1. INTRODUÇÃO

Metalografia é o estudo da morfologia e estrutura dos metais. É uma área

da materialografia, ou caracterização dos materiais que além do estudo dos materiais

metálicos, compreende a plastografia (materiais plásticos ou poliméricos) e

a ceramografia(materiais cerâmicos).

Para a realização da análise, o plano de interesse da amostra é cortado, lixado,

polido e atacado com reagente químico, de modo a revelar as interfaces entre os

diferentes constituintes que compõe o metal.

Quanto ao tipo de observação, este campo de estudo está subdividido, basicamente

em duas classes:

Microscopia, aonde a analise é feita em um microscópio com aumentos que

normalmente são 50x, 100x, 200x, 500x, 1000x, 1500x e 2500x. Este tipo de

análise é realizado em microscópios específicos, conhecidos como

"microscópios metalográficos" ou "microscópios metalúrgicos". Este tipo de

microscópio possui baixo campo focal, permitindo apenas a observação de

superfícies perfeitamente planas e polidas. Em razão disto, a preparação

metalográfica tem grande importância na qualidade de uma análise. Estes

microscópios, em geral, possuem sistemas de fotografia integrados, que

permitem o registro das análises realizadas.

Macroscopia, aonde a análise é feita a olho nu, lupa ou com utilização de

microscópios estéreos (que favorecem a profundidade de foco e dão, portanto,

visão tridimensional da área observada) com aumentos que podem variar de 5x a

64X. Através das análises macrográficas e micrográficas é possível a

determinação de diversas características do material, inclusive a determinação

das causas de fraturas, desgastes prematuros e outros tipos de falhas.

2. OBJETIVOS

Caracterizar uma amostra de aço de classificação 1140 proveniente da empresa

Sinobras (Siderúrgica Norte Brasil S/A), seguindo as etapas características do campo da

metalografia:

Corte da peça;

Embutimento metalográfico a frio;

Lixamento a frio;

Polimento;

Ataque químico;

Análise micrográfica.

3. DADOS EXPERIMENTAIS

Data :

Local : Laboratório de Metalografia e Preparação de Amostras da UNIFESSPA -

Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará (Campus Universitário Marabá)

Horário : 08h-10h

Instrutor Responsável : Prof. Dr. Elias Fagury Neto

Aluno (matrícula):

Antônio Charles Cavalcante Barbosa (10123003007)

Carolina Marinho Santana (12123003507)

Danilo Marciano da Silva Santos (12123000607)

Materiais Utilizados:

3 amostras de aço 1140;

Máquina de corte Fortel modelo III;

Cola para fixação do molde;

Moldes de PVC (Poli-Cloreto de Vinila);

Desmoldante (graxa de enceramento);

Catalisador

Resina de alta polimerização;

3 lixadeiras fixas manuais;

Série de lixas: #100, #180, #220, #320, #400, #600, #1200 (3 de cada);

Pano para polimento;

1 politriz lixadeira;

Pasta de diamante 3 e 1µm;

Nital 10%;

Secador;

Capela;

Microscópio óptico;

Algodão e pinças;

Óleo e álcool;

1 placa de Petri;

EPI’s – óculos, luvas de borracha e jalecos

4. PROCEDIMENTOS E ANÁLISES

4.1. SELEÇÃO DAS AMOSTRAS

O material escolhido pela equipe a ser caracterizado foi o aço 1140;

4.1.1. Conceito

O Aço 1140 trata-se de um aço de acordo com SAE, sistema de classificação dos

aços, que possui boa usinabilidade. A composição química é constituída de 0,37 a 0,40

% de carbono, 0,70 a 1,00 % de manganês, 0,030 % de fósforo e 0,08 a 0,13 % de

enxofre, sendo assim caracterizado como um aço médio carbono.

Esses aços, também chamados de ressulfurados, se caracterizam pela presença

de enxofre (S) em sua composição acima do que é encontrado em outros tipos de aço.

Em condições normais o enxofre é extremamente prejudicial ao aço, tornando-o

quebradiço; porém a adição de manganês (Mn) no metal promove a formação do sulfeto

de manganês, que tem por característica promover a quebra do cavaco (resíduos

retirados da peça durante a usinagem) mais facilmente. A utilização do manganês nos

aços ressulfurados tem dupla ação positiva, facilita a usinagem, aumentando a vida útil

da ferramenta e acelerando o processo de fabricação, e diminui consideravelmente os

efeitos nocivos do enxofre no material, dando mais tenacidade ao mesmo.

A presença de enxofre mesmo ligado ao manganês ainda guarda efeitos nocivos,

como o desgaste das ferramentas feitas com esse material e a baixa conformabilidade a

quente e também suscetibilidade a corrosão. A adição de manganês nos aços

ressulfurados deve seguir a proporção de um para cinco (1S:5Mn).

Designação AISI-SAE

Composição %C Mn S

1110 0,08-0,03 0,30-0,60 0,08-0,131117 0,14-0,20 1,00-1,30 0,08-0,131118 0,14-0,20 1,30-1,60 0,08-0,131137 0,32-0,29 1,35-1,65 0,08-0,131139 0,35-0,43 1,35-1,65 0,13-0,201140 0,37-0,44 0,70-1,00 0,08-0,131141 0,37-0,45 1,35-1,65 0,08-0,13

4.2. CORTE DA PEÇA

Às vezes é necessário particionar o corpo de prova para obterem-se amostras que

servirão para análise metalográfica. Operações mecânicas como torneamento,

aplainamentos e outras, impõem severas alterações microestruturais devido ao trabalho

mecânico a frio. O corte abrasivo oferece a melhor solução para este seccionamento,

pois elimina por completo o trabalho mecânico a frio, resultando em superfícies planas

com baixa rugosidade, de modo rápido e seguro.

O equipamento utilizado para o corte conhecido como “cut-off”, ou policorte

(figura 1), com discos abrasivos intensamente refrigerados (evitando deformações

devido ao aquecimento) a relativas baixas rotações é largamente utilizado nos

laboratórios metalográficos.

A escolha e localização da seção a ser estudada dependem basicamente da forma

da peça e dos dados que se deseje obter ou analisar a mesma. Em geral, é efetuado o

corte longitudinal ou o corte transversal na amostra.

O corte longitudinal permite verificar:

Se a peça é fundida, forjada ou laminada;

Se a peça foi estampada ou torneada;

A solda de barras

A extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc.

O corte transversal permite verificar:

A natureza do material;

A homogeneidade;

A forma e dimensões das dendritas;

A profundidade de têmperas, etc.

O seccionamento da amostra deve ser efetuado de tal maneira que não

complique as operações subsequentes. Entre os métodos de corte o que mais se adapta

para o ensaio metalográfico é o corte por abrasão a úmido. Neste caso, os discos de

corte são classificados quanto à dureza dos grãos abrasivos.

4.2.1. PROCEDIMENTOS

Colocou-se a amostra no centro da mesa de fixação;

Fixou-se firmemente o corpo de prova com ambas as morsas;

Após ter se certificado da correta fixação do corpo de prova, posicionou-se o

protetor do disco; verificou se o mesmo encontrava-se em sua posição de descanso, sem

tocar na amostra;

O motor de acionamento do disco foi acionado;

Em seguida aplicou-se uma carga moderada do disco sobre o corpo de prova até

que o mesmo fosse cortado;

O disco foi reposicionado para sua posição de descanso e o motor foi desligado;

Soltou-se o corpo de prova da mesa de fixação, sendo efetuado uma posterior

limpeza do equipamento.

4.3. EMBUTIMENTO DA PEÇA

O embutimento da amostra é realizado para facilitar o manuseio de peças

pequenas, evitarem a danificação da lixa ou do pano de polimento, abaulamento da

superfície, que traz sérias dificuldades ao observador. A técnica consiste em circundar a

amostra com um material adequado, formando um corpo único. Pode ser realizado a frio

e a quente, dependendo das circunstâncias e da amostra a ser embutida.

4.3.1. EMBUTIMENTO A FRIO

Figura 1: Máquina de policorte

Procedimento em que se usa resina sintética de polimerização rápida. Este

embutimento é feito com resinas auto polimerizáveis, as quais consistem geralmente de

duas substâncias formando um líquido viscoso quando misturadas.

Esta mistura é vertida dentro de um molde plástico onde se encontra a amostra,

polimerizando-se após certo tempo. A reação de polimerização, a despeito do nome que

é a operação de embutimento a frio, é fortemente exotérmica, atingindo temperaturas

entre 50 e 120° C, comum tempo de endurecimento que varia de 0,2 a 24 h, dependendo

do tipo de resina empregada e do catalisador. A figura abaixo apresenta os principais

materiais a serem utilizados no embutimento à frio : a resina e o catalisador.

Figura 2

4.3.2. EMBUTIMENTO A QUENTE

Procedimento aonde a amostra é embutida em materiais termoplásticos por meio

de prensas, utilizando-se pressão e aquecimento para efetuar a polimerização. O

método consiste em colocar o corpo de prova com a face que se quer analisar em

contato com o êmbolo inferior da máquina de embutimento (figura 3). Após apertar o

êmbolo, coloca-se a resina na câmara de embutimento pressionando-a por um

determinado tempo, de acordo com o plástico utilizado.

Figura 3 – Prensa de embutimento

4.3.3. PROCEDIMENTOS

O procedimento realizado pela equipe foi o de embutimento à frio;

Foi colocado o material desmoldante no molde de PVC;

A amostra cortada foi colocada dentro do molde de PVC com a parte a ser

analisada virada para baixo;

A resina e o catalisador foram misturados em um recipiente por 2 minutos e em

seguida foram colocados dentro do molde;

Realizou-se o mesmo procedimento para as outras 2 amostras e esperou-se um

tempo de 24h para que as mesmas estivessem prontas para o desmolde;

Após o tempo citado as amostras estavam preparadas para serem lixadas.

4.4. LIXAMENTO DA PEÇA

É um dos processos mais demorados da preparação de amostras metalográficas.

Tem por objetivo eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície, dando um

acabamento a esta superfície, preparando-a para o polimento. Existem dois processos de

lixamento: manual (úmido ou seco) e automático.

A técnica de lixamento manual consiste em se lixar a amostra sucessivamente

com lixas de granulometria cada vez menor, mudando-se de direção (90°) em cada lixa

subsequente até desaparecerem os traços da lixa anterior.

A sequência mais adequada de lixas para o trabalho metalográfico com aços

(figura 5) é 100, 220, 320, 400, 600 e 1200 (Pode haver variações). Para se conseguir

um lixamento eficaz é necessário o uso adequado da técnica de lixamento, pois de

acordo com a natureza da amostra, a pressão de trabalho e a velocidade de lixamento,

surgem deformações plásticas em toda a superfície por amassamento e aumento de

temperatura. Esses fatores podem dar uma imagem falseada da amostra, por isso devem-

se ter os seguintes cuidados:

Escolher adequadamente o material de lixamento em relação à amostra e

ao tipo de exame final (o que se quer analisar);

A superfície deve estar rigorosamente limpa, isenta de líquidos e graxas

que possam provocar reações químicas na superfície;

Riscos profundos que surgirem durante o lixamento devem ser eliminado

s por um novo lixamento;

Metais diferentes não devem ser lixados com a utilização da mesma lixa.

Além do lixamento como preparo da amostra para posterior polimento, existe o

esmerilhamento ou “Lapping”, que faz uso de grãos abrasivos soltos rolando livremente

entre o seu suporte e a superfície da amostra. Nas figuras 6 e 7 observa-se a realização

do lixamento a úmido pelos alunos do presente trabalho.

Figura 5 - Método de lixamento com trabalho em sentidos alternados

4.4.1. PROCEDIMENTOS

Verificou-se a quantidade de lixas disponíveis e comparou com a quantidade de

amostras a serem lixadas. Ficou 1 série de lixas para cada amostra;

Foi feito um corte de referência na amostra;

Em seguida começou-se o procedimento de lixamento de desbaste até que só

restassem os riscos da última lixa utilizada;

A amostra foi girada 90° e foi submetida a um novo lixamento, desta vez com

uma lixa de granulometria menor do que a primeira;

Os próximos passos foram repetidos até se chegar à lixa de granulometria 1200;

Verificou-se, no decorrer desta etapa, se haviam a presença de irregularidades

nas amostras.

4.5. POLIMENTO DA PEÇA

Operação pós lixamento que visa um acabamento superficial polido isento de

marcas, utilizando-se para este fim abrasivos como pasta de diamante ou alumina. Antes

de realizar o polimento deve-se fazer uma limpeza na superfície da amostra, de modo a

deixá-la isenta de traços abrasivos, solventes, poeiras e outros. A operação de limpeza

pode ser feita simplesmente por lavagem com água, porém, aconselha-se usar líquidos

de baixo ponto de ebulição (álcool etílico, fréon líquido, etc.) para que a secagem seja

rápida. Existem cinco processos para a obtenção de uma superfície polida isenta de

riscos. São eles:

Processo mecânico;

Processo semi-automático em sequência;

Processo eletrolítico;

Processo mecânico-eletrolítico;

Polimento químico.

Figura 6

Figura 7

A figura 8 mostra a máquina de polimento utilizada no Laboratório de Metalografia

e Preparação de Amostras da UNIFESSPA. A figura 9 apresenta uma das amostras

após o processo de polimento.

4.5.1. PROCEDIMENTOS

Primeiramente verificou se o pano de polimento estava limpo;

Em seguida o pano foi encaixado na politriz, sendo umedecido logo após, para

que possa ser colocada a pasta de diamante;

A torneira foi levemente aberta (gotejamento);

Figura 8 – Politriz

Figura 9 – Amostra polida

Segurou-se a amostra levemente acima do pano de polimento e, acionando o

equipamento, as amostras foram polidas por aproximadamente 3 minutos (cada);

Por último elas foram limpas com álcool etílico e secadas.

4.6. ATAQUE QUÍMICO DA PEÇA

Seu objetivo é permitir a identificação (visualização) dos contornos de grão e as

diferentes fases na microestrutura. Um reagente ácido é colocado em contato com a

superfície da peça por certo tempo. O reagente causará a corrosão da superfície. Os

reagentes são escolhidos em função do material e dos constituintes macroestruturais que

se deseja contrastar na análise metalográfico microscópica.

A superfície da amostra, quando atacada por reagentes específicos, sofre uma

série de transformações eletroquímicas baseadas no processo de óxido-redução, cujo

aumento do contraste se deve às diferenças de potencial eletroquímico. São formadas

células locais onde os constituintes quimicamente pobres atuam como um ânodo,

reagindo com o meio de ataque de maneira mais intensa que os mais nobres.

Para o ataque químico são usados soluções aquosas ou alcoólicas de ácidos,

bases e sais, bem como sais fundidos e vapores. O contraste varia em função da

composição química, temperatura e tempo. Pode ser dividido em:

Macroataque: Evidencia a macroestrutura, o qual pode ser observado a olho nu

ou através de uma lupa de baixo aumento;

Microataque: Evidencia a estrutura íntima do material em estudo, podendo esta

ser observada através de um microscópio metalográfico.

Após o ataque químico a amostra deve ser rigorosamente limpa, para remover os

resíduos do processo, através da lavagem em água destilada, álcool ou acetona, e

posteriormente seca através de jato de ar quente (figura 10).

Figura 10 - Como secar a amostra

4.6.1. PROCEDIMENTOS

O ataque químico foi realizado utilizando-se o reagente Nital 10% (90% de

álcool etílico – 10% de ácido nítrico concentrado) pelo modo de esfregamento do

mesmo nas 3 amostras, sob um tempo de aproximadamente 15 segundos;

Ao se notar (a olho nu) uma mínima variação na coloração da peça, a mesma foi

submetida a um jato de água, para que o efeito do ácido fosse neutralizado;

Por fim as peças foram devidamente secadas e encaminhadas para a análise

microscópica.

4.7. ANÁLISE MICROSCÓPICA DA PEÇA

O exame microscópico, com seus fatores de aumento, exige obviamente não só

cuidados especiais, mas principalmente equipamentos muito precisos e altamente

especializados.

Devido à natureza dimensional das amostras envolvidas, sua capacidade

praticamente sempre a considerar, e as características comuns de superfície, assumiu-se

que formas específicas geram uma série de técnicas e dispositivos que facilitam e, as

vezes, só assim possibilitam a execução dessas técnicas. Mais precisamente, fala-se de

posicionamento das amostras, iluminação apropriada e técnicas fotográficas.

O microscópio visa a comodidade do operador, assim como, tornar mais fácil e

nítida a microestrutura em observação.

O equipamento utilizado para a análise foi o microscópio óptico de reflexão

Olympus, BX51 (figura 11).

Figura 11 – Microscópio Óptico de Reflexão Olympus

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Após realizado todos os procedimentos metalográficos nas 3 amostras de aço 1140,

observou-se as seguintes microestruturas:

Figura 12 – Peça 1 (aumento de 150x) Figura 13 – Peça 1 (aumento de 300x)

Figura 14 – Peça 1 (aumento de 750x) Figura 15 – Peça 1 (aumento de 1500x)

6. CONCLUSÃO

A metalografia é, hoje em dia, uma área técno-científica de suma importância na

resolução dos problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando

submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas,

informando a causa dos defeitos do material e objetivando uma melhoria tecnológica do

mesmo.

A observação das estruturas metálicas sob aumentos convenientes é de suma

importância tanto para os estudantes, engenheiros, como para os pesquisadores. É

necessário ressaltar que tão-somente a análise química não permite concluir sobre as

propriedades mecânicas, físicas ou mesmo tecnológicas de uma liga metálica, e que a

metalografia preenche, pelo menos em grande parte, essa lacuna.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

COLPAERT; Hubertus. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns, 3ª

Edição, Editora Edgarg Blücher Ltda, São Paulo – 1974;

COUTINHO, Telmo de Azevedo. Metalografia de Não-Ferrosos, Editora Edgard

Blücher Ltda, São Paulo – 1980;

Apostila Curso de Ensaio Metalográfico – LIME 1.1;

http://www.urisan.tche.br/~tonilson/Ciencia%20dos%20Materiais/Ciencia-7.pdf ;

Ebah – Tecnologia Metalográfica (internet). Acessada em 28 de junho de 2014

às 9h. Disponível em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAHW0AA/tecnologia-

metalografia;