Metalografia de aços carbono e ferros fundidos 1

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Metalogra�a de aços carbono e ferros fundidos
Julio Cesar José Rodrigues Júnior
Descrição
Apresentação das técnicas metalográficas de micrografia e macrografia,
da seleção de amostras e da preparação dos corpos de prova (CP), além
do estudo da microscopia ótica.
Propósito
No estudo da metalografia de aços e ferros fundidos, é primordial
entender as principais diferenças e aplicações das técnicas de
macrografia e de micrografia. Assim, apresentaremos os fundamentos
das metalografias quantitativa e qualitativa, bem como as ferramentas
de análise e preparação do corpo de prova (CP).
Objetivos
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Módulo 1
Metalogra�a de aços carbono e ferros
fundidos
Descrever os fundamentos e as técnicas metalográficas.
Módulo 2
Microscópios estereoscópicos e óticos
Identificar os equipamentos utilizados: microscópios
estereoscópicos e óticos.
Módulo 3
Seleção de amostras
Descrever a seleção de amostras.
Módulo 4
Preparo de corpos de prova para macrogra�a
e microgra�a
Reconhecer o preparo de corpos de prova para macrografia e
micrografia.

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Metalogra�a de aços carbono e
ferros fundidos
Faremos neste vídeo um breve resumo dos aspectos apresentados
neste conteúdo, destacando as técnicas metalográficas
denominadas macrografia e micrografia. Além disso,
apresentaremos o microscópio ótico metalúrgico.
AVISO: orientações sobre unidades de medida.
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos
(ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o
Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e a
unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais
escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos
números e das unidades.
1 - Metalogra�a de aços carbono e ferros fundidos
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Descrever os fundamentos e as técnicas metalográ�cas.
Fundamentos e técnicas
metalográ�cas
Agora, apresentaremos os fundamentos metalográficos, incluindo as
metalografias qualitativa e quantitativa. Além disso, faremos uma
introdução às técnicas macro e micrográficas.
Metalogra�a
Os fundamentos e as técnicas metalográ�cas
Aspectos gerais da metalogra�a
A análise metalográfica dos metais ferrosos possibilita o estudo da
morfologia e das estruturas desses metais. É possível, assim, inferir a
respeito das propriedades mecânicas, dos processos de fabricação e
dos tratamentos térmicos, entre outras possiblidades. A análise pode
ser macrográfica ou micrográfica.
Os metais são materiais policristalinos, ou seja, formados por vários
grãos com orientações cristalinas distintas. O contorno de grão é um
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defeito bidimensional que separa duas regiões com mesma orientação
em materiais policristalinos.
A imagem a seguir apresenta os contornos de grão:
Esquema do contorno de grão.
Os contornos de grão são quimicamente mais reativos que o próprio
grão. Tal diferença é fundamental no estudo metalográfico, já que essas
regiões apresentarão aspectos distintos ao serem observadas no
microscópio após o ataque químico.
A imagem a seguir apresenta uma micrografia de um aço cujos
contornos se destacam:
Micrografia de aço extra doce.
A metalografia pode ser apresentada sob dois prismas: a identificação
qualitativa da microestrutura e a sua quantificação. Quando um material
é observado no microscópio, é possível fazer uma descrição qualitativa
da microestrutura e a quantificação, por exemplo, do tamanho de grão.
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Fundamentos da metalogra�a qualitativa
Segundo Padilha (2004), a partir da observação de uma microestrutura
em um microscópio ótico, é possível descrever qualitativamente os
microconstituintes/fases e os defeitos. Os microconstituintes presentes
em uma liga metálica variam de acordo com a composição química e as
etapas de fabricação do material, incluindo-se os tratamentos térmicos.
Na liga ferrosa denominada aço, consegue-se observar:
A imagem a seguir apresenta a micrografia de um aço hipoeutetoide em
que são identificadas a ferrita proeutetoide e a perlita:
Fotomicrografia de aço com 0,38% de C.
A análise metalográfica ocorre a partir do seccionamento de uma
estrutura tridimensional. A imagem a seguir apresenta algumas
estruturas tridimensionais em que um plano de seccionamento é
 Fases ferrita, cementita e austenita.
 Microconstituintes perlita, bainita e martensita.
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escolhido para estudo. A avaliação bidimensional não apresenta todas
as informações do desenho tridimensional.
Seccionamento de estruturas tridimensionais
Consideremos um material com duas fases α e β tal que a fase β
apresenta fração volumétrica menor que a matriz α;. A imagem a seguir
contém algumas variações estruturais possíveis para a fase β (cinza)
em relação à α (branca).
Disposição espaciais da fase β em uma matriz α.
Já esta imagem apresenta as micrografias das representações
espaciais da fase β. Veja a seguir:
Micrografias das distribuições da fase β na matriz α.
Fundamentos da metalogra�a quantitativa
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A análise qualitativa apresenta, por exemplo, as fases presentes em
uma liga ferrosa. A microestrutura de um metal relaciona-se com as
propriedades mecânicas.
Dessa forma, a quantificação da microestrutura torna-se fundamental no
estudo do comportamento mecânico dos materiais. Duas
quantificações são usuais:
A norma ASTM E112, da American Society for Testing and Materials
(ASTM), auxilia na determinação da tamanho de grão em amostras com
grãos uniformes e equiaxiais. O tamanho de grão ASTM (G) é definido
pela equação 1, sendo n o número de grãos por polegada ao quadrado,
para micrografias com aumento de 100 vezes.
n=2G-1 (equação 1)
A medida pode ser feita por comparação com redes padrão conforme
demonstra a imagem a seguir:
Redes padrão para determinação de grão ASTM.
 A determinação do tamanho de grão.
 A determinação da fração volumétrica de
precipitados.
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Macrogra�a
Estudo da macrogra�a
O exame macrográfico da seção de uma peça ou de um corpo de provas
(CP) previamente preparada (lixamento e eventual ataque químico) é
realizado com a vista desarmada ou com uma lupa. O aumento
alcançado é de, no máximo, 50 vezes. As seções mais usuais na
macrografia são a transversal e a longitudinal.
Observe a imagem a seguir em que uma peça é seccionada:
Seções longitudinais para o exame macrográfico.
A primeira etapa de preparação da amostra (ou do CP) é a escolha da
seção a ser analisada. Realiza-se um corte com serra ou disco abrasivo
que expõe a seção para o ensaio. Esse seccionamento resulta em uma
região com elevada rugosidade. A etapa subsequente, o lixamento, tem
por finalidade tornar a seção plana, diminuindo as rugosidades. Isso é
realizado em uma série de lixas de carbeto de silício. Em geral, são
utilizadas, na ordem, as lixas de números120, 220 e 320. A cada nova
lixa utilizada o CP deve ser rotacionado de 90°.
Dois cuidados operacionais precisam ser tomados:
 Evitar o arredondamento das arestas da superfície.
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Efetuadas as etapas de corte e lixamento, já é possível fazer a
observação da seção e analisar algumas características, como vazios,
trincas ou falhas em soldas. A etapa final de preparação do CP para
análise macrográfica é o ataque químico da seção a ser analisada.
Devido à diferença de composição química, a seção será quimicamente
mais ou menos reativa, o que implicará regiões com contrastes distintos
no aspecto macrográfico.
A imagem a seguir apresenta a macrografia da seção transversal de
uma engrenagem com o tratamento termoquímico de cementação. A
macrografia identifica as regiões cementadas (claras), revelando a
profundidade da camada cementada e sua homogeneidade.
Macrografia de uma engrenagem cementada.
Denominada ataque químico, a etapa final da preparação do CP inclui a
escolha do reagente químico em função do material e dos constituintes
macroestruturais que se deseja analisar. O contato da superfície com o
reagente químico pode ser efetuado de três maneiras distintas:
1. Por imersão – o CP é mergulhado na solução química.
2. Por aplicação – a superfície estudada é “molhada” com o reativo
utilizando algodão embebido.
3. Impressão de Baumann – um “filme” umedecido com o reativo é
colocado sobre a seção a ser estudada. Trata-se da observação de
sulfetos nos aços.
 Evitar o lixamento excessivo (seção especular).
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Vamos ver a seguir, segundo Colpaert (2008), alguns reativos utilizados
no exame macrográfico, assim como suas composições e aplicações.
Composição:
Iodo sublimado: 10g
Iodeto de potássio: 20g
Água: 100ml
Aplicação:
Aplicação geral em macrografia.
Composição:
Ácido sulfúrico: 20ml
Água: 100ml
Próximo à temperatura de ebulição
Aplicação:
Destaca as segregações, revelando o “fibramento”.
Composição:
Ácido clorídrico: 50ml
Água: 50ml
Temperatura entre 70°C e 80°C
Aplicação:
Segregação, estrutura dendrítica, trincas e porosidades. Aços
austeníticos AISI 300.
Iodo 
Ácido sulfúrico 
Ácido clorídrico 
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Composição:
Ácido clorídrico: 120ml
Água destilada: 100ml
Cloreto cúprico: 90ml
Aplicação:
Linhas de deformação em aços com deformação a frio.
Outros reativos utilizados para o ataque macrográfico são:
Reativo de Heyn
Identifica segregações de fósforo.
Reativo de Humfrey
Identifica segregações dendríticas.
Reativo de persulfato de amônio
Identifica soldas e texturas cristalina.
A imagem a seguir apresenta a macrografia da superfície de uma roda
de trem com ataque químico de iodo. São evidenciadas nela as regiões
da solda: metal depositado e zona termicamente afetada (ZTA).
Reativo de Fry 
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Macrografia de roda de trem. Ataque: reativo de iodo.
Já a próxima imagem, por sua vez, contém uma impressão de Baumann
da seção transversal de um lingote de aço. Observe a presença de
bolhas na camada mais externa da impressão:
Impressão de Baumann em seção transversal de lingote de aço.
Microgra�a
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Estudo da microgra�a
A técnica micrográfica ótica resume-se na observação, com o auxílio do
microscópio metalúrgico, de uma amostra metálica ou de um CP. É
possível identificar, entre outros itens, grãos e seus tamanhos, fases e
constituintes, assim como textura e inclusões.
Microscópio ótico metalúrgico.
Essa observação é possível a partir da preparação adequada da
superfície. Em linhas gerais, escolhe-se uma região de interesse da peça
para a confecção do CP, a qual, por meio de uma sequência de passos,
apresentará uma superfície plana e polida que, após o ataque químico
com o reativo adequado, poderá ser observada no microscópio ótico.
Na preparação do CP, não é raro que suas dimensões sejam reduzidas,
dificultando as etapas de lixamento e de polimento. Nessa situação, é
feito o embutimento (a frio ou a quente) do CP em resina, como
podemos ver na imagem:
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CP embutido em resina.
A etapa de lixamento do CP envolve uma série de lixas de carbeto de
silício (100, 240, 320, 400, 600 e 1.200) utilizadas para tornar a
superfície plana. O atrito da lixa com a superfície do CP provoca o
aquecimento, que pode vir a alterar a microestrutura a ser estudada.
Dessa forma, essa etapa ocorre com a lubrificação de água corrente, o
que também remove os resíduos do lixamento. A cada nova lixa a ser
utilizada, será preciso rotacionar o CP de 90° até desaparecerem os
riscos da lixa anterior.
A imagem a seguir demonstra um esquema da rotação que pode ser
executado:
Técnica de lixamento.
A etapa final de preparação do CP é o polimento. Seu objetivo é deixar a
superfície espelhada e sem nenhum arranhão. Ele é realizado sobre um
disco giratório de feltro e um abrasivo (alumina, pasta de diamante ou
sílica coloidal).
Durante as etapas de lixamento e polimento, é usual haver a observação
da superfície em microscópio para uma avaliação do procedimento. O
CP, antes de ser observado no microscópio, deve ser lavado e seco.
Vejamos a seguir a comparação de duas superfícies que foram polidas.
Uma está bem polida, enquanto a outra tem riscos de polimento.
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Superfície bem polida.
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Superfície com arranhões.
Agora, vamos ver os defeitos em superfícies na preparação do CP
durante as etapas de polimento e de secagem:
Cometas: pressão excessiva durante o polimento.
Manchas marrons: pouca pressão na etapa de polimento.
Auréolas escuras e heterogêneas: lavagem excessiva ou início da
secagem tardio.
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Defeitos na etapa de preparação: polimento.
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Defeitos na etapa de preparação: secagem.
O ataque químico da superfície é a etapa final de preparação do CP para
a observação no microscópio. Após o ataque, a lavagem e a secagem, é
possível visualizar os contornos de grão e de microestrutura.
O contraste entre os grãos ocorre pela diferença na refletividade
(orientação cristalográfica/ataque químico). Observe a imagem a seguir:
Contraste entre grãos de uma estrutura policristalina.
Na etapa do ataque químico, o reagente causa a corrosão da superfície
e é escolhido em função do material e dos constituintes
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microestruturais que se deseja contrastar na análise metalográfica
microscópica. Dois reativos são usuais:

Nital
Ácido nítrico e álcool etílico.

Picral
Ácido pícrico e álcool etílico.
Vamos ver agora micrografias de aços e ferros fundidos com ataques
usando os reagentes citados:
Ataque: Nital. Aço eutetoideresfriado lentamente. Perlita. Ampliação em 1.000 vezes.
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Ataque: Picral. Ferro fundido cinzento, destacando-se os veios de grafita. Ampliação em 100
vezes.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(IF-SP - professor - Mecânica - Automação - 2011) A impressão de
Baumann é um conhecido método de ensaio metalográfico que se
caracteriza por ser
A
um ensaio micrográfico realizado exclusivamente
em amostras de aço inoxidável.
B
um ensaio macrográfico cujo objetivo principal é
detectar regiões ricas em enxofre nos aços.
C
utilizado principalmente para detectar inclusões de
óxidos em aços.
D
um ensaio micrográfico específico para a análise de
microestruturas em soldas.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A impressão de Baumann (ou impressão de enxofre) é um dos
ataques químicos possíveis na técnica macrográfica cuja aplicação
é a visualização de sulfetos no aço.
Questão 2
(IF-SP - Professor - mecânica - Automação - 2011) O Nital é um dos
reagentes mais comuns na metalografia dos aços-carbono. Na
preparação do Nital, são utilizadas as seguintes substâncias:
Parabéns! A alternativa D está correta.
Na etapa de preparação da superfície de um CP para visualização
no microscópico metalúrgico, é realizado um ataque químico
escolhido em função do material e dos constituintes
microestruturais que se deseja contrastar. Dois reagentes são
amplamente utilizados: o Nital, uma solução de 1 a 5ml de ácido
E um ensaio indicado para revelar a perlita e a ferrita
nos aços ao carbono.
A Hidróxido de amônio e álcool etílico.
B Álcool metílico e ácido cítrico.
C Ácido pícrico e água destilada.
D Ácido nítrico e álcool etílico.
E Água destilada e ácido clorídrico.
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nítrico e etanol ou álcool etílico (99 a 95ml), e o Picral, uma solução
de 4g de ácido pícrico e etanol (96ml).
2 - Microscópios estereoscópicos e óticos
Identi�car os equipamentos utilizados: microscópios estereoscópicos e óticos.
Microscópios estereoscópicos e
óticos
Vamos falar de dois microscópios: estereoscópico e metalúrgico.
Apontaremos ainda seus principais componentes e características, além
dos conceitos de aumento linear, resolução e contraste.

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Microscopia ótica
Microscópios estereoscópicos e óticos
As propriedades dos materiais estão correlacionadas com suas
microestruturas. Nesse estudo, três tipos básicos de microscopia
podem ser utilizados:
Neste módulo, nosso enfoque será no primeiro tipo, a microscopia ótica.
Sua resolução é de cerca de 3.000Å e um aumento útil próximo a 1.500
vezes.
 Microscopia ótica (MO)
 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
 Microscopia eletrônica de transmissão (MET)
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Aumento útil próximo a 1.500 vezes
Por que aumento útil próximo a 1.500 vezes? É a limitação devido ao
comprimento de onda da luz visível.
A imagem a seguir apresenta os princípios físicos de um microscópio
metalúrgico:
Esquema ótico de um microscópio metalúrgico.
A imagem microscópica é caracterizada por três parâmetros. Vamos
conhecê-los.
É a relação entre os tamanhos da imagem (i) e do objeto (o), ou
seja, 
Observe a imagem:
Aumento (A) 
A = i0
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Formação de imagem em lente delgada.
É a capacidade de separar individualmente dois pontos de
imagem adjacentes.
A resolução é determinada pela expressão a seguir, em que λ é o
comprimento de onda da luz visível e NA, a abertura numérica da
lente objetiva:
É a capacidade de distinguir traços da estrutura sobre o plano de
fundo, sendo quantificado pela seguinte expressão:
Comentário
O olho humano apresenta cerca de 0,1mm de resolução e nenhuma
ampliação. O microscópio ótico amplia em até 1.500 vezes e cerca de
100nm (nanômetro) de resolução. Nos dois casos, a luz utilizada é a do
espectro visível. A microscopia eletrônica usa um feixe eletrônico,
enquanto as resoluções são na ordem de décimos do nm.
Resolução (R) 
R =
(0, 61) ⋅ λ
NA
Contraste (k) 
k =
Ifundo − Iobjeto 
Ifundo 
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Fundamentos da ótica do olho humano
O olho humano é, sem dúvidas, o pioneiro instrumento de análise. A
figura a seguir apresenta o corte transversal do bulbo do olho humano.
Estão destacadas nela algumas regiões que se relacionam diretamente
com a formação da imagem pelo olho humano:
Corte transversal do bulbo do olho humano.
Em linhas gerais, o sistema ótico do olho é composto por uma lente
convergente (delgada) que conjuga a determinado objeto uma imagem
real e invertida. A imagem formada é projetada na região do olho
denominada retina. Invertida, essa imagem é levada ao cérebro, que, em
seguida, a processa para a posição não invertida.
A imagem adiante apresenta, de forma esquemática, a formação da
imagem no olho humano:
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Formação de imagem no olho humano.
Formação da imagem em um microscópio ótico
Um microscópio é um instrumento de aumento constituído, em linhas
gerais, por dois sistemas de lentes delgadas (convergentes). Uma lente
é a objetiva, que está mais próximo da amostra a ser analisada. A
segunda é a ocular, que fica perto dos olhos do observador.
A partir da fonte de luz, ocorre a reflexão da luz na superfície especular
do CP da amostra. Dessa forma, a luz atravessa a lente objetiva e forma
a primeira imagem (i1), que passa a ser objeto para a lente ocular,
formando a imagem final (i2).
A imagem a seguir representa, de forma esquemática, a formação da
imagem a partir das lentes ocular e objetiva:
Formação de imagem no sistema de lentes ocular e objetiva.
A partir da definição de aumento (A), é possível determinar o aumento
do sistema das duas lentes delgadas (microscópio ótico). Veja na
imagem adiante que, para a lente objetiva, o tamanho do objeto e o da
imagem são respectivamente: Ο e i1.
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Assim:
Na formação final da imagem, i1 é o objeto ocular e a imagem, i2.
Portanto:
Com isso, o aumento do microscópio será dado por:
Da manipulação das expressões do aumento para as lentes, é possível
escrever que:
Logo:
Microscópios metalúrgicos
Formação da imagem em um microscópio ótico
Em linhas gerais, o microscópio ótico apresenta uma fonte luminosa do
espectro visível que incide sobre a superfície especular do CP e alcança
os olhos do observador. A imagem a seguir mostra, de maneira
simplificada, a fonte de luz emitindo luz visível, refletindo no CP e
Aobjet iva =
i1
o
Aocular =
i2
i1
Amicroscópio =
i2
o
 A objet iva ⋅ Aocular =
i1
o
⋅
i2
i1
=
i2
o
Amicroscópio = Aobjet iva ⋅ Aocular 
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atravessando duas lentesaté alcançar os olhos do usuário do
microscópio metalúrgico. A partir da observação dessa imagem, é
possível perceber os dois princípios de funcionamento do microscópio
ótico: por transmissão da luz e por reflexão da luz.
Apresentação esquemática da trajetória da luz em um microscópio ótico metalúrgico.
A luz interagindo com o CP pode ser absorvida, transmitida ou refletida,
o que origina um contraste entre as diversas regiões da superfície do CP.
O microscópio ótico metalúrgico é capaz de utilizar diferentes técnicas
de iluminação – entre as quais, a oblíqua, a paralela ao eixo (mais usual)
e a de campo escuro.
A iluminação oblíqua tem como objetivo ressaltar certas regiões da
microestrutura. Já a paralela ao eixo é a mais usual e objetiva. Como
postula Colpaert (2008), essa técnica, em regra, apresenta imagens
claras das regiões planas ou não atacadas do CP e escuras de trincas,
poros e regiões atacadas. Por fim, a técnica de campo escuro resulta
em uma imagem clara para contornos de grão, poros, trincas etc.
Observe o contraste a partir de iluminação nos campos claro e escuro:
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Foto: MANNHEIMER, 2002, p. 15.
Foto: MANNHEIMER, 2002, p. 15.
Campo claro/escuro.
Em linhas gerais, o funcionamento do microscópio metalúrgico baseia-
se na reflexão de um feixe de luz visível. Dois conjuntos de lentes
convergentes compõem o sistema ótico do microscópio: as oculares e
as objetivas.
De maneira prática, a ampliação total de um microscópio é o poder de
ampliação individual da lente objetiva multiplicado pela magnificância
da lente ocular.
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“Revólver” com o conjunto de lentes objetivas.
Exemplo
Uma lente ocular de 10 vezes de aumento e uma objetiva com um
aumento de 40 vezes possibilitam um aumento global de 400 vezes.
Sistemas de um microscópio
Conforme ensina Mannheimer (2002), o moderno microscópio
composto é constituído por um conjunto de componentes que pode ser
dividido em quatro grupos:
Sistema mecânico
Conjunto de peças mecânicas de precisão, o sistema mecânico
do microscópio metalúrgico tem como objetivo a manutenção
dos elementos óticos e da amostra em posição relativa,
garantindo a focalização dela.
As seguintes características são desejáveis em um microscópio:
Apresentar estabilidade e rigidez.
Possuir flexibilidade de trabalho.
Ter boa ergonomia e conforto na operação.
Os microscópios apresentam duas configurações: a convencional
e a invertida. Observe-as nas imagens a seguir:
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Microscópio ótico metalúrgico convencional.
Microscópio ótico metalúrgico invertido.
Sistema de iluminação
A iluminação constitui um fator primordial para a obtenção de
contraste e de resolução na imagem fornecida pelo microscópio
metalúrgico. Em linhas gerais, esse sistema é composto por:
Fonte luminosa.
Fonte ótica para colimação e focalização.
Sistema de magni�cância
Ele é formado pelo conjunto de lentes convergentes oculares e
objetivas. A magnificância do microscópio é dada pelo produto
das magnificâncias individuais das lentes oculares e objetivas.
As imagens a seguir mostram em detalhes os dois tipos de lentes
delgadas citadas:
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Conjunto de lentes objetivas do microscópio ótico metalúrgico.
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Lentes oculares do microscópio.
Acessórios
Alguns dos principais acessórios do microscópio ótico
metalúrgico são os retículos e a tela de projeção.
Microscópios estereoscópios
Formação da imagem estereoscópica
Ao longo da evolução das espécies, alguns animais passaram a ter os
olhos na porção frontal da cabeça, limitando seu campo visual lateral.
No entanto, esse novo posicionamento possibilitou uma visão
estereoscópica, capacitando-os à visualização tridimensional.
A fotografia estereoscópica aproxima-se da imagem obtida da realidade,
isto é, com a percepção da terceira dimensão, diferindo-a das fotos
convencionais, que são bidimensionais.
A imagem de um objeto percebida por um dos olhos é ligeiramente
diferente daquela percebida pelo outro. Essa diferença possibilita a
visualização em três dimensões, função exercida pelo cérebro ao fazer a
sobreposição das imagens em uma única: a estereoscópica.
A imagem a seguir demonstra a formação da imagem estereoscópica
pelo cérebro humano:
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Formação da imagem estereográfica pelo cérebro.
Estereoscópio
Também chamado de estereomicroscópio, estereoscópio ou
simplesmente lupa, o microscópio estereoscópio é capaz de efetuar
aumentos da amostra observada de algumas dezenas de vezes. Para
visualizar a macroestrutura de metais, são utilizados desde as lupas
tradicionais até os estereomicroscópios. Quando usados em luz
refletida, os estereoscópios permitem a obtenção de imagens com
aspecto tridimensional. O sistema possibilita analisar a imagem em
relevo e profundidade, isto é, como uma imagem estereoscópica (em
três dimensões).
Como regra, um estereoscópio é composto por dois microscópios, cada
qual com sua objetiva, ocular e sistema de construção do tipo reflexivo
ou refrativo. A formação da imagem tridimensional é realizada pelo
cérebro a partir da observação de duas imagens dissimilares. Em linhas
gerais, a sensação de altura ou espessura é possível, uma vez que o
olho do observador vê as imagens originais de ângulos diferentes.
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O estereoscópio da imagem a seguir possui algumas partes
destacadas: a base de trabalho, as pinças, as lentes oculares e o ajuste
macrométrico.
Microscópio estereoscópio.
O funcionamento do estereoscópio, em linhas gerais, baseia-se na
observação de duas imagens obtidas do mesmo objeto em diferentes
pontos. Ao observá-las, mantendo uma separação entre os nossos
olhos, conseguimos ter a noção de profundidade semelhante à que
ocorre na nossa visão.
Segundo o número e a posição das lentes, distinguem-se:
O estereoscópio possibilita a visualização de aspectos macroscópicos
sem a preparação da superfície na qual a vista desarmada não possui
resolução. Uma utilização comum do estereoscópio óptico se dá no
estudo e na análise de falhas, ou seja, na análise fractográfica em lupa
(estereoscópica).
 Microscópio ótico simples (lupa = estereoscópio).
 Microscópio ótico composto.
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O estereoscópio tem ampla utilização na visualização de superfície de
fratura em que é necessário preservar tal superfície, uma vez que muitas
informações se encontram na superfície sem preparo (lixamento e
ataque).
As imagens a seguir apresentam duas superfícies de fratura frágil com
ampliação de duas vezes.
Superfície de fratura frágil. Aumento de 2 X.
Na imagem (a), é possível perceber as “marcas de sargento”
(em v). As setas destacadas nas imagens mostram o início da
trinca que originou a falha.
Superfície de fratura frágil. Aumento de 2 X.
Na imagem (b), são evidenciadas as nervuras radiais em
formato de leque. As setas destacadas nas figuras mostram o
início da trinca que originou a falha.
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A foto a seguir exibe parte de um eixo da haste de um compressor em
que houve uma falha por fadiga:
Superfície de fratura.
De acordo com Mannheimer (2002), os estereoscópios apresentam
duas concepções. Na disposição de Greenough, dois microscópios
iguais, ainda que independentes, são dispostos com uma convergência
de cerca de 14o, enquanto, na configuração chamada de telescópica ou
de objetiva comum, dois caminhos óticos partilham da mesma objetiva.
A imagem a seguir contém duas possibilidades para o caminho da luz
refletida sobre a amostra:
Concepções de estereoscópios.
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A diferença básica entre um estereoscópio e um microscópio ótico
metalúrgico é que, no primeiro, a amostra é observada em três
dimensões, enquanto, no segundo, a imagem observada é
bidimensional. Além disso, a utilização do estereoscópio é mais
imediata, pois não existe a necessidade de preparo da superfície.
Atenção
Uma superfície de fratura não deve ser polida, pois várias informações
sobre as causas da falha seriam perdidas.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Um engenheiro mecânico recebe um lote de aço AISI 304 L para o
projeto em desenvolvimento na empresa em que trabalha. Para
recebimento do material, ele segue o protocolo desenvolvido pelo
setor de qualidade. Um dos ensaios apontados no protocolo é o
exame micrográfico de 10 amostras com aumento predeterminado.
O engenheiro então inicia a preparação dos 10 corpos de provas
para análise. Na hora de visualizar no microscópio metalúrgico
hipotético, observa que a lente ocular tem aumento Moc e que uma
das objetivas possui magnificância Mob.
Desse modo, o aumento proporcionado pelo microscópio na
combinação das duas lentes será dado pela seguinte expressão:
A Moc + Mob
B Moc − Mob
C √ Moc ⋅ Mob
D Moc ⋅ Mob
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Parabéns! A alternativa D está correta.
O aumento ou magnificância de uma lente é dado pela razão entre o
tamanho da imagem formada e o do objeto. No microscópio, existe
a conjugação de duas lentes delgadas (ocular e objetiva). O
aumento do microscópio é dado pelo produto dos aumentos
individuais de cada lente, ou seja, Moc.Mob.
Questão 2
(Cespe/Cebraspe - polícia científica - perito Criminal – PE -
adaptada). Em relação à microscopia ótica, assinale a opção
correta.
E √ Moc⋅MobMoc+ Mob
A
Apesar da qualidade das lentes e das técnicas
atuais, os comprimentos de onda da radiação
eletromagnética no espectro visível limitam a
resolução na microscopia ótica convencional.
B
Resolução e aumento são parâmetros equivalentes
em microscopia ótica.
C
As lentes oculares e objetiva de um microscópio
metalúrgico são as lentes divergentes ou de bordas
espessas.
D
O contraste (k) é definido pela capacidade de
distinguir traços da estrutura sobre o plano de fundo
e, não sendo quantificável, por apenas uma
característica qualitativa do microscópio.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
A resolução do microscópio ótico está intimamente relacionada ao
comprimento de onda da luz visível (faixa aproximada de 400 a
700nm). Resolução (R) é a capacidade de separar individualmente
dois pontos de imagem adjacentes, enquanto o aumento (A)
constitui a relação entre os tamanhos da imagem (i) e do objeto (o).
O contraste pode ser quantificado percentualmente. Já as imagens
geradas no microscópico são bidimensionais.
3 - Seleção de amostras
Descrever a seleção de amostras.
E
Os microscópios óticos metalúrgicos apresentam
conjuntos ótico e de iluminação que sempre geram
uma imagem tridimensional.

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Seleção de amostras
Entenda os principais aspectos para a escolha da seção a ser observada
no microscópio, destacando-se as razões da escolha da seção
transversal ou longitudinal nos exames macro e micrográfico.
Escolha da seção
Aspectos gerais da escolha da seção
O estudo metalográfico relaciona principalmente a estrutura íntima do
material com as suas propriedades físicas, bem como seu processo de
fabricação, podendo ser realizado por meio dos exames macrográfico
ou micrográfico. Em qualquer um desses exames, é imperioso escolher
o CP e, em seguida, a seção a ser preparada para a análise. Esse estudo
pode ser utilizado, por exemplo, para o controle de material recebido em
uma indústria ou em centro de pesquisas. Outra possibilidade é o
estudo de falhas em materiais; nesse caso, a superfície de fratura é uma
das seções a ser estudada.
Na análise metalográfica (macrografia ou micrografia), a seleção da
amostra é o passo inicial na preparação do CP. Uma regra
frequentemente utilizada é que, na análise micrográfica de peças com
grandes dimensões, inicialmente é realizado um exame macrográfico
para se avaliar o grau de homogeneidade da peça. No caso de um grau
alto, a localização da retirada do CP apresenta uma grande flexibilidade.
Já para as peças heterogêneas, é adequado haver a retirada dos CPs em
várias regiões, garantindo, com isso, a representatividade das amostras.
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Dessa forma, para que o estudo metalográfico seja satisfatório e
apresente resultados reais, sem ocultar informações importantes, a
seleção das amostras metalográficas deverá ser representativa, levando
em consideração certos aspectos.
Exemplo
Heterogeneidades, texturas, entalhes ou cordões de solda.
O primeiro passo desse estudo envolve a seleção da amostra. A imagem
a seguir mostra um conjunto de barras de aço (vergalhão) recebido por
um empresa para uso na construção civil.
Sua avaliação metalográfica pode ser realizada para garantir, por
exemplo, que o aço recebido apresente as características descritas pelo
projeto:
Superfície de fratura.
Para a análise metalográfica, por sua vez, a amostra selecionada é
obtida a partir do seccionamento transversal do vergalhão. Observe esta
representação esquemática:
Escolha da amostra.
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Em linhas gerais, a seleção da amostra pode ser representada pelo
diagrama de blocos da imagem a seguir. A sequência do diagrama (não
desenhada) refere-se à preparação do CP para análise macrográfica ou
micrográfica.
Diagrama de blocos para a seleção de amostras.
Dois aspectos auxiliam o engenheiro na escolha inicial da amostra a ser
extraída para o exame metalúrgico: forma e tamanho. Mesmo sendo
demorada e onerosa, a sequência de preparação do CP é fundamental
para uma perfeita análise metalográfica.
Por isso, a seleção da amostra (primeiro passo na preparação do CP)
deve ser a mais criteriosa possível. São observadas nessa seleção a:
Quantidade de amostras representativas
Materiais heterogêneos necessitam de mais de uma amostra
para garantir a representatividade. A quantidade de amostras
também é função do tamanho e da complexidade da peça e das
condições de serviço.
Localização
A escolha do local da peça em que haverá a extração tem de
considerar, entre outros, a existência de fraturas, vestígios de
solda, porosidades, trincas, corrosões, desgastes, rebarbas e
empenamentos.
Orientaçãodo corte
Em regra, em materiais forjados e laminados, o exame precisa
ocorrer nas duas seções (longitudinal e transversal) para que
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ocorra a visualização de inclusões não metálicas ou da estrutura
da liga metálica.
A imagem a seguir apresenta a observação da superfície de uma
amostra transversal e longitudinalmente. É possível notar aqui a grande
diferença da imagem a ser observada:
Vistas transversal e longitudinal de uma amostra.
A extração da amostra selecionada de uma peça é, via de regra,
realizada por meio de um corte com disco abrasivo (cut-off). Ele é
refrigerado para evitar mudanças microestruturais na amostra devido ao
aumento da temperatura.
A foto adiante mostra uma cortadora de disco com refrigeração líquida.
A peça a ser cortada é presa na parte interna da máquina, a saída do
líquido refrigerante é direcionada para a peça e fecha-se a tampa de
proteção. Com o disco girando, aciona-se a alavanca vagarosamente até
que o corte tenha terminado.
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Cortadora de disco.
Seções para macrogra�a
O exame metalúrgico denominado macrográfico consiste na
visualização de uma seção previamente escolhida e preparada
(lixamento e ataque químico) com a vista desarmada ou pouca
ampliação (até 50 vezes).
A partir dessa análise, tem-se uma ideia do conjunto no que se refere à:
Homogeneidade/heterogeneidade do material.
Distribuição e natureza das falhas (impurezas) quanto ao processo
de fabricação, à qualidade de juntas soldadas e à profundidade de
tratamentos térmicos, entre outras características.
A seleção da amostra pode estar previamente definida pelo solicitante
do ensaio macrográfico ou por uma norma. Excetuando-se essa
situação (seleção predefinida), no exame macrográfico, as seções
transversal e longitudinal são amplamente aplicáveis. Cada uma dessas
seções favorece a visualização de alguma característica particular.
Exemplo
Tratamento térmico, processo de fabricação, impurezas e vazios.
De acordo com Colpaert (2008), a seção transversal é a preferida no
estudo macrográfico para as seguintes situações:
 Necessidade de verificação da homogeneidade do
material.
 Caracterização da forma e da intensidade das
segregações.
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A imagem a seguir representa a macrografia da seção transversal de
uma lima, revelando a profundidade do tratamento térmico de têmpera.
A região branca corresponde à parte temperada da lima.
Lima
Ferramenta utilizada na metalurgia para remover pequenos pedaços de
material de uma peça pelo atrito.
Seção transversal de uma lima temperada.
 Avaliação de porosidades, trincas e bolhas, assim
como de dendritas, vazios e rechupes.
 Visualização e verificação do tratamento térmico de
têmpera em aços.
 Avaliação da ZTA e da zona de fusão, entre outras,
em juntas soldas.
 Verificação se um tubo é com ou sem costura.
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A visualização de “restos de vazios” ou “rechupes” em barras
conformadas a quente é possível pelo estudo da seção transversal
delas por intermédio do exame macrográfico.
Na imagem a seguir, as seções transversais (quadrada e circular) de
duas barras são visualizadas pela técnica da macrografia. Além disso,
os restos de vazios são perceptíveis.
Seção transversal de barras com “restos de vazios”. Sem ataque químico.
O corte longitudinal da amostra para o estudo macrográfico é indicado
para as seguintes situações:

Verificação do processo de fabricação da peça (fundida, forjada
ou laminada).

Presença de soldas ao longo do comprimento de barras.

Extensão de tratamentos térmicos superficiais.
A imagem a seguir apresenta, de maneira esquemática, as várias etapas
da solidificação de uma liga metálica com a representação do rechupe
(vazio) ao final da solidificação. Um estudo da situação hipotética
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apresentada é avaliado por meio da macrografia da seção longitudinal.
A segunda imagem, por sua vez, contém a macrografia da seção
longitudinal de um lingote solidificado. É possível perceber o vazio e sua
extensão na direção longitudinal:
Esquema de solidificação de um lingote evidenciando o rechupe.
Seção longitudinal de um lingote com rechupe (vazio).
A macrografia pode ser uma técnica útil para o estudo de juntas
soldadas. A imagem adiante apresenta a macrografia transversal de
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uma junta soldada. No metal base, é possível perceber as dendritas e a
zona termicamente afetada (levemente escurecida). Já no cordão da
solda é perceptível a disposição dos passes.
Seção transversal de junta soldada.
Na seleção da amostra para a macrografia, as dimensões podem
eventualmente dificultar um manejo adequado. Um artifício prático em
casos do tipo é a extração de um segmento adequado por um corte
mecânico que não altere a estrutura.
Ao final da extração, as marcas de corte podem ser removidas por
usinagem ou retífica com rebolos de esmeril. Eventualmente, um
desbaste mais grosseiro pode ser realizado em uma lixadeira de fita.
Observe a imagem a seguir.
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Lixadeira de fita.
Seções para microgra�a
Cuidados na escolha da seção para microgra�a
Em linhas gerais, a técnica micrográfica consiste na visualização em um
microscópio ótico metalúrgico (aumento de até 2.000 vezes) da seção
de um CP previamente preparado, isto é, com uma superfície plana
polida, espelhada e atacada quimicamente.
Com essa técnica, é possível:
1. Identificar as fases presentes no material.
2. Quantificar o tamanho de grão.
3. Avaliar o teor aproximado de carbono no aço (aços hipoeutetoides,
eutetoides e hipereutetoides), a quantidade e a distribuição de
certas inclusões.
Veja nas imagens a seguir as micrografias de aços hipoeutetoides
(porcentagem em peso de carbono menor que 0,77), eutetoides (igual a
0,77) e hipereutetoides (maior que 0,77) resfriados lentamente a partir
do campo austenítico (λ) do diagrama de ferro carbono:
Aço hipoeutetoide. Ataque: Nital. 200 vezes.
Essa imagem apresenta uma micrografia de um aço
hipoeutetoide em que as regiões brancas são de ferrita e as
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escuras, de perlita (região lamelar de ferrita e cementita -
Fe3C).
Aço eutetoide. Ataque: Nital.
Aqui, (aço eutetoide), a fotomicrografia revela a estrutura
lamelar conhecida como perlita.
Aço hipereutetoide (1,4% C). Aumento de 1.000 vezes.
Por fim, essa imagem contém a fotomicrografia de um aço
hipereutetoide com 1,4% de carbono em peso. Aqui é possível
visualizar a cementita (Fe3C), e a perlita.
Cuidados na escolha da seção para microgra�a
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No estudo micrográfico por meio do microscópio metalúrgico, apenas
uma região muito pequena da peça, em geral, é examinada. Dessa
forma, a escolha da região deve ser representativa da peça. Essa
questão se tornará preponderante em decorrência de seus materiais
serem raramente homogêneos e isotrópicos. A escolha da seção (ou
das seções)para o estudo micrográfico poderá ser antecedida pelo
exame macroscópico a fim de auxiliar nessa etapa inicial de preparação
do CP.
Segundo Colpaert (2008), para exames macrográficos homogêneos, a
seção a ser estudada micrograficamente poderá ter qualquer
localização. Porém, para as superfícies heterogêneas, é conveniente
escolher alguns corpos de provas.
Exame macroscópico
Vista desarmada ou pequenos aumentos.
Atenção
Em materiais forjados ou laminados, convém examinar as secções
longitudinais e transversais, pois o corte depende do que desejamos
observar, isto é, as inclusões não metálicas ou a estrutura da liga
metálica.
Da mesma maneira que ocorre na extração de corpos de provas para a
macrografia, a extração do CP para a micrografia é realizada graças a
uma cortadora a disco refrigerada para que possa evitar mudanças
microestruturais na amostra devido ao aumento local de temperatura.
Por conta do atrito entre a peça e o disco abrasivo da cortadora, a
operação de corte eleva a temperatura, podendo gerar alterações
microestruturais (conclusões erradas na análise). Isso justifica a
refrigeração da cortadora.
Em termos práticos, uma força insuficiente ou excessiva do disco sobre
a amostra gera problemas na operação. A insuficiente resulta em fricção
inútil, enquanto a excessiva pode levar à quebra dele.
A escolha do disco se dá em função da dureza do material a ser
cortado. Via de regra, para materiais macios de baixo carbono, são
utilizados discos com alta dureza (em torno de 40HRC). Para os duros,
utilizam-se discos com dureza baixa, pois o desgaste do disco repõe
novas áreas superficiais para o corte.
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Além do corte em disco abrasivo, a serra manual ou a eletroerosão pode
ser utilizada para a extração do CP. Terminada a etapa do corte, a
amostra deverá ser limpa e seca a fim de eliminar os resíduos abrasivos
e os lubrificantes.
Cortadora a disco refrigerada
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Um formando do curso de Engenharia precisa realizar uma análise
metalográfica em uma peça de aço cujo processo de fabricação é o
de fundição. Inicialmente, existe a necessidade de descobrir se há
uma presença de vazios em dada seção da peça. O primeiro passo
é fazer a seleção da amostra a ser estudada.
Indique a opção que apresenta corretamente a seção escolhida
para o corte da amostra.
A Seção transversal ao molde de fundição.
B Seção longitudinal ao molde.
C Seção oblíqua de 450 ao molde de fundição.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A técnica macrográfica possibilita a verificação de vazios ou
rechupes do processo de fabricação denominado fundição. Um
seccionamento transversal pode não atingir um vazio, levando
consequentemente a inferências erradas. O corte longitudinal é o
mais apropriado para uma análise macrográfica e para a
identificação de eventuais rechupes ou vazios.
Questão 2
No processo de análise metalográfico, o passo inicial é selecionar a
amostra para o preparo do corpo de provas e, em seguida, para a
análise por meio de estereoscópio ou microscópio ótico. A
separação dessa amostra é realizada por um disco abrasivo. Nessa
etapa, deve-se garantir que a estrutura não seja modificada. Por
isso, o corte é realizado
D Os vazios decorrentes da fundição não são
observados por microscopia.
E
Seção transversal ou longitudinal, desde que ocorra
um ataque químico.
A
em um disco abrasivo de material com dureza
similar à da peça.
B
em rotações muito baixas a fim de se garantir que a
temperatura seja a ambiente.
C
em rotações elevadas para se garantir o menor
tempo possível para essa etapa.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
O atrito entre o disco abrasivo e a peça eleva a temperatura local, o
que pode modificar a estrutura na seção a ser analisada. A
temperatura é mantida em patamares que evitam tal mudança,
utilizando-se um líquido refrigerante durante o corte da amostra.
4 - Preparo de corpos de prova para macrogra�a e microgra�a
Reconhecer o preparo de corpos de prova para macrogra�a e microgra�a.
D
com a presença de líquido lubrificante para evitar o
aumento de temperatura local.
E seguido do tratamento térmico de normalização.

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Preparo de corpos de prova para
macrogra�a e microgra�a
Agora, elencaremos as etapas de preparação da superfície de um corpo
de provas para as análises metalográficas denominadas macrografia e
micrografia.
Preparação do corpo de prova
Preparo de corpos de prova para macrogra�a e microgra�a
Aspectos gerais da preparação do corpo de prova
Na Engenharia, o ramo denominado metalografia consiste, em linhas
gerais, na preparação adequada da superfície de um corpo de prova
(CP) a partir de uma peça para o estudo macrográfico (com aumento de
até 50 vezes) ou micrográfico (aumento útil de até 2.000 vezes). Esse
procedimento de preparação da amostra para análise (macrográfica ou
micrográfica) é chamado de preparação metalográfica. A etapa de
preparação do CP envolve uma série de passos igualmente importantes.
A lista a seguir mostra resumidamente as principais etapas de
preparação da superfície do CP:
Seleção da amostra.
Escolha da localização da secção a ser estudada (seccionamento
da amostra em um plano transversal ou longitudinal, expondo a
superfície de estudo).
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Embutimento do CP – etapa opcional (útil para CPs com pequenas
dimensões) em que o CP é envolvido em resina, podendo ser a
quente ou a frio. Apenas a superfície de estudo fica descoberta.
Lixamento da seção do CP em uma série de lixas de carbeto de
silício.
Polimento em abrasivos de alumina, pasta de diamante ou sílica-
gel para a obtenção de superfície especular.
Limpeza com mistura de água e álcool e posterior secagem
(secador de cabelos).
Ataque da superfície por um reagente químico adequado.
Limpeza com mistura de água e álcool e posterior secagem
(secador de cabelos).
Exame em estereoscópio/microscópio ótico para a observação da
estrutura, defeitos e texturas, entre outros exemplos.
As imagens a seguir apresentam duas seções preparadas
respectivamente para a observação no microscópio. A primeira inclui
uma macrografia de um pino metálico endurecido pelo tratamento
superficial de têmpera (aquecimento por indução) com reativo de iodo,
enquanto a segunda se trata de uma micrografia de um aço fundido,
temperado e revenido com ataque do reativo Nital 2% em que se
evidencia uma inclusão de óxido.
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Seção transversal de pino com têmpera superficial. Ataque: iodo.
Inclusão não-metálica em aço. Ataque: Nital 2%.
Apesar de elementares, os passos do processo de preparação das
amostras não são simples. Esses passos, na verdade, são importantes
para o resultado final da análise metalografia. Cada etapa da preparação
do CP precisa ser realizada com todas as preocupações a fim de se
evitar erros. Uma etapa relativamente simples, mas que pode levar a
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uma superfície com defeitos se observada no microscópio, é a lavagem
ou secagem após o ataque químico da superfície.
Exemplo
O ataque pode ser realizado com um chumaço de algodão embebido no
reagente químico e posto em contato com a superfície. Após alguns
segundos, o CP é lavado e secado. Nesse processo, pode ocorrer a
permanência de pequenas fibras de algodão por uma lavagem/secagem
não satisfatória. A demora entre a etapa do ataque químico e a lavagem
posterior pode ocasionar uma reação química excessiva, dificultando a
visualização no microscópio (“amostra queimada”). A secagem
ineficiente, em regra, leva a manchas de secagem que interferem na
visualização da seção plana e polida do CP.
A imagem a seguir contém uma micrografia que evidencia problemas na
preparação do CP (presença de fibras de algodão e partículas de poeira)
de uma seção polida:
Defeito de preparação do CP (fibras de algodão).
Corpo de prova para macrogra�a
Preparação do corpo de prova para macrogra�a
No exame macrográfico, a seção será examinada com a vista
desarmada ou com ampliação (de até 50 vezes). Para tanto, vários
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passos deverão ser dados a fim de que a superfície examinada seja
plana.
A macrografia possibilita, entre outros exemplos, a avaliação da
homogeneidade do material, a distribuição e natureza das falhas e
impurezas e o estudo do processo de fabricação.
Em linhas gerais, as seguintes etapas precisam ser seguidas para a
preparação do CP:

Escolha da seção a ser estudada.

Preparação de superfície plana e polida.

Ataque da superfície com reagente químico da seção.
Seleção da seção de estudo
As seções mais usuais em macrografia são a transversal e a
longitudinal. A imagem a seguir representa, de maneira esquemática,
um cilindro metálico e duas seções para estudo:
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Seção transversal (a_a) (um círculo).
Seção longitudinal (b_b) (um retângulo).
Como regra prática, pode-se dizer que o seccionamento transversal é a
escolha que se dá nas seguintes situações:
Verificação da homogeneidade do material.
Estudo de porosidade, trincas, bolhas e segregação.
Caracterização de dendritas (fundição).
Verificação da zona termicamente afetada (ZTA) no processo de
soldagem de metais.
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O corte longitudinal é escolhido, entre outras possibilidades, na
verificação do processamento do material (fundição, forjamento e
laminação) e na presença de soldas em barras, vergalhões e arames.
Corte do corpo de provas (CP)
A separação do CP da peça pode ser realizada por meio de um cortador
com disco abrasivo e sistema de refrigeração (líquido refrigerante). A
refrigeração da seção é fundamental para se evitar a mudança estrutural
em decorrência do aumento de temperatura.
A imagem seguir apresenta um exemplo de cortadora de disco (cut-off):
Cortadora de disco.
Embutimento do corpo de prova
O embutimento é realizado para facilitar o manuseio de peças com
pequenas dimensões, evitando-se, por exemplo, danos às lixas e o
abaulamento da superfície. Ele consiste em circundar a amostra com
resina, sendo o processo realizado a quente ou a frio a depender da
amostra.
Veja um exemplo de prensa utilizada para o embutimento do CP:
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Prensa para embutimento.
Atenção
A etapa do embutimento é opcional.
Lixamento da superfície de estudo
O lixamento é realizado em um conjunto de lixas de carbeto de silício
com o objetivo de se alcançar uma superfície plana. Em geral, a
sequência de lixas utilizada é 100, 220 e 320.
Inicia-se o lixamento em uma direção perpendicular aos riscos
provocados na etapa de corte do CP. A cada nova lixa uma rotação de
90° é dada à direção do lixamento.
100, 220 e 320
Os números são um indicativo da granulometria da lixa. Valores baixos
indicam lixas grossa, ou seja, os maiores são os grãos abrasivos.
Dica
O atrito entre a superfície e as lixas aumenta a temperatura localmente,
o que pode implicar uma mudança estrutural do material nesse local.
Dessa forma, utiliza-se água corrente, a qual, além de refrigerar a peça,
elimina os resíduos do lixamento.
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Cuidados devem ser tomados para não arredondar as arestas do CP. Ao
fim dessa etapa, a superfície tem de ser limpa e seca.
Como afirma Colpaert (2008), após a preparação do CP, já é possível
observar a superfície (sem ataque químico) no microscópio,
identificando vazios, trincas e grandes inclusões, por exemplo, e
avaliando a “qualidade” da preparação da superfície do CP.
Ataque químico da superfície de estudo
A última etapa de preparação da superfície é seu ataque químico. As
diferentes regiões da superfície se apresentam com intensidades
distintas ao final do ataque (composição e estrutura cristalina).
De maneira simplificada, o ataque químico pode ser realizado por uma
imersão da superfície no reativo ou pela aplicação do reativo por meio
de um chumaço de algodão ou impressão de Baumann (avaliação de
sulfetos).
Os principais reagentes, entre outros, são:

Reativo de iodo.

Reativo de Heyn.

Reativo de Fry.
Corpo de prova para microgra�a
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Preparação do corpo de prova para microgra�a
A técnica de observação e caracterização denominada micrografia é a
observação de uma superfície em um microscópio metalúrgico a partir
da reflexão da luz visível.
Observe a iluminação do microscópio metalúrgico:
Sistema de iluminação de microscópio metalúrgico.
Escolha da superfície a ser estudada
A primeira etapa do estudo micrográfico é a escolha da superfície. Isso
pode depender, por exemplo, da homogeneidade ou não do material e do
tipo de processamento.
A imagem a seguir possui três superfícies micrográficas de um “ferro
forjado”. As seções transversal e longitudinal apresentam aspectos
distintos. Na direção do forjamento, por exemplo, as inclusões não
metálicas se apresentam de forma alongada.
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Superfícies micrográficas de “ferro forjado”.
Obtenção de superfície plana e polida
Efetuada a escolha da seção, é feita a separação do CP por meio de
corte com cortadora de disco e serra, entre outros itens. Ao fim dessa
etapa, a superfície apresentará alta rugosidade e vários riscos inerentes
ao processo.
Em função das dimensões do CP, será necessário realizar seu
embutimento em resina. Além de facilitar o manuseio desse corpo nas
etapas subsequentes, o embutimento preserva as arestas do CP (evita o
“abaulamento) e pode ser a frio (resina acrílica) ou a quente (resina
fenólica).
O lixamento é o atrito da superfície com um abrasivo. Devido ao
aumento da temperatura local (o que pode provocar alterações na
estrutura), ele é feito com água.
Abrasivo
Lixas de carbeto de silício.
Além disso, a água corrente elimina os resíduos provenientes do
lixamento. As lixas são numeradas (100, 320 etc.); quanto maior o
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número, mais refinada é a lixa. Uma sequência frequente para o
lixamento é o uso das lixas 100, 240, 320, 420, 600 e 1.200.
A imagem a seguir possui uma lixadeiraautomática. Nesse tipo de
lixadeira, um disco com a lixa adequada gira, enquanto o CP é mantido
pressionado e a água o refrigera.
Lixadeira automática.
Um aspecto prático do lixamento é que, a cada troca de lixa, o CP deverá
ser limpo e uma rotação de 90° efetuada para que a lixa subsequente
“retire” os arranhões provocados anteriormente. A figura a seguir
apresenta a rotação no CP.
Técnica de lixamento.
Após o lixamento, a superfície é polida para a obtenção de uma
superfície plana, reflexiva e livre de arranhões. Esse processo é realizado
em um feltro circular com os seguintes abrasivos: alumina, pasta de
diamante ou sílica coloidal.
Ao alcançar uma superfície com aspecto especular, já é possível a
visualização de porosidades, trincas, inclusões etc. Nesse ponto, a
superfície está pronta para a última etapa da preparação: o ataque
químico.
A imagem a seguir apresenta uma politriz automática:
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Politriz automática.
Em certas situações, o ataque químico não ocorre imediatamente após
o término do polimento. Para se evitar uma corrosão na superfície pela
presença de vapor d’água, são utilizados dissecadores em que o
processo é feito a “vácuo” e no qual existe sílica-gel.
Ataque químico da superfície plana e polida
O preparo do CP até o polimento leva a uma superfície plana e
especular, porém sem contrastes entre as microestruturas. O ataque
químico evidencia os contornos de grão (alta reatividade química), as
fases, as inclusões etc.
Observe nesta imagem a micrografia de aço com 0,5%C e ataque de
Nital 2%. Podem ser visualizadas nela a perlita e a ferrita proeutetoide:
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Micrografia de aço AISI 1050. Ataque: Nital 2%.
Vários reagentes químicos são utilizados no ataque micrográfico. A
escolha deles dependerá do material e de que pontos específicos da
estrutura serão abordados.
Listaremos a seguir alguns reagentes usuais:
 Nital (1% a 5%):
Ácido nítrico e etanol.
 Picral (4%):
Ácido pícrico e etanol.
 Klemm:
Solução aquosa de tiossulfato de sódio.
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 Vilela:
Ácido pícrico, ácido clorídrico e etanol.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(IF-SP - professor - Mecânica - Automação) Nos ensaios
metalográficos, algumas vezes, é necessário embutir a amostra. O
procedimento de embutimento é indicado principalmente para
Parabéns! A alternativa C está correta.
O embutimento é o preenchimento, a frio ou a quente, do corpo de
prova com resina a ser preparado para análise no microscópio. Sua
função é facilitar as etapas de lixamento e polimento quando o CP
A ensaiar amostras de metais não ferrosos.
B
revelar a existência de inclusões não metálicas nos
aços.
C
facilitar o manuseio de amostras metalográficas de
pequenas dimensões.
D
ensaiar aços endurecidos por têmpera ou
cementação.
E
permitir o ensaio macrográfico em amostras de
grandes dimensões.
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apresenta pequenas dimensões. Com isso, o embutimento justifica-
se pela geometria do CP, e não pela sua composição.
Questão 2
No processo de preparação de corpos de prova para análise
micrográfica, há várias etapas – entre as quais, o lixamento. Em
linhas gerais, essa etapa torna a superfície de estudo plana e sem
riscos. A respeito da etapa de lixamento, são feitas as seguintes
afirmações:
I. As lixas utilizadas são, via de regra, de carbeto de silício e
apresentam uma numeração que se relaciona com a granulometria
da lixa.
II. No processo de lixamento, utiliza-se um disco giratório com
frequência de rotação extremamente baixa para garantir que não
ocorra um superaquecimento do CP.
III. A sequência usual das lixas na etapa de lixamento é 1.200, 600,
420, 320 e 100.
Escolha a opção com a(s) afirmação(ões) correta(s):
Parabéns! A alternativa B está correta.
A I e III.
B I e II.
C II e III.
D III.
E I, II e III.
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É usual utilizar lixas de carbeto de silício (SiC) na etapa de
lixamento do corpo de prova (CP). As lixas apresentam
identificação por uma numeração que se associa à granulometria
(tamanho dos grãos). Quanto maior o número da lixa, menor a
granulometria. Por isso, a sequência usual é a das lixas de menor
para as de maior número (100, 220, 320, 420, 600 e 1.200). No
lixamento, o atrito entre a lixa e a superfície do CP eleva a
temperatura localmente, o que pode alterar a estrutura do material.
Por isso, existe a necessidade do uso de um refrigerante; em geral,
água.
Considerações �nais
Abordamos neste conteúdo os principais aspectos da metalografia de
materiais ferrosos (aços e ferros fundidos). Inicialmente, falamos sobre
as metalografias qualitativa e quantitativa, destacando a determinação
do número de grãos por polegada quadrada de acordo com a norma
ASTM E112.
Na sequência, versamos sobre a microscopia ótica – em particular, os
microscópios metalúrgico e estereoscópico. Também definimos os
parâmetros amplitude, resolução e contraste. Apresentamos os
principais sistemas que compõem um microscópio metalúrgico, como,
por exemplo, o mecânico, o de iluminação e o de magnificância. Ainda
explicamos a formação da imagem estereoscópica e as aplicações do
microscópio estereoscópico.
Por fim, discutimos as várias etapas de preparação de um corpo de
prova (CP) para o estudo da macrografia e micrografia. Nesse contexto,
descrevemos a seleção da amostra (seções longitudinal e transversal),
o embutimento, o lixamento, o polimento e o ataque químico.
Em cada uma dessas etapas, revelamos aspectos práticos que
contribuem para uma melhor preparação do CP. Também mostramos
algumas macrografias (aço cementado e vazios de fundição) e
micrografias (aços hipoeutetoides, eutetoides e hipereutetoide e ferro
fundido cinzento).
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Podcast
Agora, o especialista Julio Cesar encerra o conteúdo falando sobre os
principais tópicos abordados.
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metalográfica quantitativa. Ele está disponível para download na
internet.
Referências
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais:
uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7. ed. São Paulo: Associação
Brasileira de Metais, 2015.
COLPAERT, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 4. ed.
São Paulo: Edgard Blucher, 2008.
MANNHEIMER, V. A. Microscopia dos materiais: uma introdução. Rio de
Janeiro: SBMM, 2002.
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MELLO, C. C. de S. Aerofotogrametria com VANT: aplicações no
monitoramento operacional de aterros sanitários. Programa de Pós-
Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos. Belo
Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais, 2020.
NUNES, J. G. Metalografia. 1. ed. Curitiba: CRV, 2020.
PADILHA, A. F.; AMBROZIO FILHO, F. Técnicas de análise
microestrutural. Curitiba: Hemus, 2004.
VILLAS BÔAS, N.; DOCA, R. H.; BISCUOLA, G. J. Tópicos de Física. v. 2.
19. ed. São Paulo: Saraiva,2012.
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