relatorio-metalografia

Instituto Superior de Engenharia do Porto

Engenharia Mecnica

Trabalho Prtico de Metalografia

Instituto Superior de Engenharia do Porto

Engenharia Mecnica

Trabalho Prtico de Metalografia

Instituto Superior de Engenharia do Porto Trabalho prctico de Metalografia

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Objectivos

O objectivo do presente trabalho o estudo metalogrfico de uma amostra de material de liga ferrocarbnica, tendo em vista os seguintes aspectos, - A identificao do tipo de material em estudo - A identificao da sua estrutura e dos seus componentes - A sua classificao normalizada de forma a permitir o conhecimento das suas caractersticas mecnicas e possveis aplicaes.

Atravs de uma breve introduo sobre os conceitos fundamentais da metalografia e da apresentao das propriedades especficas, composio qumica e aplicaes deste material, esperamos que seja fcil a concluso da sua importncia.


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Indce Geral

Lista de Imagens 1 - Introduo Terica 1.1 - Definio 1.2 - Aplicaes 1.3 - Breve Historial 1.4 - Objecto de Estudo 2 - Procedimento Experimental 2.1 - Preparao laboratorial de um Ensaio Metalogrfico 3 - Apresentao de Resultados 3.1 - Identificao do Material 3.2 - Composio e Microestrutura 4 - Concluses 4.1 - Caractersticas Mecnicas 4.2 - Aplicaes do material 4.3 - Concluso final Lista de Referncias Bibliografia Equipamento utilizado

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Lista de Imagens

Imagem 01 Imagem 02 Imagem 03

- Fotomicrografia c/ ampliao 150x s/ ataque qumico - Fotomicrografia c/ ampliao 150x c/ ataque qumico - Fotomicrografia c/ ampliao 300x c/ ataque qumico

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Introduo Terica

1.1 - Definio A Metalografia estuda e interpreta a estrutura interna dos metais e das suas ligas, assim como as relaes entre a sua composio qumica, as suas propriedades fsicas e as suas caractersticas mecnicas. Estes estudos permitem conhecer as percentagens relativas de cada um dos elementos constituintes (no caso de estudo de Ligas) e tambm a que tipo de aces externas foi sujeito o material, como tratamentos trmicos ou trabalhos mecnicos.

1.2 - Aplicaes A Metalografia aplicada principalmente na investigao desenvolvimento em laboratrios mecnicos e metalrgicos. e

tambm utilizada em ambiente produtivo como suporte ao Controlo de Qualidade de materiais.

1.3 - Breve Historial(4) A Metalografia conhecida desde cerca de 5000 a.C., poca em que o Homem inicia o processo de fuso de metais, evolundo ao longo dos tempos o seu conhecimento dos processos metalrgicos, permitindo-lhe a utilizao de metais de maior dureza e resistncia. A partir do Sculo XVI, com a inveno da imprensa, aparecem as primeiras obras escritas de divulgao de conhecimentos sobre os processos siderrgicos, desde a minerao, fundio e conformao mecnica. No Sculo XIX, iniciou-se a produo de Aos com baixos teores de Carbono, e pela primeira vez, em 1863, observada atravs de Microscpio ptico, a estrutura de rochas e aos, iniciando-se a anlise metalogrfica. Foram ainda descobertos os Raios X, que possibilitariam j no Sculo XX o desenvolvimento da Difraco de Raios X, que passa a possibilitar a determinao da Estrutura Cristalina dos materiais.


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1.4 - Objecto de Estudo O presente trabalho analisa uma amostra de Ferro Fundido. Os Ferros Fundidos so uma famlia de ligas ferrosas com uma vastssima utilizao industrial, devido s suas caractersticas nicas, como sejam, entre outras: - Simplicidade de produo - Fcil e variado processamento - Vasta e verstil gama de propriedades de engenharia - Baixo custo Um Ferro Fundido uma liga ferrosa com um teor de carbono entre 2 e 4% e 1 a 3% de Silcio. Podem estar presentes outros elementos de liga para controlar ou modificar certas propriedades. Conforme a distribuio do Carbono na microestrutura, os Ferros Fundidos podem ser classificados em - Branco - Cinzento - Malevel - Dctil A amostra em estudo do tipo Ferro Fundido Dctil, devido a apresentar uma microestrutura com o Carbono agregado na forma de Grafite,disposta em ndulos esferoidais, da ser tambm classificado como Ferro Fundido Nodular Esta liga combina as vantagens de processamento dos Ferros Fundidos com as propriedades de engenharia dos aos. Apresenta boa fluidez, boa aptido ao vazamento, excelente maquinabilidade e boa resistncia ao desgaste. Alm destas propriedades caractersticas dos Ferros Fundidos, tem algumas propriedades semelhantes s dos aos, como sejam a elevada resistncia mecnica, tenacidade, ductilidade, deformabilidade a quente e temperabilidade.


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Procedimento Experimental

2.1 - Preparao laboratorial de um Ensaio Metalogrfico(4) composta por diversas fases que se sucedem aps a concluso da fase anterior, tendo como objectivo a preparao cuidada de uma face da amostra, tornando-a espelhada, de forma a reflectir a luz e poder ser observada num sistema ptico. 1 Fase : Seleo da amostra e da zona a observar Escolha da zona mais representativa da pea 2 Fase : Corte da amostra utilizado um Serrote elctrico com discos abrasivos lubrificados para evitar alteraes na estrutura devido ao aquecimento. (Imagem 05) Aps o corte, a amostra lavada com gua corrente, alcol e seca com ar comprimido. 3 Fase : Preparar dispositivo de manuseamento - Montagem da amostra num suporte de resina epoxy - Marcao numrica da amostra para identificao - Amostra LN05024 4 Fase: Preparao da superfcie para obter uma face plana polida - Lixamento com Lixadeiras metalogrficas, a discos abrasivos de partculas de Carboneto de Silcio, de granulometria decrescente. usada a sequncia de 220, 500 e 1000 mesh, com gua corrente para eliminar as partculas libertadas e evitar aquecimento exagerado. (Imagem 06) - Deve manter-se a amostra parada durante o lixamento e rod-la 90 ao mudar de gro. - O estado da amostra controlado por observao no Microscpio ptico, aps o procedimento de lavagem referido. Devem eliminar-se riscos e imperfeies. (Imagem 07) - Polimento em discos revestidos a pano com disperso de elemento abrasivo base de pasta de diamante.


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- Deve manter-se a amostra sempre em movimento e polir com pasta de 3 e 1. - O procedimento de limpeza feito apenas com alcol e controlada a amostra at estar sem defeitos, espelhada e brilhante.

A imagem 04 representa a amostra aps terminar o polimentoImagem 04

5 Fase: Ataque qumico para criar tonalidades diferentes entre os constituintes metalogrficos presentes.. Foi utilizado o reagente Nital 6 Fase: Observao metalogrfica com fotografia a diferentes ampliaes para permitir a identificao dos constituintes.


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Apresentao de Resultados

3.1 - Identificao do Material Foram obtidas as fotomicrografias abaixo. Aps a observao metalogrfica da amostra, as imagens obtidas so comparadas com fotos padro disponveis em publicaes de referncia para identificao metalogrfica. A primeira fotomicrografia obtida analisada para possvel identificao e tambm para avaliar da qualidade visual da amostra.Imagem 01

Foto com ampliao 150x sem ataque qumico

No ainda possvel identificar a liga, mas comea j a evidenciar-se a disposio de ndulos esferoidais numa matriz.


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Na segunda fotomicrografia, realizada aps o ataque qumico, podemos j identificar um tipo de estrutura normalmente designada por olho de boi, devido existncia de ndulos escuros reodeados por uma aurola mais clara, numa matriz de tom castanho.Imagem 02

Foto com ampliao 150x com ataque qumico

Este tipo de estrutura permite-nos concluir estar na presena de um Ferro Fundido Nodular. A sua estrutura metalogrfica composta por: - Carbono, na forma de Grafite, aglomerada em ndulos. So os pontos negros observados na imagem. - Ferrite, um componente ferroso mais macio. a parte clara que envolve o ndulo de grafite. - Perlite, a matriz castanha base da estrutura. composta por Ferrite + Cementite.


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Na terceira fotomicrografia, realizada com ataque qumico, numa ampliao mais elevada, podemos claramente distinguir os diversos componentes.Imagem 03

Foto com ampliao 300x com ataque qumico

Comparando a imagem obtida com as imagens de referncia, podemos concluir estar na presena de um Ferro Dctil Perltico, ou Ferro Fundido Nodular de matriz perltica, com cerca de 45% de Ferrite.(3) Segundo as Normas ASTM A536, este Ferro ser identificado como sendo da classe 80-55-06 - Pearlitic Ductile Iron.(3) Tem teor de Carbono entre 2.7 e 3.7% e teor de Silcio de 1 a 2.8%. O Silcio forma uma soluo slida com a Ferrite, no sendo por isso detectado na observao microscpica.


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3.2 - Composio e Microestrutura O Ferro Fundido Nodular de matriz perltica obtido pela adio de um nodularizante, Magnsio ou Crio, em pequenas quantidades pouco antes do vazamento. Os teores de Enxofre e Fsforo dos Ferros dcteis devem ser mantidos muito baixos (cerca de 10 vezes inferiores aos teores do Ferro Fundido Cinzento). A adio do Magnsio vai reagir com o Enxofre e com o Oxignio, impedindo-os de interferirem na formao dos ndulos.(2) Pode tambm ser adicionado um inoculante, normalmente um composto de Fe-Si, to tarde quanto possvel, com o objectivo de promover a formao de germes heterogneos para melhorar a precipitao da Grafite.(2) Estas adies evitam a grafitizao primria e transformam o Ferro Fundido Cinzento em Ferro Fundido Branco. O seu efeito cessa aps alguns minutos de modo que controlando-se a composio do Ferro Fundido, a temperatura no momento da adio, o tempo decorrido at ao vazamento e a velocidade de esfriamento do molde possvel obter uma grafitizao com a formao directa de ndulos.(2) As propriedades excepcionais de engenharia dos Ferros Fundidos Dcteis devem-se presena dos ndulos esfricos de Grafite na sua estrutura interna, tal como se pode observar nas imagens 02 e 03. A existncia de uma matriz relativamente dctil entre os ndulos permite que ocorra uma deformao significativa sem fractura.(1) Alterando os parmetros atrs expostos, podem obter-se outras estruturas de vazamento, com matrizes totalmente ferrticas ou perlticas, por adio de elementos de liga. Tambm se podem efectuar tratamentos trmicos subsequentes para alterar a estrutura de olho-de-boi e consequentemente as propriedades mecnicas dos Ferros Fundidos Dcteis vazados.(1)


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Concluses

4.1 - Caractersticas Mecnicas Como atrs referimos, segundo as Normas ASTM A536, este Ferro ser identificado como sendo da classe 80-55-06 - Pearlitic Ductile Iron.(3) Podemos pois conhecer algumas das suas caracteristcas mecnicas, sendo que a codificao da classe 80-55-06 nos informa: Tenso de Rotura : Tenso de Cedncia : Alongamento Rotura: Valor 80 ksi ou 552 MPa Valor 55 ksi ou 380 MPa Valor 06 = 6% alongamento em 51mm

4.2 - Aplicaes do Material Devido presena da Grafite, um material recomendado para peas sujeitas a fortes contactos, com necessidade de autolubrificao. Exemplo: As unies das lagartas metlicas dos Tractores. Pelas suas caractersticas de boa vasabilidade, recomendado para peas sujeitas a esforos medianos mas de concepo slida difcil em ao maquinado. Exemplo: Rodas dentadas para Caixas de Velocidades, para relaes de baixo binrio. Peas de concepo difcil em bloco ou por forjamento, mas que podem ser fcilmente moldadas. Exemplo: Charruas agrcolas

4.3 - Concluso final um material com futuro !


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Lista de Referncias

(1)

Smith, William F. - Princpios de Cincia e Engenharia dos Materiais

(2)

Colpaert, Hubertur - Metalografia dos Produtos Siderrgicos comuns

(3)

Metals Handbook Ninth Edition, Volume 9 Metallography and Microstructures

(4)

Apontamentos da Cadeira de Qumica dos Materiais 1 Ano


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Bibliografia

Smith, William F. - Princpios de Cincia e Engenharia dos Materiais 3 Edio, McGraw Hill, Lisboa, 1998

(1)

Colpaert, Hubertur - Metalografia dos Produtos Siderrgicos comuns Editora Edgard Blucher Ltda, 1969

(2)

Metals Handbook Ninth Edition, Volume 9 Metallography and Microstructures American Society for Metals, 1985

(3)

Apontamentos da Cadeira de Qumica dos Materiais 1 Ano ISEP, 2004

(4)

Santos, Adriano - Regras para a elaborao de Relatrios ISEP, Janeiro 2000

(5)


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Equipamento utilizado


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