Tema 6 - Análise de superfícies de fratura

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Análise de superfícies de fratura
Prof. Julio Cesar José Rodrigues Junior
Descrição
Apresentação e discussão dos principais instrumentos de aumento para
a análise de superfícies de fratura, ou seja, os microscópios
estereoscópicos, eletrônico de varredura e eletrônico de transmissão,
além das imagens das superfícies de fratura.
Propósito
O fenômeno da falha de componentes mecânicos ou de estruturas é um
ponto de destaque na atuação profissional do engenheiro. O estudo da
superfície, por meio de técnicas como as microscopias óptica e
eletrônica, pode dar causa à falha, revelando problemas desde o projeto
até a seleção dos materiais envolvidos. É importante que os futuros
engenheiros sejam capazes de, a partir da fratura, entender e solucionar
eventuais problemas.
Objetivos
Módulo 1
Ensaios não destrutivos e a análise visual
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Reconhecer os ensaios não destrutivos e a análise visual.
Módulo 2
Microscopia óptica
Analisar a microscopia óptica.
Módulo 3
Microscopia eletrônica de varredura
Analisar a microscopia eletrônica de varredura.
Módulo 4
Microscopia eletrônica de transmissão
Analisar a microscopia eletrônica de transmissão.
Introdução
Olá! Antes de começarmos, assista ao vídeo e conheça as
principais técnicas para análise de superfícies de fraturas.

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1 - Ensaios não destrutivos e a análise visual
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os ensaios não destrutivos e a análise
visual.
Vamos começar!
Ensaios não destrutivos e análise
visual
Conheça a técnica da análise visual no estudo de superfícies de fratura
e seus principais instrumentos.

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Aspectos gerais das fraturas em
materiais
Na Engenharia, a grande maioria de falhas ocorre devido à fratura de
componentes. Por isso, seu estudo, seu entendimento das causas e
suas eventuais sugestões de correção são de fundamental importância
para o engenheiro.
Na prática, a falha pode ser uma combinação de fatores, por exemplo, a
corrosão sob fadiga ou corrosão sob tensão. A literatura apresenta
quatro grandes grupos de fenômenos que podem levar um componente
ou estrutura a falhar:
No caso da fratura, ocorre a separação do componente em duas ou
mais peças quando em serviço, sob dada condição de carregamento,
originando as superfícies de fratura e revelando uma série de
informações que, em tese, define a causa da falha, que pode ser por um
erro na seleção do material, por defeitos nos materiais, por uso indevido
em serviço, por desvios dos projetos etc.
 Distorção
 Fratura
 Corrosão
 Desgaste
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A fractografia (estudo da superfície de fratura) é a análise da superfície
de fratura em que o estudo do seu aspecto, por meio de inspeção visual
ou com o auxílio de microscópios (ópticos ou eletrônicos), é relacionado
às possíveis causas da fratura. Ensaios complementares podem ser
necessários, como:
Ensaios mecânicos destrutivos
Dureza
Ensaios não destrutivos (END)
Líquidos penetrantes (LP)
Fratura e seus aspectos
O mecanismo da fratura é bem complexo e depende da uma série de
variáveis, como carregamento mecânico, descontinuidades, temperatura
de trabalho, ambiente corrosivo etc.
De maneira genérica, ocorre a nucleação de uma trinca
e sua posterior propagação, culminando na falha por
fratura do componente ou da estrutura.
Didaticamente, podemos dividir as fraturas em metais em dois grandes
grupos. Vamos lá!
Fratura frágil
É quando ocorre pouca ou nenhuma deformação plástica. Ainda pode
ser dividida em dois grupos. As imagens a seguir, realizadas em
microscópio eletrônico de varredura (MEV), apresentam as superfícies
de fratura.
Clivagem
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Ocorre a separação dos planos cristalinos pela quebra das
ligações atômicas.
Decoesão
Ocorre a separação dos grãos cristalinos da estrutura do
material, normalmente associada à fragilização dos contornos de
grão.
Fratura dúctil
Neste caso, ocorre apreciável deformação plástica antes da fratura. Em
resumo, microporos são nucleados durante a ação da carga externa no
componente, coalescem e transformam-se num defeito maior que
culmina com a fratura.
A imagem a seguir apresenta a superfície de fratura dúctil, evidenciando
os dimples (microcavidades com aspecto “rugoso”), típicos da fratura
dúctil.
Superfície de uma fratura dúctil típica, com a presença de dimples.
A próxima imagem apresenta a fratura dúctil denominada “taça-cone”
devido à semelhança com esses dois objetos em cada uma das partes
do corpo de prova (CP) fraturado no ensaio de tração uniaxial.
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Fratura dúctil “taça-cone” de um CP em tração uniaxial.
Análise visual de superfícies de
fratura
A fractografia apresenta uma sequência de etapas que se adéqua,
em geral, ao estudo de todos os tipos de fraturas. Cabe ressaltar que
a correta seleção e a preservação da superfície da fratura são
fundamentais para garantir evidências da origem da fratura.
Atenção!
É comum, para leigos, tentar juntar as duas superfícies de fratura. Essa
ação não deve ser feita, em hipótese alguma, até que registros
fotográficos e exames de inspeção visual sejam realizados. Outras
ações simples devem ser evitadas para preservar as superfícies de
fratura e as informações, por exemplo, não tocar as superfícies, não
executar a limpeza, evitar danos mecânicos etc.
Nos momentos iniciais, deve se garantir que a superfície de fratura em
análise seja a mesma da ocorrência de fratura. Um exemplo na literatura
e que ratifica o texto anterior é a presença de traços de tintas na
superfície de fratura. É uma indicação de que a peça já apresentava
defeitos superficiais que permitiram a “entrada” da tinta. No caso de
alguma limpeza, o traço de tinta pode ser retirado e assim uma
informação importante foi perdida para análise da causa da fratura.
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Os materiais que fraturam devido ao fenômeno da fadiga, em geral,
apresentam pequenas trincas superficiais que servem como
concentradores de tensão para a falha. A limpeza e a retirada do traço
de tinta podem dificultar na solução da causa da falha, nesse caso.
A análise visual preliminar de uma superfície de fratura
deve ser realizada, pois é possível a identificação da
localização da origem da fratura, do tipo de fratura, do
local de nucleação de trincas em concentradores de
tensão etc. Essa análise pode ser realizada com baixa
ou alta ampliação da superfície.
De acordo com Cassio (2021), a análise visual, além de identificar a
localização da origem da fratura, pode identificar elementos que
contribuíram para a nucleação da trinca, como soldas, revestimentos
oriundos dos tratamentos de cementação ou de têmpera etc.
A inspeção visual (análise visual) da superfície de fratura pode ser
realizada pela vista desarmada, por meio de lupas de pequenos
aumentos ou microscópios estereoscópicos. Veja:
Corte transversal do bulbo do olho humano.
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Lupas de pequeno aumento.
Exemplo de estereoscópio comercial.
Você deveestar imaginando que uma análise fractográfica necessite de
instrumentos sofisticados, mas isso não é necessariamente verdade.
Como vimos, instrumentos simples podem trazer muitas informações
sobre a causa da fratura, até mesmo dar uma resposta final. A fratura
por fadiga apresenta um aspecto muito característico que, mesmo à
vista desarmada, pode ser visualizado.
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As regiões de “marcas de praia” (arcos de circunferência concêntricos
“voltados” para a origem da fratura) são típicas dessa fratura (região de
propagação lenta da trinca) e com visualização sem aumentos
significantes. A região de propagação instável da trinca também é
visível. Observe a superfície de fratura de um componente que falhou
devido à fratura por fadiga.
Superfície de fratura por fadiga.
Outra superfície de fratura, tipicamente decorrente do fenômeno de
fadiga, é apresentada na imagem a seguir, em que um eixo da roda de
um trem, ainda preso à roda, fraturou.
Falha por fadiga de eixo ferroviário forjado.
Na imagem anterior, a seta indica o ponto em que se iniciou a falha.
Além disso, são visíveis as regiões com as “marcas de praia” e de
crescimento instável da trinca.
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Ainda apresentando imagens macrográficas de superfícies de fratura,
vemos abaixo uma peça automotiva, sob duas vistas distintas, que
fraturou de maneira frágil. É possível notar, em ambas as imagens, o
ponto A, que é o início do processo de fratura, e as marcas radiais,
típicas de fraturas frágeis.
Aspecto macrográfico de fratura frágil – vista em perspectiva.
Aspecto macrográfico de fratura frágil – vista frontal.
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De acordo com Cassio (2021), as marcas radiais divergem a partir do
local onde se iniciou a fratura frágil (instável) e podem ser observadas
em microscópios estereoscópicos, sendo mais ou menos grosseiras,
dependendo do material e das condições de serviço (ou ensaio).
Ensaios não destrutivos
Formalmente, os ensaios não destrutivos (END) são técnicas aplicadas
em peças acabadas que, depois da inspeção, podem ser colocadas em
uso ou substituídas. É uma forma de controle de qualidade do processo,
como acontece em soldas estruturais.
Outra possibilidade de aplicação é para a análise de peças fraturadas.
Nesse caso, informações adicionais podem servir de subsídios para
auxiliar na identificação de possíveis causas para a fratura de um
componente mecânico.
Principais tipos de ensaios não destrutivos
A engenharia utiliza vários ensaios não destrutivos (END) como controle
de qualidade de peças acabadas e, por vezes, de fundamental
importância em uma investigação de falha de um componente.
Ensaio por líquidos penetrantes (LP)
De maneira bem resumida, esse ensaio é apropriado para a detecção de
pequenas fissuras superficiais não detectáveis na inspeção visual de
materiais ferromagnéticos ou não. É feito da seguinte forma:
1
Um líquido vermelho é colocado
sobre a superfície a ser
ensaiada.
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Ensaio por ultrassom
Nesse ensaio, um transdutor emite uma onda com frequência
ultrassônica (acima de 20 kHz) para o interior de um componente.
Ocorre a interação com defeitos internos e a consequente reflexão da
onda, que é recebida no transdutor, e se faz a interpretação do tipo de
defeito (bolhas, vazios etc.). A imagem a seguir apresenta um
equipamento típico para a inspeção por ultrassom. Observe o transdutor
e o monitor para análise.
2
Após certo tempo, o líquido
vermelho é removido da
superfície ensaiada.
3
Um pó (denominado “revelador”)
auxilia na detecção visual dos
defeitos.
4
Trincas superficiais evidenciadas
pela cor do LP (vermelho).
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Equipamento para inspeção por ultrassom.
Outros ensaios não destrutivos podem ser citados: por raios X,
correntes parasitas, partículas magnéticas etc.
Atenção!
Os ensaios não destrutivos devem ser utilizados criteriosamente, pois
podem afetar a superfície de fratura. Por exemplo, os ensaios de
líquidos penetrantes, em tese, devem ser realizados sobre uma
superfície limpa, o que pode eliminar informações (pela limpeza) e
afetar a análise a respeito do tipo de fratura que ocasionou o evento de
falha. Além disso, os líquidos penetrantes utilizados no ensaio podem
agir quimicamente sobre eventuais defeitos e levar a interpretações
errôneas.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(CESGRANRIO – 2011 – Petrobras – Engenheiro de Equipamento
Júnior – Inspeção). A classificação entre fraturas frágil e dúctil
baseia-se na habilidade de o material apresentar deformação
plástica substancial, com grande absorção de energia antes da
fratura. Sobre a fratura frágil, analise as afirmativas a seguir.
I. Está relacionada à propagação de trincas e apresenta
superfície sem grandes deformações plásticas aparentes, ao
contrário da fratura dúctil, que apresenta superfície
característica em forma de taça e cone.
II. Pode ser analisada por exame microscópio (MEV), denominado
fractografia para observar as microcavidades esféricas
remanescentes.
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III. É possível avaliar a fratura nos contornos dos grãos quando
apresenta forma transgranular.
Está correto o que se afirma
Parabéns! A alternativa A está correta.
Uma possível separação didática no estudo da fractografia é dividir
a fratura em duas classes: frágil e dúctil. Várias são as
características específicas de cada uma, mas, como primeira etapa,
é importante destacar a deformação plástica associada à falha. No
caso da fratura frágil, pouco ou nenhuma deformação plástica
ocorre antes de o corpo fraturar. Já no caso de fraturas dúcteis, a
fratura é precedida de apreciável deformação plástica. A
fractografia de uma superfície de um componente metálico que
fraturou de maneira dúctil apresenta os dimples. As fraturas em que
as trincas “caminham” pelos contornos dos grãos são denominadas
intergranulares e, através dos grãos, transgranulares.
Questão 2
As falhas na engenharia mecânica podem ser originadas por
fraturas, distorção, corrosão etc. A maioria das falhas decorre de
fraturas de componentes ou estruturas mecânicas. O estudo das
superfícies de fratura – a fractografia –, permite entender a causa
do problema, indicando soluções que evitem futuras falhas no
componente. Algumas superfícies de fratura apresentam aspecto
visual característico, por exemplo, as “marcas de praia”, em fraturas
A apenas na alternativa I.
B apenas na alternativa II.
C apenas na alternativa III.
D nas alternativas I e II.
E nas alternativas I e III.
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por fadigas. A figura a seguir apresenta a macrografia de um eixo
fraturado em serviço.
Parabéns! A alternativa C está correta.
A fadiga é um fenômeno em que componentes sujeitos a tensões
cíclicas podem vir a fraturar, mesmo sob condições de valores
menores que o da tensão de escoamento (estática). A fratura por
fadiga tem início a partir de pequenos defeitos nas superfícies que
vão se propagando de maneira estável. Depois de atingido
determinado valor, a trinca se propaga instavelmente. Na imagemA Trata-se de uma fratura dúctil, do tipo “taça-cone”.
B
Trata-se de uma fratura dúctil, pois existe uma
região em que a trinca tem propagação instável,
típica dessa fratura.
C
Trata-se de uma fratura com origem no fenômeno
da fadiga com as regiões características, dentre as
quais, a de propagação estável da trinca com o
aspecto de “marcas de praia”.
D
Trata-se de uma fratura originária pelo fenômeno da
fluência com as regiões características, referentes
aos três estágios da fluência.
E
Trata-se de uma fratura tipicamente frágil, uma vez
que as regiões destacadas apresentam nenhuma ou
pouca deformação plástica.
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do enunciado, as “marcas de praia”, patentes na superfície de
fratura por fratura, caracterizam a etapa de propagação lenta.
2 - Microscopia óptica
Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar a microscopia óptica.
Vamos começar!
A microscopia óptica na análise de
superfícies de fratura
Conheça a técnica da análise óptica no estudo de superfícies de fratura.

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Aspectos gerais da microscopia
óptica
Os equipamentos que possibilitam o aumento de superfícies, bem como
sua utilização, são amplamente usados no estudo de materiais. Um
desses equipamentos é o microscópio óptico metalúrgico.
Microscópio metalúrgico (metalográfico).
Aqui temos um modelo de um microscópio óptico ou fotônico. Observe
o par de lentes oculares (próximas aos olhos do observador); o
“revólver” de lentes objetivas (próximas da amostra a ser analisada); o
porta-amostras; a fonte de luz etc.
É possível concluir que o microscópio é um instrumento constituído por
dois sistemas de lentes delgadas (convergentes) e que, a partir da fonte
de luz (visível), ocorre a reflexão da luz na superfície especular do corpo
de prova (CP).
Dessa maneira, 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).
Agora, veja um esboço da formação da imagem a partir das lentes
ocular e objetiva:
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Formação de imagem no sistema de lentes ocular e objetiva.
A partir de conceitos básicos da óptica geométrica, é possível mostrar
que o aumento proporcionado por um microscópio é determinado a
partir da magnificação das lentes oculares e objetivas que estão sendo
utilizadas.
Supondo que o aumento proporcionado pela lente ocular seja dado por
 e pela objetiva, o aumento resultante será
calculador pela seguinte expressão:
Para exemplificar, suponha que um microscópio metalúrgico possua um
par de lentes oculares com aumento de 10 X e um revólver com quatro
lentes objetivas de aumentos de 10, 20, 40 e 50 X. Nesse microscópio,
qual o aumento proporcionado quando é utilizada a objetiva de 50 X?
Como o aumento do microscópio é dado pelo produto dos aumentos
proporcionados pelo conjunto de lentes objetiva e ocular em uso, temos
que:
A microscopia óptica (MO) é uma técnica muito eficiente para a
caracterização de ligas metálicas, sendo possível identificar os grãos
cristalinos, as fases e os microconstituintes, a textura, as inclusões, os
defeitos etc. que podem informar a respeito de propriedades mecânicas
e dos processos de fabricação.
Aocular Aobjetiva, Amicroscópio
Amicroscópio  = Aobjetiva  ⋅ Aocular 
Amicroscópio  = Aobjetiva  ⋅ Aocular 
Amicroscópio  = 50 ⋅ 10
Amicroscópio  = 500X
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Outra possibilidade de aplicação da técnica é na fractografia, o estudo
da superfície de fratura de um componente. Junto com outras técnicas,
a visualização no microscópio óptico pode dar respostas sobre as
causas de uma fratura. Dois tipos de microscópios podem ser
utilizados:
Microscópio de re�exão da luz
É adequado para observar metais, suas ligas e semicondutores, uma vez
que a luz tem baixo poder de penetração nesses materiais.
Microscópio de transmissão
É utilizável para as classes de materiais poliméricos ou cerâmicos,
interagindo com a amostra ultrafina enquanto a atravessa.
A imagem a seguir apresenta um esboço desses dois microscópios.
Esboço do funcionamento do microscópio óptico: (a) Transmissão; (b) Reflexão.
Na utilização da técnica, temos:
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Visualização de material policristalino em microscópio óptico.
Preparo
A superfície de estudo deve estar com acabamento superficial
adequado, devendo ser lixada e polida para que se torne plana
e espelhada.
Em seguida, reativos específicos são utilizados para o ataque
químico da superfície. Na imagem, podemos ver um conjunto
de grão lixados, polidos e quimicamente atacados
apresentando o contraste promovido, por exemplo, pelas
direções cristalográficas distintas.
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Visualização de material policristalino em microscópio óptico.
Visualização
O ataque químico da superfície promove o contraste e a
possibilidade de visualização em microscópio óptico devido à
diferença de reatividade das várias regiões da microestrutura.
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Visualização de material policristalino em microscópio óptico.
Fotomicrogra�a
Fotomicrografia de uma amostra de latão polida e atacada
quimicamente. Ampliação de 60 X.
Cabe destacar que, de acordo com Padilha e Ambrozio Filho (2004), as
principais características ópticas do microscópio são:
 Aumento útil de até 5000 X.
 Profundidade de campo limitada a 0,1 μm
para aumentos de 1000 X.
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Preparação de uma superfície de
fratura para observação ao
microscópio
Quando ocorre a fratura de um componente, a equipe de engenheiros
quer saber a causa da falha para que futuros projetos não sejam
conduzidos da mesma maneira e, assim, levem o componente a fraturar
pela mesma razão. Diversas são as causas de uma fratura que passa
pela seleção inadequada do material utilizado, pelas condições de
serviços, pela utilização do componente fora das especificações do
projeto, pelos defeitos na fabricação etc.
Num primeiro momento, as superfícies de fratura devem ser
preservadas, pois a limpeza e o toque entre as superfícies, por exemplo,
podem retirar informações fundamentais para análise da fratura. São
feitos registros e inspeções visuais.
Depois, há a possibilidade de ensaios complementares, como a técnica
micrográfica, em microscópio óptico. Nesse caso, a superfície deve ser
preparada, pois a imagem é formada a partir de uma região plana e
especular. Muito resumidamente, sem o intuito de esgotar o assunto,
serão descritas as principais etapas de preparação da superfície:
 Resolução dada pelo comprimento da luz
visível, ou seja, de 400 nm a 800 nm.
 Escolha da secção a ser estudada
Longitudinal ou transversal.
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 Extração da amostra
É retirada uma parte da superfície da amostra, o
corpo de prova (CP) ou amostra. A imagem
apresenta uma cortadora usualmente utilizada com
esse propósito. Note que há um disco de corte e
lubrificação durante toda a etapa de extração da
amostra.
 Obtenção de superfície plana e polida
(acabamento especular)
Para facilitar o manuseio, a amostra podeser
embutida em resina. Uma série de lixas de carbeto
de silício (SiC) com resfriamento em água corrente
é utilizada. Normalmente, são aplicadas lixas de
240, 320, 400, 600 e 1.200. Na sequência, executa-
se o polimento em discos de feltros giratórios com
a presença de abrasivos (alumina, pasta de
diamante ou sílica coloidal). As imagens
apresentam as lixas abrasivas de SiC e os feltros.
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Vejamos alguns detalhes importantes a respeito da preparação da
superfície de estudo!
Observação 1
Durante as etapas de extração e de lixamento, deve-se evitar pressão
excessiva para que não ocorra o encruamento da amostra. Além disso, é
fundamental manter a temperatura baixa, por meio de líquidos
refrigerantes, evitando-se, assim, mudanças microestruturais que
podem conduzir a interpretações erradas.
Observação 2
Sobre as superfícies temos:
 Ataque químico
São utilizados reagentes químicos específicos, para
cada material e para cada necessidade de
observação. O contraste provocado pela diferença
de reatividades ao longo da superfície revela
aspectos microscópios, defeitos, contornos de
grãos etc. A imagem apresenta uma amostra
embutida sendo atacada quimicamente, por
imersão.
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Micrografia com aspecto da superfície bem polida e sem ataque químico.
Superfície bem polida
Antes do ataque químico, a superfície de estudo pode ser
observada para avaliar a qualidade de preparação. Na imagem,
vemos a superfície de um aço com várias inclusões na forma
de globos (globulares). Sem o ataque químico, muitas
informações ainda não são reveladas, por exemplo, os grãos
cristalinos e seus contornos.
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Superfície mal polida (arranhões) para observação em microscópio óptico.
Superfície mal polida
Superfície com diversos arranhões (mal polida). Tal superfície
ainda não se encontra na condição ideal de ser atacada
quimicamente para posterior visualização. Percebem-se vários
riscos oriundos das etapas de lixamento e de polimento.
Eis alguns reagentes utilizados na micrografia:
Nital
HNO3 (ácido nítrico) + etanol.
Picral
Ácido pícrico + etanol
Vilela
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Ácido pícrico, ácido clorídrico (HCl) e etanol.
Microgra�as em superfícies de
fratura
Veremos agora algumas superfícies de fratura de componentes que
falharam por diversos motivos, destacando-se as fraturas em
decorrência da fragilização por hidrogênio, as fraturas assistidas pelo
ambiente, em particular a corrosão sob tensão (CST), entre outras.
Superfície de fratura: fragilização por hidrogênio
Muitas ligas metálicas têm diminuição na ductilidade e no limite de
resistência à tração pela difusão do hidrogênio atômico, através da
estrutura cristalina, de forma intersticial, provocando trincamento que
culmina em fratura frágil, mesmo para materiais dúcteis.
A imagem a seguir apresenta a superfície de um componente mecânico
composto de aços AISI 4140 e AISI 8640. Ocorre a segregação de
átomos de hidrogênio para o aço AISI 4140, originando as trincas por
fragilização pelo hidrogênio apresentadas na fotomicrografia. A amostra
visualizada foi polida e atacada quimicamente com Nital 3%.
Fotomicrografia em que são reveladas trincas por fragilização pelo hidrogênio.
Superfície de fratura: corrosão sob tensão (CST)
Outra importante modalidade de fratura é a corrosão sob tensão (CST),
uma categoria de fratura assistida pelo ambiente, em que três
condições devem ser satisfeitas simultaneamente:
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Em suma, a corrosão sob tensão apresenta duas fases:

Indução
Ocorre de forma lenta e gradual devido ao meio corrosivo.

Propagação
Dois efeitos ocorrem mutuamente: o ambiente corrosivo e a tensão
trativa.
Veja a fotomicrografia de um aço inoxidável austenítico com trincas
decorrentes da CST:
 O esforço mecânico sobre o componente,
por meio da aplicação de uma tensão
trativa.
 Um material que seja suscetível à corrosão
sob tensão.
 Um ambiente corrosivo propício para o
fenômeno.
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Corrosão sob tensão em aço inoxidável austenítico.
Agora observe uma fotomicrografia da liga denominada latão (liga de
cobre e zinco) em que estão evidenciadas trincas intergranulares devido
à corrosão sob tensão:
Fotomicrografia evidenciando a trinca em latão sob CST.
Microgra�a de fraturas frágeis e dúcteis
Em linhas gerais, as fraturas podem ser classificadas a partir da
deformação plástica ocorrida antes da falha. Veja:
Fratura frágil
Não ocorre deformação
plástica apreciável.
Fratura dúctil
Ocorre apreciável
deformação plástica
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antes da falha.
No caso das fraturas frágeis, podem ser:
Transgranular
Acontece com a trinca percorrendo o interior do grão cristalino pelo
fenômeno da clivagem.
Intergranular
Acontece com a trinca percorrendo os contornos dos grãos pela
decoesão dos grãos cristalinos.
O “empescoçamento” do corpo de prova ensaiado em tração uniaxial é
uma visualização da fratura dúctil. De maneira simplória, na fratura
dúctil, os microporos se nucleiam e vão coalescendo, formando um
grande vazio de forma elíptica. Na sequência, ocorre um cisalhamento e,
por fim, a fratura.
A próxima imagem apresenta a fotomicrografia de uma fratura frágil
intergranular de um aço. Observe os grãos de cor mais clara e a
separação dos grãos (decoesão). É possível, ainda, perceber o caminho
da trinca (intergranular).
Fotomicrografia evidenciando a fratura frágil em aço.
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Microgra�a de fraturas por �uência
O fenômeno da fluência ocorre em componentes mecânicos
submetidos a altas temperaturas (constantes) e sob tensão, também
constante. A movimentação de discordâncias, os escorregamentos de
contornos de grão, os movimentos de átomos e das vacâncias dentro
dos sólidos são potencializados pela energia de ativação (temperaturas
elevadas).
Fotomicrografia de superfície de fratura por fluência em componente de aço.
Dessa forma, ocorre a deformação plástica do componente culminando
com a ruptura, mesmo em um nível de tensão inferior aos valores em
temperatura ambiente (tensão de escoamento). A imagem é uma
fotomicrografia da superfície de fratura por fluência de um aço. Perceba
as cavidades nos pontos triplos e nos contornos de grãos da peça.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(VUNESP – DCTA – Tecnologista Pleno I – Área Ensaios Não
Destrutivos – 2013). Assinale a alternativa correta sobre a
microscopia óptica.
A
Para os metais e semicondutores é possível utilizar,
indistintamente, tanto o microscópio óptico de
transmissão quanto o de luz refletida.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
Os microscópios metalúrgicos podem ser utilizados por reflexão ou
por transmissão da luz. Em regra, metais e semicondutores são
observados em microscópios ópticos com luz refletida,
aproveitando, por exemplo, oacabamento especular de amostras
metálicas. Para materiais poliméricos ou cerâmicos o microscópio
de transmissão é o mais adequado.
Questão 2
Em linhas gerais, o conjunto de magnificação de um microscópio
metalúrgico (óptico) é composto pelas lentes delgadas
denominadas objetivas, posicionadas próximas à amostra, e
oculares. Observe a imagem de um microscópio metalúrgico
comercial.
B
Para os metais e semicondutores, utilizam-se
apenas os microscópios ópticos de luz refletida,
pois a penetração da luz é muito pequena.
C
Para os metais e semicondutores, utilizam-se
apenas os microscópios ópticos de transmissão,
pois a penetração da luz é muito pequena.
D
Para os metais e semicondutores, utilizam-se
apenas os microscópios ópticos de luz refletida,
pois a penetração da luz é muito grande.
E
Para os metais e semicondutores, utilizam-se
apenas os microscópios ópticos de transmissão,
pois a penetração da luz é muito grande.
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Suponha que um laboratório de metalografia possua um modelo de
microscópio em que a lente ocular tenha aumento de 10 X e o
“revólver” tenha três lentes objetivas, com aumentos de 20 X, 40 X e
100 X. Dessa forma, o máximo aumento proporcionado pelo
microscópio, com esse arranjo, é de
Parabéns! A alternativa D está correta.
O enunciado apresenta um modelo particular em que as lentes
oculares têm aumento de 10 X e três objetivas com aumentos de 20
X, 40 X e 100 X. Para a visualização, é possível fazer a combinação
do par de lentes oculares com uma das objetivas, sendo a
magnificência total (do microscópio) dada pelo produto do aumento
de cada lente. Nessa situação, podemos combinar:
Lente ocular (10 X) e lente objetiva (20 X) = 200 X
Lente ocular (10 X) e lente objetiva (40 X) = 400 X
Lente ocular (10 X) e lente objetiva (100 X) = 1.000 X
A 110 X.
B 200 X.
C 400 X.
D 1.000 X.
E 4.000 X.
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3 - Microscopia eletrônica de varredura
Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar a microscopia eletrônica de varredura.
Vamos começar!
O MEV na análise de superfícies de
fratura
Conheça a técnica da microscopia eletrônica de varredura no estudo de
superfícies de fratura.
Evolução do microscópio eletrônico

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de varredura
A microscopia óptica tem a sua resolução limitada devido ao
comprimento de onda da radiação utilizada, a luz visível. A forma de
aumentar o poder de resolução é com a diminuição do comprimento de
onda da radiação utilizada no microscópio.
Dessa forma, surge o microscópio eletrônico de varredura (MEV)
utilizando um feixe de elétrons acelerados que apresentam uma série de
efeitos quando interage com a matéria e possibilitam obter muitas
informações sobre a amostra. Observe os principais efeitos da interação
do feixe eletrônico com a matéria:
Interação do feixe de elétrons com a matéria.
Nas primeiras décadas do século XX, o físico francês Louis de Broglie
postulou a dualidade onda-partícula em que é possível determinar o
comprimento de onda equivalente para um elétron, pela seguinte
expressão:
Em que:
 é a constante de Planck (6,63 X 10-34 m2kg/s).
 é o momento linear.
Exemplo: Uma amostra metálica está sendo observada em um
microscópio eletrônico de varredura (MEV). Suponha que um elétron do
feixe eletrônico esteja sendo acelerado na coluna do MEV e que, em
dado instante, sua energia cinética seja de 50 eV. A partir do postulado
por Louis de Broglie, determine o comprimento de onda desse elétron.
λ =
h
p
h
p
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Solução: A energia cinética do elétron é dada por e o
momento linear ou quantidade de movimento, . Assim, é
possível escrever que:
Logo:
Considerando a massa do elétron igual a e
transformando a energia para unidade do sistema internacional (SI),
 Assim, substituindo na expressão anterior,
temos que:
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) data da década de 1930.
Cabe ressaltar que o MEV e o microscópio óptico (MO) apresentam
princípios de funcionamento distintos.
Microscópio óptico (MO)
A radiação é a luz visível
e utilizam-se lentes
delgadas.
Microscópio eletrônico
de varredura (MEV)
A radiação é um feixe
de elétrons primários e
as lentes são
eletromagnéticas.
Devido ao pequeno comprimento de onda dos elétrons acelerados, o
poder de resolução do MEV é, em geral, da ordem de 1 nm e aumento de
cerca de 300.000 X, sendo a faixa útil, de acordo com Callister (2016), de
até 50.000 X.
Além disso, o MEV apresenta uma característica que o difere muito do
MO, o campo de profundidade, que possibilita a visualização de uma
imagem, com certa profundidade. Veja um modelo de MEV:
K K = m⋅v
2
2
p = m. v
p2 = 2mK → p = √2mK
λ =
h
√2mK
m (9, 1) ⋅ 10−31kg
K
K = 50 ⋅ (1, 6 ⋅ 10−19)J.
λ =
6, 63 ⋅ 10−34
√2 ⋅ (9, 1 ⋅ 10−31) ⋅ 50 ⋅ (1, 6 ⋅ 10−19)
= 0, 174 ⋅ 10−9 = 0, 174nm

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Modelo de MEV.
Observe uma fotomicrografia de uma fratura intergranular, por decoesão
dos grãos cristalinos, em que o aspecto tridimensional fica nítido,
revelando os grãos cristalinos:
Fotomicrografia de superfície de fratura – aspecto tridimensional dos grãos cristalinos.
Interações do feixe de elétrons com a matéria
As principais interações do feixe eletrônico de um elétron com a matéria
(corpo de prova (CP) a ser analisado) que são utilizadas para obter
informações por microscopia eletrônica de varredura encontram-se na
próxima imagem.
Elétrons secundários;
Elétrons retroespalhados;
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Raios X;
Elétrons Auger.
A interação do feixe de elétrons com a matéria pode apresentar maior
volume de penetração que, em regra, depende do número atômico (Z) da
amostra e da energia (E) do elétron. Na imagem a seguir, temos
esquematicamente o volume da amostra excitado pelos elétrons para
combinações do número atômico Z (valores alto e baixo) e valores da
energia E do elétron, também para quantidades alta e baixa.
Volume de excitação na amostra em estudo – MEV.
Observe agora a interação do feixe de elétrons contra a amostra em
estudo e a representação típica de escape para os elétrons secundários,
os elétrons Auger e os raios X:
Esboço da interação dos elétrons com a matéria.
Em que:
e1 – Diâmetro do feixe incidente;
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e2; – Alargamento do feixe incidente;
V – Volume de interação dos elétrons;
A – Profundidade de escape para elétrons Auger;
B – Profundidade de escape para elétrons secundários;
C – Profundidade de escape para elétrons retroespalhados;
D – Volume para geração de raios X;
d – Profundidade de interação.
A coluna do MEV deve trabalhar com vácuo (10-7 a 10-5 Torr) para
diminuir a probabilidade de colisão de elétrons com a matéria, antes de
chegar ao seu destino, a amostra, – em outras palavras, para aumentar
o caminho livre médio.
Entendendo o microscópio eletrônico
de varredura – MEV
A técnica de observação por meio da microscopia eletrônica de
varredura é amplamente utilizada na Ciência dos Materiais e na
Engenharia. Uma de suas vertentes de aplicação é a análise de
superfícies de fratura (fractografia). Entre as várias vantagens do MEV
podemos citar:

Resolução

Aumento do campo de profundidade

Possibilidade de análise química
O princípio de um microscópio eletrônicode varredura consiste em
utilizar um feixe de elétrons bastante focalizado para explorar a
superfície da amostra. Apesar de, inicialmente, o feixe de elétrons atingir
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uma pequena área da amostra, o mecanismo de varredura desse feixe
permite observar uma grande área da superfície.
Atenção!
Amostras metálicas condutoras de eletricidade não ficarão carregadas
com elétrons que servirão como repulsor do feixe de elétrons. Contudo,
amostras não condutoras devem ser utilizadas com a cola prata, com o
intuito de “descarregar” os elétrons que chegam à superfície da
amostra.
No esboço do MEV, abaixo, é possível perceber a fonte do feixe de
elétrons, as lentes eletromagnéticas, as bobinas de deflexão (para a
varredura da amostra), o detector do sinal resultante da interação do
feixe de elétrons e a amostra e, por fim, o sistema de formação da
imagem.
Esboço do MEV.
Note que o aumento linear é dado pela relação entre as arestas
homólogas da imagem e da amostra, ou seja:
A geração dos elétrons do feixe ocorre a partir da passagem de corrente
em um filamento, sendo o de tungstênio (W) o mais utilizado. Outras
possibilidades para a fonte geradora de elétrons são o hexaboreto de
Lantânio (LaB6) e o Field Emission Gun (FEG). Observe agora os
filamentos de tungstênio para o MEV:
 Aumento  =
Limagem 
Lamostra 
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Filamento de tungstênio (W) para MEV.
Elétrons secundários
Na interação dos elétrons primários (feixe eletrônico) com a matéria
(amostra), alguns elétrons são emitidos, os denominados elétrons
secundários (ES) ou secondary electrons (SE), que apresentam baixa
energia, não superior a 50 eV.
A baixa energia dos elétrons secundários implica que são gerados a
poucos nanômetros da superfície e o detector deve estar bem próximo à
superfície, em geral lateralmente e polarizado. Observe na imagem a
seguir a posição do detector, em relação à amostra com sua topografia
e os elétrons secundários:
Esboço do microscópio eletrônico de varredura (MEV).
Nessa imagem, foi possível observar o volume excitado em cada ponto
da amostra e os elétrons secundários. A topografia da amostra é um
dificultador para a sua detecção. As imagens geradas pelos elétrons
secundários são de alta resolução, em torno de 4 nm, e adequadas para
a observação de detalhes topográficos na amostra. A imagem gerada
por elétrons secundários é denominada ES.
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Elétrons retroespalhados
Quando o feixe de elétrons primários, gerados no filamento do MEV, é
acelerado e colide com a superfície da amostra, outro “tipo” de elétron é
gerado, os retroespalhados (ERE) ou backscattering electrons (BSE). A
energia dos retroespalhados varia de 50 eV até a energia dos elétrons
primários. O detector da imagem está localizado em um plano
praticamente normal ao feixe de elétrons incidentes, conforme afirma
Colpaert (2008), e fornece informações topográficas e da composição a
partir do número atômico do material.
Raios X
A interação dos elétrons primários (feixe incidente) com a amostra a ser
analisada no MEV pode ter energia suficiente para gerar radiação com
comprimento de onda na ordem dos raios X. Essa emissão é
particularmente para dar informações a respeito dos elementos
químicos presentes na amostra, assim como análises químicas. Em
resumo, duas técnicas podem ser utilizadas:
EDS
Espectrometria por dispersão de energia.
WDS
Espectrometria por dispersão de comprimento de onda.
Observe:
Fotomicrogra�a de aço bruto de fusão
Imagem gerada por elétrons retroespalhados, destacando
inclusões não metálicas de sulfeto de manganês (MnS).
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Análise quantitativa por EDS da inclusão
Gráfico da análise quantitativa por EDS da inclusão. Note a
identificação de manganês (Mn) e enxofre (S).
Superfícies de fratura – MEV
A análise das superfícies de fratura de um componente mecânico ou de
uma estrutura tem o objetivo de determinar a causa (ou as causas) da
fratura. É fundamental que esse feedback possa ser apresentado para
eventuais correções no projeto (seleção dos materiais, geometria que
promovem concentração de tensões etc.), no processo de fabricação ou
nas condições de serviço ou de manutenção.
Na sequência, serão apresentadas várias fotomicrografias de
superfícies de peças fraturadas pelos diversos tipos, como por fadiga,
fluência, fratura frágil, fratura dúctil, fragilização por hidrogênio etc. Ao
longo das imagens, será possível perceber características que
individualizam o tipo de fratura que ocorreu, auxiliando na fractografia.
Fratura frágil
As imagens a seguir apresentam fotomicrografia de MEV de superfícies
em que o componente fraturou fragilmente:
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Clivagem
Fratura frágil intragranular com aspecto facetado, cujo
mecanismo foi o de clivagem, isto é, a separação dos planos
cristalinos pela quebra das ligações atômicas.
Fragilização por hidrogênio - Intergranular
Presença de hidrogênio nos contornos dos grãos cristalinos os
fragilizam. Dessa forma, o caminho pela trinca é intergranular,
ou seja, ao longo dos contornos dos grãos e, por isso, seu
aspecto visual é granulado. É possível observar o aspecto
tridimensional dos grãos cristalinos.
Quase clivagem
Variação para a fratura frágil. Caracteriza-se pela presença
eventual de microcavidades (fratura dúctil). De acordo com
Cassio (2021), é comum a ocorrência em componentes de aço
temperado e revenido.
Fratura dúctil
Apresenta fotomicrografia típica de superfície de fraturas dúcteis,
caracterizadas pela presença de dimples. Podemos observar que os
dimples são bastante profundos.
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Fotomicrografia de superfície de fratura dúctil com a presença de dimples.
Fratura por fadiga
Apresenta as marcas denominadas estrias de fadiga, característica
desse modo de fratura. Relembrando, a fratura por fadiga está
associada ao mecanismo externo de carregamento cíclico de um
componente.
Cada estria equivale a um ciclo do carregamento. Dependendo do
espaçamento entre as estrias, a visualização só é possível no
microscópio eletrônico de transmissão (MET).
Fotomicrografia de superfície de fratura por fadiga com a presença de “estrias”.
Fratura por CST
Nas próximas imagens serão apresentadas fotomicrografias (MEV) de
superfícies de fraturas assistidas pelo ambiente.
Na imagem a seguir temos a corrosão sob tensão (CST). Observe a
nucleação da trinca em pites de corrosão:
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Fotomicrografia de superfície de fratura por corrosão sob tensão.
Tansgranular e intergranular
Em relação à trajetória das trincas no fenômeno de CST, ela pode ser
transgranular ou intergranular, sendo a última a mais comum. Existe
ainda a possibilidade de os dois casos se apresentarem na superfície de
fratura.
Observe agora as variações do percurso da trinca na fratura por CST:
Transgranular
Fratura em que a trinca percorre internamente os grãos.
Intergranular
Fratura em que a trinca se propaga pelos contornos do grão.
Um aspecto característico dessa fratura são os grãos
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cristalinos representados tridimensionalmente. É a decoesão
dos grãosda estrutura policristalina.
Misto de fratura intergranular e transgranular
Fratura em que parte das trincas comporta-se
transgranularmente e outra parte, intergranularmente.
Fratura por �uência
A imagem a seguir apresenta a fotomicrografia de uma superfície por
fratura por fluência com aspecto intergranular. Na fluência, o
componente está submetido a altas temperaturas e tensão constante.
Fotomicrografia de superfície de fratura por fluência.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(Provimento dos cargos do quadro de pessoal técnico-
administrativo em educação da UFG – 2015 – adaptada) A imagem
ilustra o efeito da interação do feixe eletrônico com uma amostra
em um microscópio eletrônico de varredura, indicando alguns dos
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produtos físicos produzidos em diferentes profundidades do
volume de interação.
Os produtos físicos representados pelas setas 1, 2 e 4 são,
respectivamente:
Parabéns! A alternativa A está correta.
O MEV tem seu princípio de funcionamento baseado na interação
de um feixe de elétrons (primários) acelerado contra a superfície da
amostra. Os elétrons terão maior volume de interação com a
matéria dependendo, entre outros fatores, do número atômico da
amostra e da energia do elétron. Os elétrons que saem de menores
A
Elétrons secundários, raios X característicos,
elétrons retroespalhados.
B
Elétrons retroespalhados, luz visível, raios X
característicos.
C
Elétrons secundários, luz visível, elétrons
retroespalhados.
D
Elétrons retroespalhados, elétrons secundários,
raios X característicos.
E
Elétrons termiônicos, elétrons retroespalhados, raios
X característicos.
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profundidades são os secundários e os Auger. Os mais profundos
são os elétrons retroespalhados e os raios X característicos.
Questão 2
(IESES – 2017 – IGP-SC – Perito Criminal Engenharias – adaptada)
Na imagem a seguir é mostrada uma região fraturada de um aço
obtida com o auxílio de um MEV, com um aumento de 500 X. Essa
figura é também conhecida como fractografia e traz uma
característica típica que indica o mecanismo de fratura
predominante nessa região. Assinale a seguir a alternativa que
possui a descrição correspondente às suas características e o
mecanismo de fratura ocorrido na região apresentada na imagem.
A
Cavidades formadas pela coalescência dos
microvazios da fratura, indicando uma fratura dúctil.
B
Faces de clivagem formadas pela ruptura das
ligações entre os átomos seguindo um plano
preferencial, indicando uma fratura frágil.
C
Faces de clivagem formadas pela ruptura das
ligações entre os átomos seguindo um plano
preferencial, indicando uma fratura dúctil.
D
Cavidades formadas pela coalescência dos
microvazios da fratura, indicando uma fratura frágil.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
As fraturas frágil e dúctil se caracterizam, respectivamente, por
baixa e apreciável deformações plásticas antes da falha. A
formação da fratura dúctil num corpo de prova num ensaio de
tração, em linhas gerais, inicia-se com microvazios que coalescem,
tornando-se um grande vazio, dando origem à fratura. Dessa forma,
a superfície de fratura dúctil é observada no MEV com cavidades
que são denominadas “dimples”.
4 - Microscopia eletrônica de transmissão
Ao �nal deste módulo, você será capaz de analisar a microscopia eletrônica de transmissão.
Vamos começar!
E
Decoesão de grãos cristalinos em que a trinca
percorre os contornos de grão, indicando uma
fratura frágil.

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Entendendo a microscopia eletrônica
de transmissão
Conheça a técnica da análise por microscopia de transmissão no estudo
de superfícies de fratura, o equipamento utilizado e a técnica de
preparação de amostras.
Fundamentos do microscópio
eletrônico de transmissão
No desenvolvimento da fractografia, os instrumentos utilizados para a
visualização das superfícies de fratura tiveram suas tecnologias
desenvolvidas para auxiliar na resposta da causa da fratura, ampliando,
por exemplo, a faixa de resolução – desde instrumentos simples como a
lupa, passando por microscópios estereoscópicos, ópticos e os
eletrônicos de varredura (MEV) e de transmissão (MET), cuja principal
característica é o alto poder de aumento, podendo alcançar cerca de
1.000.000 X.
No MET a seguir são destacados o conjunto de lentes eletromagnéticas,
a amostra sendo atravessada pelo feixe eletrônico e o canhão de
elétrons com filamento como “fonte de elétrons”, além das medidas
aproximadas em centímetros.
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Arranjo esquemático do microscópio eletrônico de transmissão (MET).
O MET utiliza um feixe eletrônico acelerado em direção da amostra por
uma diferença de potencial elevada, na ordem de centenas de kV. A
coluna do MET deve possuir um vácuo da ordem de 10-5 mmHg para
evitar o choque dos elétrons do feixe com a matéria do “ar”,
aumentando-se, assim, o seu livre caminho médio.
Comentário
Uma primeira diferença em relação ao MEV é que o feixe eletrônico do
MET atravessa a amostra que apresenta espessura muito pequena.
Dessa forma, uma etapa de fundamental importância é a preparação da
amostra a ser utilizada para visualização no microscópio eletrônico de
transmissão. É uma etapa que exige muitos detalhes e demanda tempo.
De acordo com Padilha e Ambrozio Filho (2004), as amostras utilizadas
no MET apresentam espessuras entre 500 e 5.000 Å (1 Å = 10-10 m) e
superfícies polidas e limpas. Os corpos de prova utilizados para análise
em microscopia de transmissão podem ser:
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
Lâminas transparentes (de baixa espessura)
do material

Réplica da superfície do material
A preparação das lâminas, em regra, apresenta três etapas:
Veja o arranjo de um polimento eletrolítico de uma amostra para o MET:
 Primeira etapa
Ocorre o corte do material em lâmina com
espessura de até 1,0 mm.
 Segunda etapa
Ocorre a redução da espessura da lâmina,
mecanicamente, (polimento) até cerca de 0,1 mm.
 Terceira etapa
Ocorre o ajuste da espessura da amostra por meio
de um polimento eletrolítico.
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Arranjo esquemático de polimento duplo de amostra para MET.
A interação do feixe de elétrons com o material ocasiona, por exemplo, a
emissão de raios X característicos que fornecem informações sobre a
composição química elementar da amostra. Além disso, são formadas:
 Imagens em campo claro e campo escuro
Referentes à microestrutura e à morfologia do
material.
 Figura por difração
Referente à cristalografia, à estrutura e à
composição do material.
 Análise química por raios X
Referente à análise do material.
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Em relação à fonte de elétrons do MET, duas são possíveis de ser
utilizadas: as termiônicas e as de emissão de campo.
Observe os emissores de elétrons para o MET:
Filamento de tungstênio (W)
incandescente
Hexaboreto de lantânio (LaB6)
Emissor de campo
O MET fornece informações (imagens, estruturas, composição químicaetc.) com dimensões da ordem de nanômetros (10-9m).
O MET é considerado a técnica pioneira em
nanotecnologia.
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No modelo de MET abaixo é possível observar a coluna em que os
elétrons são acelerados e monitores que apresentam informações a
respeito da imagem.
MET.
A seguir, temos um gráfico do comprimento de onda ( ) do elétron
(dualidade da partícula – de Broglie) em função da voltagem utilizada na
aceleração do feixe de elétrons primários. Observe o comportamento
inverso das duas grandezas; isto é, para altos valores da diferença de
potencial (ddp), o comprimento de onda do elétron é pequeno e vice-
versa.
λ
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Comprimento de onda de um elétron em função da voltagem de aceleração.
Para efeito de comparação entre alguns instrumentos de aumento de
imagens utilizados na caracterização de materiais e na análise de
superfícies, a tabela a seguir apresenta um gráfico de barras com as
faixas de resolução desses instrumentos. Observe que existem duas
leituras para a resolução: em metros ou em nanômetros.
Gráfico de barras com resolução úteis de alguns instrumentos.
Superfícies observadas pelo MET
O microscópio eletrônico de transmissão é mais uma das ferramentas à
disposição da Engenharia para o estudo e a caracterização de materiais.
Na pesquisa, no desenvolvimento de novos materiais, é uma ferramenta
indispensável. Visto os aspectos fundamentais a respeito do MET,
veremos agora algumas imagens fornecidas pelo microscópio
eletrônico de transmissão com diferentes aumentos. Algumas dessas
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imagens ratificam a excelente ferramenta que é o MET, destacando a
sua alta resolução para o estudo de materiais.
Aqui podemos observar um grão de bainita posicionado na diagonal,
que une a parte inferior esquerda à parte superior direita da imagem.
Temos detalhes da martensita, da ferrita e da cementita. A estrutura
bainítica é formada por agulhas de cementita (Fe3C) em uma matriz
ferrítica. Além disso, há a presença da martensita na fotomicrografia.
Fotomicrografia de bainita no MET.
A imagem a seguir foi obtida por microscopia eletrônica de transmissão
de alta resolução e revela defeitos superficiais em monocristais de
material utilizado em conversores catalíticos de automóveis.
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Catalisadores de automóveis – MET.
Em linhas gerais, a fratura por fadiga ocorre devido ao carregamento
mecânico cíclico sobre um componente. Em termos macroestruturais,
as marcas de praia são visíveis. Assim, a fratura por fadiga tem sua
identificação possível até mesmo pela inspeção visual.
Nas marcas de praia existem milhares de estrias associadas a cada
ciclo mecânico. Contudo, as denominadas estrias de fadiga só são
observadas com grandes aumentos. Observe uma superfície de fratura
por fadiga de um componente de alumínio, preparada para observação
ao MET com aumento de 9.000 X.
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Fotomicrografia no MET - estrias.
A discordância é um dos defeitos lineares das estruturas cristalinas e
está associada à deformação plástica dos metais e suas ligas. A seguir,
vemos uma fotomicrografia de discordâncias (visualizadas como as
linhas escuras) em uma liga de titânio, a partir da microscopia eletrônica
de transmissão. Cabe ressaltar que a fratura dúctil é precedida de
considerável deformação plástica.
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Fotomicrografia de discordância em liga de titânio (MET).
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
(FGV – 2010 – FIOCRUZ – Tecnologista em Saúde – Operação e
Manutenção de Plataformas Tecnológicas – adaptada). Algumas
ferramentas são fundamentais no estudo dos materiais, desde sua
caracterização até falhas ocorridas por fraturas. O microscópio
eletrônico de transmissão (MET) é uma dessas ferramentas. Sobre
esse assunto, são feitas as afirmações a seguir.
I. O MET utiliza radiação eletromagnética gerada a partir de um
filamento de tungstênio como fonte de elétrons.
II. Com o objetivo de que o feixe eletrônico seja colimado, as
lentes dos microscópios eletrônicos são feitas a partir de vidro
ou quartzo monocristalino.
III. Microscópios eletrônicos não requerem um elaborado sistema
de vácuo, pois não havendo íons e os elétrons não terão suas
trajetórias alteradas.
São corretas
Parabéns! A alternativa A está correta.
A apenas a afirmativa I.
B apenas a afirmativa II.
C apenas a afirmativa III.
D as afirmativas I e II.
E as afirmativas I e III.
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Os microscópios eletrônicos (de varredura ou de transmissão)
apresentam uma coluna onde a pressão é diminuída, o denominado
“vácuo”. Um dos motivos da “ausência” de partículas de ar é para
que os elétrons acelerados, a partir do filamento, tenham o maior
caminho livre médio, a fim de evitar que eventuais colisões mudem
a trajetória e percam energia antes de se chocar com a amostra. As
lentes são eletromagnéticas para que campos elétricos e
magnéticos possam auxiliar, por exemplo, na correção da trajetória
dos elétrons e na colimação do feixe eletrônico.
Questão 2
Os metais são exemplos típicos de estruturas cristalinas em que
alguns defeitos são inerentes. A lacuna é um defeito pontual em
que um sítio na rede cristalina encontra-se vazio. A discordância é
um defeito linear das estruturas cristalinas e está associada à
deformação plástica. Vazios ou poros são defeitos volumétricos. A
imagem a seguir apresenta uma fotomicrografia de uma liga de
titânio.
Em qual microscópio ela foi feita e qual a denominação dos
defeitos vistos nas linhas escuras?
A Estereoscópico – discordâncias
B
Microscópio eletrônico de transmissão –
discordâncias
C Microscópio óptico – discordâncias
D
Microscópio eletrônico de transmissão – contornos
de grãos
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A escala apresentada só é alcançada no microscópio eletrônico de
transmissão (MET), uma vez que o estereoscópio consegue
pequenos aumentos de até 50 X e o óptico, aumentos de 2000 X.
Os contornos de grão são defeitos que individualizam os grãos
cristalinos. Sendo assim, os defeitos lineares apresentados são as
discordâncias.
Considerações �nais
Vimos as várias técnicas aplicadas ao estudo das superfícies de fratura,
entre as quais podem ser destacadas os ensaios não destrutivos e a
análise visual, a microscopia óptica e as microscopias eletrônica de
varredura e transmissão. Inicialmente, foram discutidos os aspectos
macrográficos da superfície de diversas fraturas.
Além disso, foi apresentado o microscópio eletrônico de varredura
(MEV), extremamente útil na análise de superfícies fraturadas, devido à
possibilidade de visualização de profundidades de imagens. Diferentes
vantagens do MEV foram relacionadas e a interação do feixe eletrônico
de elétrons com a matéria (amostra) foi discutida.
Por fim, foi feita uma breve discussão do microscópio eletrônico de
transmissão (MET), a apresentação de suas vantagens, desvantagens e
a técnica de preparação daslâminas transparentes para análise.
Podcast
Para encerrar, ouça um pouco mais sobre a análise de superfícies de
fratura.
E Microscópio óptico – contornos de grãos

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resistência variando os estados de tensão e deformação através do
ensaio de estampagem apresentado no 7º Congresso Brasileiro de
Engenharia de Fabricação, Penedo, RJ, 2013.
Referências
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VELÁZQUEZ, J. L. G. Fractography and failure analysis. [s.l.]: Springer,
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VILLAS BÔAS, N.; DOCA, R. H.; BISCOULA, G. J. Tópicos de física. 19. ed.
São Paulo: Saraiva, 2012. v. 2.
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