Relatório Analise Microestrutural

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC 
Daniel Sonzzini, Danilo Lima de Moura, Natália Rodrigues da Silva (Grupo 6) 
Materiais e suas Propriedades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PREPARAÇÃO E ANÁLISE MICROESTRUTURAL – PARTE A - 
DETERMINAÇÃO DE TAMANHO DE GRÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santo André 
2015 
1. INTRODUÇÃO 
 O termo metalografia é bastante genérico, causando controvérsia quanto à sua 
definição. Uma tentativa é defini-lo como o estudo das características estruturais ou da 
constituição dos metais e suas ligas, para relacioná-los com suas propriedades físicas, 
químicas e mecânicas. Para se conseguir essa relação entre estrutura observada ao olho nu, 
lupa ou microscópio com as propriedades mecânicas, deve-se seguir uma linha mais ou menos 
definida de procedimentos. É o que chamamos exame metalográfico. 
[2]
 
Através das análises macrográficas e das análises micrográficas é possível a 
determinação de diversas características do material, inclusive a determinação das causas de 
fraturas, desgastes prematuros e outros tipos de falhas. 
[2]
 
Para conhecer as propriedades de um metal puro ou uma liga é importante conhecer 
sua estrutura microscópica uma vez que ela influencia ativamente nessas propriedades. Metais 
com granulometrias maiores, por exemplo, possuem maior ductilidade enquanto que os 
metais com grãos menores têm maiores limites de escoamento, resistência à tração e dureza.
[1]
 
A metalografia, se for encarada como o uso de aspectos visuais do metal para o 
controle de suas propriedades, surge no Oriente por volta de 800 d.C.. Nesta época, 
metalurgistas usavam materiais compósitos (aço alto carbono altamente segregado ou uma 
combinação de aço e ferro) para produção do aço por forjamento, produzindo uma 
macroestrutura visível a olho nu. 
[2]
 
Uma peça chave para o desenvolvimento da metalografia foi a descoberta da 
microscopia óptica. Em 1665, Hook publicou a primeira imagem fractográfica obtida por 
microscopia de uma rocha sedimentar e estratificada, constituída de várias camadas 
concêntricas de carbonato de cálcio. 
[2]
 
A metalografia passou a ter destaque, em detrimento da fractografia, no final do 
século XIX, principalmente com os trabalhos de Martens (1878) na Alemanha, Osmond e Le 
Chatelier (1885) na França, Arnold e Stead (1894) no Reino Unido e Howe e Sauvert (1891) 
nos EUA(10-11).
[2] 
 
 
 
 
 
2. OBJETIVO 
Entender o funcionamento da metalografia e como aplicá-la a diferentes metais para 
poder caracteriza-los corretamente, desde as técnicas laboratoriais como preparação da 
amostra passando pela analise microscópica, até a interpretação dos resultados obtidos. 
3. MATERIAIS 
 Amostra de aço carbono 1010 (aço de baixo teor de Carbono, 0,10%p, com 
microestrutura predominantemente ferrítica). 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 OBSERVADO 
Observou-se preparação metalográfica do Aço Carbono 1010 em um processo 
demonstrativo, com intuito de entender técnicas básicas de preparação de amostras para 
análise microestrutural. Tal preparação consiste basicamente de cinco etapas, sendo elas: A) 
Corte, B) Embutimento, C) Lixamento, D) Polimento e E) Ataque Químico. 
A) As amostras foram cortadas em cortadeira do tipo cut-off; tendo o cuidado de realizar o 
corte vagarosamente para que a superfície não seja queimada no processo, uma vez que a 
qualidade do corte é de extrema importância para a preparação de um boa amostra; 
B) As amostras, já cortadas, foram embutidas em baquelite em embutidora a quente. Esse tipo 
de embutidora é adequada para materiais que suportam grandes temperaturas. Para materiais 
orgânicos (um dente, por exemplo) indicou-se o embutimento a frio, que é um procedimento 
mais rustico, mas que permite a não danificação desse tipo de amostra. 
Na embutidora a quente, a amostra ficou durante o padrão de 8 minutos no 
embutimento e 8 minutos no resfriamento. Observou-se a necessidade do controle de pressão 
até sua estabilização, visto que a não realização desse procedimento pode comprometer a 
qualidade do embutimento; 
C) O lixamento ocorreu após o embutimento da amostra e teve como finalidade a remoção de 
defeitos que dificultariam a observação dos grãos no microscópio óptico. Esta é etapa que 
demanda mais tempo em um processo de preparação metalográfica, dado que recomenda-se 
que as amostras sejam mantidas por, no mínimo, 20 minutos em cada uma das quatro 
lixadeiras. Utilizou-se lixas com abrasivo de Carbeto de Silício de granas 220, 320, 400 e 600; 
D) O polimento ocorreu sobre disco giratório com pano de polimento de feltro e suspensão de 
alumina com granulometria de 1 m. Após a finalização desse procedimento, a amostra 
apresentou aspecto espelhado e lustroso e nenhum defeito aparente; 
E) Por ultimo, o ataque químico teve intenção de revelar os microconstituintes da amostra. 
Para isso, a superfície polida foi imersa em solução de Nital 3% (Álcool Etílico + Ácido 
Nítrico). 
4.2 REALIZADO 
4.2.1 Observação da microestrutura 
Em laboratório, foi dada explanação sobre o funcionamento básico do microscópio 
óptico de luz refletida. Ressaltaram-se detalhes importantes para a captura de boas imagens e 
a adequada utilização do equipamento. 
Para observação da microestrutura e posterior determinação do tamanho dos grãos da 
amostra de Aço Carbono 1010, utilizou-se um aumento de 200 vezes. Após o ajuste do 
microscópio, foram capturadas um total de cinco micrografias, as quais deviam possuir 
contornos de grãos bem nítidos. 
4.2.2 Determinação do tamanho do grão 
Para a determinação do tamanho do grão ASTM (G), utilizou-se o Método do 
Intercepto. Foram traçados círculos de 100 mm de diâmetro em cada uma das cinco 
micrografias obtidas e feita contagem do número de grãos (N) interceptados pelos círculos. 
Em seguida, determinou-se o número de intersecções por mm (NL), obtido pela 
razão entre a multiplicação do número de grãos e do aumento utilizado (200x) pelo 
comprimento da circunferência traçada. 
O comprimento do Intercepto (l) foi obtido através do inverso do número de 
intersecções por mm. E, finalmente, determinou-se o tamanho do grão ASTM (G) para o Aço 
Carbono 1010 para cada região. 
5. RESULTADOS 
Aqui, apresenta-se cada um das cinco micrografias do Aço Carbono 1010, capturadas 
com o microscópio óptico em aumento de 200 vezes. Nelas foram traçadas circunferências de 
100 mm de diâmetro e feita contagem dos grãos interceptados pelo traço, de acordo com o 
Método do Intercepto. 
 É interessante salientar que, para resultados com maior fidelidade à realidade, a 
contagem de grãos a partir de métodos mais precisos é aconselhável. Todos os cálculos para a 
obtenção do tamanho do grão ASTM (G) encontram-se na sessão 6. 
Micrografia 1: 
 
 
 
 
 
 
Imagem 1: Método do Intercepto em Micrografia de Aço Carbono 1010 (Região 1) 
Micrografia 2: 
 
Imagem 2: Método do Intercepto em Micrografia de Aço Carbono 1010 (Região 2) 
 
Imagem 3: Método do Intercepto em Micrografia de Aço Carbono 1010 (Região 3) 
 
Micrografia 3: 
 
Micrografia 4: 
Imagem 4: Método do Intercepto em Micrografia de Aço Carbono 1010 (Região 4) 
Imagem 5: Método do Intercepto em Micrografia de Aço Carbono 1010 (Região 5) 
Micrografia 5: 
 
6. CÁLCULOS 
Inicialmente, foi feita a contagem dos grãos interceptados pelas circunferências de 
cada micrografias. 
Em seguida, o número de intersecções por mm (NL) é obtido através da equação 
abaixo: 
 
 
 
 
Onde M é o aumento utilizado (200x) e é o perímetro da circunferência escrita sobre as 
micrografias (D = 100 mm).O cálculo do comprimento do Intercepto (l) é obtido, segundo a expressão: 
 
 
 
 
E este parâmetro relaciona-se com o tamanho de grão ASTM (G) pela equação: 
 ( ) 
Abaixo, a tabela com os cálculos feitos: 
Micrografia 
Grãos 
Interceptados (N) 
Intersecções por 
mm (NL) 
Comprimento do 
Intercepto (l) 
Tamanho de 
grão ASTM (G) 
1 67 42,65 0,023 7,54 
2 64 40,74 0,025 7,41 
3 62 39,47 0,025 7,32 
4 58 36,92 0,027 7,13 
5 60 38,20 0,026 7,22 
O desvio-padrão ( ) para o tamanho de grão obtém-se a partir da expressão: 
 √
∑( )̅̅ ̅
 
 
 
Onde ̅ é o tamanho médio do grão ( ̅= 7,32). 
O desvio-padrão para o tamanho do grão é = 0,16. 
 
 
 
 
 
Tamanho do grão ASTM (G): (𝟕 𝟑 ± 𝟎 𝟐) 
7. APLICAÇÕES PARA O MATERIAL 
O Aço 1010 é um aço composto por 0,10% de carbono, que apresenta boa 
soldabilidade, baixa resistência mecânica e baixa usinabilidade
[3]
. Seus processos de 
fabricação não são controlados o tamanho de grão austenítico, os níveis de gases dissolvidos, 
o grau de pureza, etc. Sua aplicação é muito ampla na indústria em geral. A indústria 
automobilística emprega uma quantidade considerável deste aço na fabricação de peças que 
exijam flexão simples ou moderada. Carrocerias de veículos, bem como tampas de porta 
malas, e as portas do veículo muitas vezes são confeccionadas por este tipo de aço. Telhados, 
coberturas, portas e laterais das carcaças dos automóveis regulares também são feitos 
geralmente do mesmo tipo de aço. Peças de automóveis, tais como bobinas de reposição e 
painéis apresentam construção em aço com baixo teor de carbono. 
Quanto à sua estrutura, um material com granulação fina (que possui grãos 
pequenos) possui, geralmente, melhores propriedades mecânicas para serviços a temperatura 
ambiente ou baixas temperaturas. É, também, mais duro e mais resistente do que um material 
que possui granulação grosseira, uma vez que o primeiro possui uma maior área total de 
contornos de grãos para dificultar o movimento das discordâncias. Também aumentam os 
limites de escoamento, limite de resistência a tração. Enquanto, quanto maiores os grãos, mais 
dúctil é o material e maior é seu desempenho a altas temperaturas
[4]
. 
8. REFERÊNCIAS ELETRÔNICAS 
[1] Roteiro da aula prática da disciplina Materiais e Suas Propriedades da UFABC. AULA 
PRÁTICA 2a – Laboratório. 
[2] Disponível em: <http://profpaulofj.webs.com/oqueeparaqueserve.htm> Acesso em: 01 de 
nov. 2015. 
[3] Disponível em: 
<http://www.denversa.com.br/site/files/produtos/ba34aa7ebb8e04f694a76c816cee0afc.pdf> 
Acesso em: 01 de nov. 2015. 
[4] Disponível em: 
<http://www.esab.com.br/br/pt/education/apostilas/upload/apostilametalurgiasoldagem.pdf> 
Acesso em: 01 de nov. 2015.