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS PARA OS ENSAIOS DE MICROSCOPIA ÓPTICA,
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA E MICRODUREZA
Antes de serem submetidas aos ensaios de microscopia óptica, microscopia
eletrônica de varredura e microdureza, as amostras receberam um tratamento de metalografia.
As amostras foram cortadas das peças C40 com áreas aproximadas de 1cm2. As amostras
foram embutidas em baquelite e em seguida lixadas e polidas até atingir um acabamento liso e
espelhado. O lixamento foi responsável pela remoção das imperfeições geradas nos cortes das
amostras e foi realizado com água corrente e utilizadas lixas de carbeto de silício de
granulometria #320, #400, #600 e #1200, sempre girando 90° as amostras cada vez que eram
trocadas as lixas. O polimento foi utilizado para remoção dos danos causados nas operações
de lixamento e foi realizado manualmente com o uso de aluminia em suspensão de 1 a 0,25
µm com diferentes granulometrias em politriz rotativa e com o uso de água deionizada.
2.5 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ÓPTICA
Após a etapa metalográfica, as amostras foram submetidas a um ataque químico com
nital 1%, onde foi revelada sua microestrutura. Para a análise de microscopia óptica foi
utilizado um microscópio ótico de marca Olympus modelo PMG3.
O microscópio óptico é utilizado para estudar a microestrutura do material, onde
apenas a superfície está sujeita à observação, sendo utilizado no modo de reflexão
(CALLISTER JÚNIOR, 2006). Os contrastes nas imagens produzidas resultam das diferenças
na refletividade das várias regiões da microestrutura (CALLISTER JÚNIOR, 2006; METALS
HANDBOOK, v. 9).
27
Consequentemente, em uma amostra policristalina as características apresentadas
após o ataque químico variam de grão para grão (METALS HANDBOOK, v. 9).
A luz incide perpendicularmente à superfície analisada, refletindo a morfologia da
amostra, a qual foi submetida ao ataque químico.
2.6 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV)
(KENSTENBACH, 1989)
A caracterização microestrutural foi realizada por meio das técnicas de microscopia
eletrônica de varredura (MEV) no laboratório da PUC, onde observa-se amostras espessas,
não transparentes a elétrons. Possui um alto poder de resolução (3 nm) e grande profundidade
de foco (300 vezes melhor que a do microscópio óptico), resultando em imagens com
aparência tridimensional. Utilizando-se a técnica de espectrometria de energia dispersiva por
Raios-X – EDS (acoplado ao MEV), para identificar os elementos químicos presente na liga.
A análise da microestrutura tem como objetivo observar e identificar as principais
alterações microestruturais da liga de zamac, para tanto, as amostras foram então metalizadas
com um fino filme de ouro a fim de garantir a condução elétrica das mesmas. O microscópio
eletrônico utilizado era da marca Philips, modelo XL 30.
2.7 ANÁLISE DE MICRODUREZA
A determinação da dureza dos metais é um método de controle de qualidade muito
importante na engenharia e na indústria, possibilitando a análise de uniformidade das peças
acabadas (CHIAVERINI, 1986).
As amostras retiradas das peças receberam o mesmo tratamento metalográfico, sendo
posteriormente submetidas a medidas de microdureza. Para realizar a análise foi utilizado um
microdurômetro da marca Shimadzu modelo HMV – 2T, com carga de 100g e tempo aplicado
da carga de 15 segundos.
28
3 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
3.1 ENSAIO DE NÉVOA SALINA
Para as análises de névoa salina as peças C40 foram fotografadas antes e após os
ensaios. A Figura 4 mostra as peças de todos os lotes antes do ensaio de névoa salina.
Observa-se que as peças apresentam um aspecto homogêneo e bastante semelhante, sem
corrosão aparente.
Lote A Lote B Lote C
Temperatura da matriz 28 ºC 119,8 °C 149,5°C
Fluxo normal de água Fluxo máximo de água Sem fluxo de água
Lote D Lote E Lote F
Temperatura da matriz 40°C 118,3°C 123,1°C
Fluxo normal de água Fluxo máximo de água Sem fluxo de água
Figura 4 – Fotografia das peças de zamac 5 injetadas antes dos ensaios de névoa salina
29
Estas peças foram submetidas aos tratamentos superficiais correspondentes aos lotes e foram
expostas em névoa salina. As fotografias das peças após os ensaios de névoa salina estão mostradas na
Figura 5.
23h de exposição em névoa salina
Peça 1 - Lote A Peça 2 - Lote B Peça 3 -Lote C
Temperatura da matriz 28ºC 119,8°C 149,5°C
Fluxo normal de água Fluxo máximo de água Sem fluxo de água
8h de exposição em névoa salina
Peça 4 -Lote D Peça 5 - Lote E Peça 6 - Lote F
Temperatura da matriz 40°C 118,3°C 123,1°C
Fluxo normal de água Fluxo máximo de água Sem fluxo de água
Figura 5 – Fotografias das peças de zamac injetadas após ensaio de névoa salina
De acordo com a Figura 5, observou-se corrosão branca nas peças, característica da
corrosão do zinco (METALS HANDBOOK, v.5). A corrosão aparentemente ocorreu de
forma semelhante não sendo possível identificar nenhuma região específica que tenha se
iniciado a corrosão. Em algumas peças (peças 1, 2 e 4) observou-se corrosão generalizada.
Neste caso, o tempo de permanência de 23 horas da peça no ensaio de névoa salina pode ter
sido determinante para a análise sendo necessário refazer o ensaio com menor tempo de
Corrosão por pites Corrosão
generalizada
30
observação. No entanto, nas peças 3, 5 e 6 observou-se corrosão em algumas partes,
possivelmente por pites, conforme mostrado na Figura 5. Os pites podem ter sido formados
durante a análise de névoa salina sendo decorrentes das porosidades nas peças. As
porosidades podem ser decorrentes do processo de injeção, já que velocidades de injeção
provocam intenso turbilhonamento do metal na matriz e, como consequência, geram o
aprisionamento de bolhas de ar que não tiveram tempo suficiente para escapar pelos
massalotes (CALLISTER JÚNIOR, 2006).
Devido às diferenças de aspectos de corrosão nas peças observadas após os ensaios
de névoa salina, foram escolhidas partes da peça em que foram feitas análises da
microestrutura a fim de identificar o mecanismo de solidificação da mesma e correlacionar
com a resistência à corrosão.
As partes da peça escolhidas estão mostradas na Figura 6. As amostras foram
selecionadas das peças após o ensaio de névoa salina, sendo identificadas como topo, meio e
base, conforme Tabela 5.
Tabela 5 - Amostras selecionadas das peças C40 conforme a corrosão analisada nos ensaios de nevoa
salina.
Amostra Aparência quanto a corrosão
Topo corrosão foi mais acentuada
Meio corrosão foi moderada
Base não houve corrosão aparente
31
Figura 6- Localização das partes da peça C40 denominada de Base, Meio e Topo.
3.2 ANÁLISE POR MICROSCOPIA ÓPTICA
3.2.1 Análise das amostras após ensaio em névoa salina
As amostras foram analisadas por meio de microscopia óptica após o ensaio de névoa
salina e estão mostradas na Figura 7. Observa-se que o Topo apresentou buracos em sua
superfície sendo caracterizado como defeitos de bolhas. A parte do Meio apresentou menos
bolhas em comparação ao Topo, sendo que a Base quase não apresentou bolhas.
De acordo com CAMPOS FILHO (1978), o zamac apresenta defeito de solidificação
de bolhas, que podem ser oriundas do processo de obtenção da peça estando aprisionadas ao
ao metal em estado líquido ou podem ter sido inseridas durante o vazamento do metal.
A fim de verificar se as bolhas eram oriundas do ensaio de névoa salina, as amostras
foram analisadas antes do processo de névoa salina.
Topo
Meio
Base
Meio
Base
32
Bolhas
Topo Meio Base
Figura 7 - Macrografia por microscopia óptica das amostras de Topo, Meio e Base após o ensaio
de névoa salina, com aumento de 50x.
3.2.2 Análise das amostras que não foram submetidas ao ensaio de nevoa salina
A fim de verificar se os defeitos foram oriundos da corrosão ocasionada durante o
ensaio de névoa salina ou decorrentes do processo de injeção, novas amostras foram
analisadas após a fabricação não sendo submetidas ao ensaio de névoa salina.
A Figura 8 mostra a metalografia das amostras em vista de topo que não foram
submetidas ao ensaio de névoa salina. Observam-se características semelhantes às amostras
submetidas ao teste de névoa salina. A amostra de topo apresentou buracos, sendo que a
amostra de meio apresentou buracos aparentemente maiores. O mesmo comportamento foi
observado na amostra de base, não sendo identificados defeitos comparados aos de topo e
meio. Isto provavelmente indica que os defeitos são originados na peça durante o processo de
injeção (OZÓRIO, FREIRE, GARCIA, 2005), não sendo portanto oriundos do teste de
névoa salina.
33
Figura 8 - Macrografia por microscopia óptica das amostras antes o ensaio de névoa salina,
sendo que o Topo e a Base estão com um aumento de 50x e o meio de 100x.
De acordo com COLPAERT (2008) as bolhas podem ser geradas devido ao
aprisionamento de gases mecanicamente arrastados no vazamento do lingote, ou gerados por
gases que se formam devido às reações químicas antes da solidificação total do lingote ou
ainda a gases dissolvidos no material em fusão. Esses gases se libertam à medida que a
temperatura baixa, vindo à tona e desprendendo-se. As bolhas que se formam por último não
conseguem mais desprender-se e ficam retidas na peça ou no lingote, se acumulando. Como
as bolhas observadas estão mais concentradas nas partes topo e meio em comparação à base,
provavelmente existe variação de temperatura ao longo da peça durante a solidificação, sendo
que nestas partes a solidificação ocorre por último.
3.3ANÁLISE POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA
Com a finalidade de verificar se existia variação de temperatura ao longo da peça
durante a solidificação, as amostras foram analisadas quanto à microestrutura por meio de
microscopia eletrônica de varredura e por análise química por EDS. Para tanto, as amostras
foram atacadas em nital, em que foi revelada e microestrutura.
Topo Meio Base
Bolhas
34
Figura 9 - Macrografia da amostra de Topo. A) Amostra sem ataque (aumento de 100x) e B) Amostra com
ataque (aumento de 10000x)
Observa-se na Figura 9 que existem defeitos de solidificação classificados como
bolhas, os mesmos observados por microscopia óptica. De acordo com a microestrutura
observam-se grãos de tamanho 3,69µm +/- 0,31 de zinco disperso em uma matriz eutética.
O resultado de EDS mostrado na Tabela 6, Figura 11, mostra a análise química do
ponto eutético primário mostrado na Figura 10.
Tabela 6 – EDS da análise de composição química do primário.
Elemento Wt % At % K-Ratio Z A F
Al 2,08 6,03 0.0067 1.1428 0.2832 1.0000
Au 29,12 11,57 0.1881 0.8549 0.7556 1.0000
Cu 1,26 1,55 0.0132 1.0473 0.9816 1.0216
Zn 67,54 80,85 0.7230 1.0520 0.9868 1.0311
A) B)
35
Figura 10 – EDS do Topo referente análise química do primário
Figura 11 – Micrografia da amostra de Topo indicando o eutético, com aumento de 40000x
A análise de EDS da Tabela 7, referente a Figura 11, mostra a presença de Al e Zn
no defeito não sendo detectada a presença de oxigênio. Isto indica que o defeito pode ter sido
originado de gases aprisionados no banho de injeção, descartando a possibilidade do o defeito
ter sido originado por óxido formado pela introdução de gases durante a injeção.
Tabela 7 - EDS da análise da composição química do eutético.
Elemento Wt % At % K-Ratio Z A F
Al 11.68 24.27 0.0326 1.0933 0.2550 1.0000
Zn 88.32 75.73 0.8683 0.9829 1.0003 1.0000
Eutético
o
36
Figura 12 – EDS do Topo referente à análise química do eutético
Figura 13 - Micrografia da amostra de Topo indicando defeito de bolha com aumento de 1600x
Observa-se na Tabela 8, relativo a Figura 13, a presença de elementos de liga,
oriundos do zamac e a presença de oxigênio. No entanto, a quantidade de oxigênio pode ser
devido à formação de óxido ao ar, devido à exposição do zamac ao ar, não sendo suficiente
para considerar como óxido formado durante o processo de injeção. Isto concorda com o
exposto anteriormente, de que provavelmente o defeito de bolha foi oriundo de
aprisionamento de gás originado durante o processo de injeção e não devido à formação de
óxido.
37
A) B)
Tabela 8 - EDS da análise de composição química do defeito de bolha.
Elemento Wt % At % K-Ratio Z A F
Al 1.62 3.92 0.0044 1.1128 0.2451 1.0000
Au 6.84 2.27 0.0391 0.8241 0.6928 1.0000
Cu 2.04 2.10 0.0205 1.0049 0.9942 1.0050
Zn 88.75 88.65 0.8979 1.0076 0.9971 1.0071
O 0.75 3.06 0.0024 1.1980 0.2636 1.0023
Figura 14 – EDS do Topo referente à análise do defeito de bolha
Figura 15 – Macrografia da amostra de Meio, com aumento de 100x em A e 10000x em B
38
A) B)
Observa-se na Figura 15 (A) que existe menor quantidade de defeitos comparando
com a amostra de topo, Figura 9(A). Além disso, a matriz mostra maior quantidade de
eutético e menor tamanho de grão, 3,18µm +/- 0,16, comparando com a amostra de topo. Isto
indica que existe diferença de solidificação nestas duas partes da peça. O menor tamanho de
grão e maior quantidade de eutético estão associados à temperatura de solidificação durante o
processo de injeção. Provavelmente esta parte da peça solidifica com uma velocidade mais
rápida que a peça de topo, ou seja, o resfriamento é mais rápido. Os EDS feito no grão e no
eutético foram semelhantes aqueles medidos para a amostra de topo.
Figura 16 - Macrografia da amostra da Base, com aumento de 100x em A e 10000x em B
A amostra da base apresentou menor quantidade de defeitos em comparação com as
amostras anteriores. Observa-se menor quantidade de grãos, porém tamanhos maiores, com
4,08 µm +/- 0,48. Isto indica que a velocidade de solidificação nesta parte da peça é menor e
que a resistência à corrosão está diretamente relacionado as defeitos da peça.
3.4 ENSAIOS DE MICRODUREZA
Pode-se verificar na Tabela 9 uma variação na dureza das amostras que não
apresentavam nenhuma corrosão com as que tinham tendência a corrosão. Nas amostras que
não apresentavam corrosão foi medida dureza de 116,3 HV, enquanto que nas amostras com
tendência a corrosão a dureza medida foi de 96,6 HV. Estes valores estão de acordo com os
estudos realizados de que a dureza de uma liga metálica indica a presença de defeitos. Por
39
isso, pode-se dizer que a dureza da liga está fortemente relacionada com a microestrutura
obtida durante a solidificação.
Tabela 9 - Resultados da microdureza.
Situação da Peça HV HV
Peça sem corrosão 116,3 +/- 1,5
Peça com tendência a corrosão 96,6 +/- 1,97
40
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O trabalho apresentado trata da avaliação da resistência à corrosão de metais
sanitários a base de zamac e por meio dos testes realizados, observou-se que:
A temperatura da matriz aparentemente não tem influência na resistência à corrosão
das peças, bem como o tratamento superficial.
Existe defeito de bolhas nas peças em zamac 5 originadas provavelmente devido à
diferença de temperatura durante o processo de solidificação.
Esta diferença de temperatura foi responsável pela variação da microestrutura e
dureza ao longo da peça, agindo diretamente na resistência à corrosão das peças.
Existe variação de temperatura ao longo da peça durante a solidificação. A parte da
peça denominada Base, foi a que apresentou maior tamanho de grão, e portanto menor
velocidade de solidificação. A peça Topo foi a que apresentou maior quantidade de defeitos,
sendo estes responsáveis pela maior intensidade de corrosão observada.
41
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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2008. 8p.
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revestido e não revestido - Corrosão por exposição à névoa salina. Rio de Janeiro, 1983. 4p.
CALLISTER JÚNIOR, William D. Fundamentos da ciência e da engenharia de materiais:
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GANIVET, Marcel. Publicação técnica: Metalurgia das ligas de zinco. 2. ed. Belo
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42
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Ozório, Wislei Riuper; Freire, Célia Marina; Garcia, Amauri. The effect of the dendritic
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RICK, Cristiane Fonseca, Estudo da liga à base de zn-al-cu-mg aplicada na fabricação de
jóias folhadas. PUCRS, Porto Alegre: 2006. 99p.
43
ANEXO
44
ANEXO A – Comparação das amostras analisadas por MEV.
TOPO
MEIO
BASE