Relatório 1 - Metalografia macroscópica ferrosos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
Setor de Ciências Agrárias e de Tecnologia
Curso de Engenharia de Materiais
Disciplina: Ensaios
ENSAIOS DE METALOGRAFIA MACROSCÓPICA
Prof. Andre Luis
Alunos
Flávia Mariane Moresco 
Giovanny Biava 
Guilherme Lemos
Isabela R. Diniz
Ponta Grossa
23/03/2010
Objetivo
Análise macrográfica de superfícies planas de peças metálicas.
Revisão Bibliográfica
A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça metálica, a partir da análise da secção plana devidamente polida e atacada por um reativo apropriado. O aspecto, assim obtido, chama-se macro-estrutura. O exame da amostra é realizado a olho nu ou com auxilio de uma lupa.
A macrografia possibilita a observação da heterogeneidade química existente, resultante da estrutura de solidificação, assim como as alterações sofridas por esta e devidas a tratamentos posteriores. Pode evidenciar a distribuição das impurezas metálicas, não metálicas e gasosas contidas na estrutura. A análise macrográfica permite igualmente detectar a presença de fissuras, bolhas, porosidades, gotas frias, etc.
A palavra macrografia é também utilizada para designar os documentos que reproduzem a macroestrutura, em tamanho natural ou com ampliação máxima de 10 vezes (para ampliações maiores, usa-se o termo micrografia).
Quando um material ou peça é entregue a um laboratório de ensaios a fim de ser examinado para determinar propriedades e esclarecer questões, é necessário antes de qualquer teste interar-se o interesse e o fim visado.
Uma vez ciente do que se trata e admitida a viabilidade do que é solicitado, é necessário verificar se o material trazido e as informações prestadas são suficientes para poder delinear e executar o programa de ensaios que o caso requeira. Não se deve dar inicio a qualquer ensaio sem especificação de quais regiões ou para que fins se destinem.
Em qualquer hipótese é altamente prudente proceder a um exame detido da peça sob diversos pontos de vista, como o aspecto da fratura, a existência de marcas de pancadas, gripamentos, vestígios de solda, azulamento por aquecimento, porosidade, rebarbas, trincas, polimentos locais, corrosões, desgastes, marcas puncionadas, entortamentos, etc., antes de determinar cortes ou extrações de amostras ou de corpos de prova. A verificação posterior de fatos que deveriam ter sido notados antes de subdividir a peça, torna-se às vezes difícil ou mesmo impossível.
Para a preparação do corpo de prova de macrografia abrange as seguintes fases:
Escolha e localização da secção a ser estudada.
Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido.
Ataque dessa superfície por um reagente químico adequado.
	Os métodos mais utilizados em macrografia são aqueles que têm por finalidade estudar as alterações macrográficas de aços em geral, ferros fundidos, alumínio bruto e forjado. A seguir será feita uma descrição dos tipos de ataque, reagentes usados e modo como são aplicados que podem ser por imersão, aplicação ou impressão direta de Baumann; cada tipo de ataque químico e reagente é designado para uma classe especifica de metais.
	O reagente utilizado em aços e ferros fundidos é o nital, e o modo de ataque é por aplicação. A composição deste reagente é: 4 mL de HNO3 e 96 mL etanol. O ataque da superfície pelo nital não ataca a ferrita nem a cementita, entretanto realça os seus contornos e colore de escuro a perlita. A perlita escurece, pois o reativo ataca a linha de contato entre a ferrita e as lamelas de cementita, como essas linhas estão muito próximas, a área da perlita se apresenta hachurada. Se o ataque for excessivo ou se as lamelas estiverem próximas, a área perlítica ficará muito escura ou preta.
	Para o estudo macrográfico do alumínio bruto, o reagente utilizado é denominado Poulton, e sua composição são a seguinte: 10 mL de HCl (concentrado), 30 mL de HNO3 (concentrado), 20 mL de H2O e 5 g de FeCl3; o método de ataque é por aplicação. As barras de alumínio obtidas por meio de processos siderúrgicos são resfriadas de maneira disforme ao longo de sua seção transversal, sendo assim, ocorrem diferenças na cristalização do material. Com a ação do reagente, os contornos das regiões químicas diferentes se tornam evidentes, além disso, é possível observar como a gradiente de temperatura influência na estrutura final da barra de alumínio.
	Para alumínio forjado, o reagente utilizado é composto por: 20 mL de H2O, 20 mL de HNO3 (70 %), 20 mL de HCl (38 %) e 5 mL de HF (40 %); o ataque é por aplicação. O forjamento é um processamento de metais que consiste na conformação mecânica através do aquecimento e moldagem do material. Este tipo de processo altera a microestrutura e macroestrura do metal, assim este alumínio pode ser designado para diversas aplicações, que anteriormente não poderiam ser atribuídas a ele. O semelhantemente aos anteriores, o ataque químico revela os contornos granulométricos da amostra, bem como as diferenças químicas nas regiões da superfície analisada.
	A impressão direta de Baumann tem a finalidade de identificar regiões no metal que contém enxofre (o procedimento completo deste método será detalhado na próxima seção). As regiões ricas em sulfuretos provocam manchas pardas; isto ocorre porque o ácido sulfúrico decompõe essas inclusões, com desprendimento de gás sulfídrico (H2S) que, por sua vez, reage com o brometo de prata da camada sensível do papel fotográfico, produzindo sulfureto de prata que fica impregnado na gelatina do papel. O fixador de hiposulfito elimina a parte do brometo não atacada e deixa inalterada a parte atacada. Geralmente, na região de solda das amostras metálicas, observa-se que não há manchas pardas ou escuras, isto indica que não existem incrustações de sulfuretos no material metálico da solda.
Materiais e métodos
3.1 Materiais
Os seguintes materiais listados foram utilizados:
- Amostra de alumínio bruto de fusão
- Amostra de pistão de liga de alumínio
- Amostra de ferro fundido cinzento
- Álcool;
- Ar Comprimido
- Lixas de água de granulometria de 150,240,320,400,600 e 1200
- Reagentes químicos: Nital – 4 mL de HN e 96 mL de etanol ; Poulton – 10 mL de HCl (concentrado), 30 mL de HN(70%), 20 mL de 0 e 5g de ; Filckers – 20mL de 0, 20mL de HN(70%), 20mL de HCl(38%), e 5mL de HF (40%)
Primeiramente, todas as amostras foram submetidas a uma etapa de lixamento por ação mecânica, com lixas de água com granulometria de 150, 240, 320, 400 e 600, respectivamente.A cada mudança de lixa, as amostras eram giradas a 90 graus, até todos os riscos estarem na mesma direção, e conseqüentemente, desaparecendo todos os traços da lixa anterior.
Figura 1 Início do lixamento - lixa 150
Figura 1 Final do lixamento - lixa 600
Antes de usar uma nova lixa, foi feita a limpeza com álcool, e secagem com ar comprimido de todas as amostras, pois estas poderiam conter vestígios do lixamento feito anteriormente, bem como possíveis deslizes manuais feitos durante o lixamento, como colocar a amostra virada para a superfície lixada em cima da bancada. Uma vez as amostras lixadas, estas então foram preparadas para submeterem-se a ataque químico.
As amostras de ferro fundido e aço soldado foram submetidas ao ataque do reagente Nital, já para as amostras de pistão de liga de alumínio e de alumínio bruto de fusão tiveram aplicação do reagente Poulton. Com estas etapas terminadas, duas amostras de aços soldados foram submetidas à Impressão de Baumman, usado para revelar as linhas de deformação.Foi usado um papel fotográfico comum (com AgBr), o papel é imerso em uma solução de de 1-5% de H2S04 e aplicado sobre a superfície polida. Depois de 5 minutos o papel é colocado em um fixador de hipoclorito de sódio por 10 min e depois lavado em água corrente.
 Neste tempo, o H2S04 decompõe as inclusões, com desprendimento de H2S que, por sua vez, reage com o brometo de prata da camada sensível do papel fotográfico.. As regiões ricas em sulfureto de prata(marrom), ficam impregnadas no papel. Após as técnicas de modo por aplicação de reagente, e modo por impressão de Baumman, foram observados os grãos das estruturas das amostras, bem como heterogeneidade de materiais que os formaram, entre outras características.
Resultados e discussão
Temos nas Figuras 3 e 4 respectivamente as imagens obtidas das macrografias de aços soldados, após ataque com o por aplicação do reagente Nital.	Observa-se que o ataque revelou a tanto a área da soldagem como a área termicamente afetada.
Figura 3 - Aço soldado atacado por reagente Nital
Figura 4 - Aço soldado atacado por reagente Nital.
Outro comportamento observado apresenta-se na Figura 5, que ilustra a imagem da macroestrutura do ferro fundido cinzento após o ataque por aplicação do reagente Nital. Após o ataque fica evidente a presença de dentrita.
Figura 5 - Ferro fundido cinzento atacado por reagente Nital.
Em outra fotografia, Figura 6, temos a macroestrutura do alumínio bruto de fusão atacado pelo reagente Poulton. Nota-se que junto às beiradas encontra-se uma faixa com cristalização colunar, perpendicular a superfície da barra, evidenciando um resfriamento lento. Já no centro houve uma cristalização equiaxial caracterizada pelo crescimento de grãos em diferentes direções onde os grãos vizinhos não são necessariamente paralelos uns aos outros.
Figura 6 - Alumínio bruto de fusão atacado por reagente Poulton
A imagem obtida com impressão direta de Baumann está apresentada na Figura 7, e mostra a macrografia de uma engrenagem de aço. Observa-se nesta imagem o efeito seletivo do ataque, pois ele identifica as regiões no metal que contém enxofre.
Figura 7 - Impressão de Baumann de uma engrenagem de aço.
A Figura 8 mostra seção transversal de uma engrenagem atacada por reagente Nital. A imagem releva que a peça sofreu cementação ao longo dos dentes. A macrografia mostra também a espessura da camada cementada.
Figura 8 - Engrenagem cementada atacada por reagente Nital.
Por fim, na Figura 9 temos um pistão de alumínio atacado com uma solução de nome desconhecido (20mL de 0, 20mL de HN(70%), 20mL de HCl(38%), e 5mL de HF (40%) ), possivelmente Filckers. Pode-se observar que os veios que estão aparentes indicam o tipo de cristalização e presença de um elemento adicional, provavelmente para aumento de resistência mecânica. Por essa razão se diferencia da peça de Al.
Figura 9- Pistão de liga de aluminio atacado por reagente Filckers
Conclusões
Com este ensaio pôde-se compreender que os métodos aplicados às peças foram fundamentais para que se pudesse analisar de forma mais clara e objetiva as características e como os materiais constituem cada peça. A partir desta caracterização, permite-se observar o tipo de cristalização que o material sofreu, observando-se também se foi exposto a um resfriamento lento ou rápido, além disso, alguns tipos de tratamentos de aumento de resistência mecânica ficam evidentes, como adição de outros elementos e também de carbono (cementação). 
Apesar de ser realizado manualmente e a observação seja realizada a olho nu, os resultados são satisfatórios e condizentes com a teoria apresentada.
Bibliografia
	CALLISTER, William D. JR. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2008, 7ª edição.
COLPAERT, Hubertus, Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. São Paulo: Edgar Blücher, 1974, 3ª edição