Aula 07 metalografia

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET 
Materiais de Construção Mecânica Aplicada - MCMA
Aula 07 – Metalografia – Analise visual dos materiais.
Outubro de 2017
Professor: Ms. Winston F. de L. Gonçalves
Referências:
Callister, W. “Engenharia e Ciências dos Materiais: Uma introdução” LTC Editora, 5ª Edição, 2002.
Metallography: An Introduction, Metallography and Microstructures, Vol 9, ASM Handbook, ASM International, 2004, p. 3–20.
Colpaert, H. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns.
Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1974.
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Metalografia
Metalografia é o ramo da ciência que estuda e interpreta a estrutura interna dos materiais, relacionando a mesma com a composição química, propriedades físicas e mecânicas. 
Henry Clifton Sorby – 1863 observou pela primeira vez uma microestrutura em microscópio. 
Figura 01: Comparação da escala pela imagem
Metalografia
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Vazios (rechupes, microrechupes e poros) 
Segregações
Estruturas: Tamanho e forma dos grãos 
Inclusões: Tipo, Tamanho, forma, distribuição 
Fases e constituintes 
Defeitos (trincas e fraturas) 
Extensão de tratamentos superficiais e revestimentos
Metalografia
Macrografia
Macrografia: Examina o aspecto de uma superfície, após lixamento e ataque químico. Possibilita, por exemplo, identificar o processo de fabricação (fundição, conformação mecânica, metalurgia do pó) e homogeneidade macroestrutural (química).
Figura 02: Macrografia de um meteorito (siderito) preparado em 1808 por Widmanstätten e Schreibers.
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Micrografia
Micrografia: Permite o estudo da microestrutura com o auxílio de microscópio óptico ou eletrônico, através da observação, quantificação e identificação de seus diversos constituintes (fases) em termos de fração volumétrica, tamanho, distribuição, morfologia, composição química, estrutura cristalina e textura das fases. Estas variáveis controlam as propriedades mecânicas dos materiais. 
Figura 03: Microestrutura de um ferro fundido branco com Fe3C (clara) e perlita (escura) 
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Etapas de Preparação
Escolha das amostras e das seções a serem estudadas (microestrutura é 3D e estaremos amostrando apenas cortes 2D)
Corte
Embutimento
Lixamento
Polimento
Inspeção sem ataque
Inspeção com ataque
Documentação em vários aumentos
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Escolha das amostras 
e da seção a ser estudada
 A escolha das amostras e da seção pode levar a conclusões distintas, daí a importância de entender o processo de fabricação ou de estudar várias seções.
Figura 04: Macroestrutura de junta soldada 
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Escolha das amostras 
e da seção a ser estudada
A escolha das amostras e da seção pode levar a conclusões completamente distintas de morfologia de precipitação, daí a importância de entender o processo de fabricação ou de estudar várias seções.
Figura 05: Vista da seção longitudinal e transversal de uma mesma amostra: barra produzida por deformação plástica 
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Seccionamento
1) Tipo e a quantidade de líquido refrigerante e o método de aplicação.
2) Pressão aplicada pelo disco sobre a amostra.
3) Tamanho e a velocidade do disco abrasivo.
4) Potência do motor do disco abrasivo.
5) Dureza do disco abrasivo.
6) Dureza do material da amostra.
7) Vibração do dispositivo "cut-off"
O corte da amostra deve ser efetuado de tal maneira que não altere a microestrutura do material em sua condição “como-recebido” (p.e.: super-aquecimento). São variáveis importantes durante este processo 
Figura 06: Discos abrasivos para corte de amostras 
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Seccionamento
Figura 07: Retífica manual, policorte e cutoff 
Embutimento
A montagem da amostra é realizada para facilitar o manuseio de peças pequenas. O embutimento consiste em circundar a amostra com um material adequado. O embutimento pode ser a frio e a quente, dependendo das circunstâncias e da amostra a ser embutida. 
Cuidados: Verificar se a face que estar embutindo é realmente a que se deseja observar, escolher o tipo certo de embutimento (quente, frio) dependendo do material, proteger a superfície que se deseja observar para não haver abaulamento e identificar a amostra.
Figura 08: Aspecto das amostras embutidas e de uma embutidora.
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Embutimento
Figura 09: Embutidos e moldes metalográficos.
Lixamento
Essa preparação exige que o uso de diversas lixas, com granulométrica sucessivamente menores (100#, 220#, 320#, 400#, 600#, 1000#, 1200# e 2000#) e uso de lubrificante. A técnica de lixamento manual consiste em se lixar a amostra sucessivamente com lixas de granulométrica cada vez menores, mudando-se de direção (90°) em cada lixa subsequente. 
 
Cuidados: Lubrificar a mostra para evitar aquecimento e impregnação, manter a amostra sob preção uniforme para evitar abaulamento. Lavar entre passos para evitar contaminação.
#: número de aberturas por polegada da peneira.
Figura 10: Aspecto da direção de lixamento e da superfície lixada
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	O polimento é mecânico realizado em seguida ao lixamento. Os agentes polidor é mais utilizados para o polimento mecânico são o diamante e a alumina (16 a 1 mm).
 
Cuidados que devem ser observados no polimento: 
 A superfície deve estar rigorosamente limpa: lavar entre etapas.
 A escolha adequada do tipo de abrasivo e pano; 
 Escolha de variáveis: velocidade, lubrificação e pressão adequadas ao material.
 Nunca polir amostras diferentes sobre o mesmo pano de polimento; 
 LIMPEZA. ATENÇÃO COM CONTAMINAÇÃO POR PARTÍCULAS ABRASIVAS DE TAMANHO MAIOR QUE ESPERADO = RISCO!
Polimento
Figura 11: Representação de um polimento.
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Polimento
Polimento de acabamento
	Polimento grosseiro
	Polimento intermédio
Figura 12: Aspecto da superfície polida.
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Polimento
	cometas (comet tails)
	riscos (scratches)
abaulamento (edge rounding)
Figura 13: Aspecto de superfície polida contendo erros de preparação.
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Polimento eletroquímico
	Este processo permite obter, por dissolução anódica de um metal em um eletrólito, uma superfície plana e polida, livre de deformação mecânica, para a observação metalográfica. O eletrólito é escolhido em função do tipo de material a ser polido. 
Figura 14: Aspecto de microestrutura de amostra polida por processo eletrolítico.
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Limpeza
Limpa-se com água com detergente em banho de ultrassom por cinco minutos.
Em seguida lava-se com água corrente abundante.
Posteriormente, lava-se com água destilada ou água deionizada corrente (por meio de uma pisseta).
Figura 15: Banho de ultrassom laboratorial.
Secagem de amostras
	
 Antes de a amostra sofrer o ataque, a mesma deve estar perfeitamente limpa e seca, por isso utilizam-se líquidos de baixo ponto de ebulição como o álcool, éter, etc. Evitar machas de secagem!
	
Incorreto
	
Correto
Figura 16: Posicionamento de amostra para secagem.
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Inspeção metalografica
Figura 17: Microscópios ópticos e estereoscópios
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Inspeção metalografica
	
Microscopia
Figura 18: Aspecto de um microscópio óptico.
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Inspeção metalografica
Figura 19: Detalhes da objetiva.
Inspeção metalografica
O exame ao microscópio da superfície polida sem ataque de uma amostra revela algumas características como inclusões, trincas e outras imperfeições físicas (incluindo-se defeitos no polimento propriamente dito).
Figura 20: Aspecto da microestrutura de um aço após polimento sem ter sido atacada.
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Inspeção metalografica
	
Inspeção sem ataque “nível de inclusões” SEÇÃO?
Figura 21: Tabela ASTM E45 para caracterização do tipo de inclusão de aço.
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Inspeção metalografica
Figura 22: Tabela ASTM E112 para caracterização do tamanho do grão.
Inspeção metalografica
Figura 23: Detalhe de um corte de seção de trilho de trem. 
Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV
Desde a sua invenção na década de 60, o microscópio eletrônico de varredura (MEV) tem se tornado essencial aos analistas de materiais e pesquisadores no desenvolvimento
de novos materiais e análise de falhas. Permite a observação de estruturas tridimensionais que são facilmente interpretadas. 
Figura 24: Microscópio Eletrônico de Varredura – MEV (JEOL). 
Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV
Figura 25: Elementos essenciais de um MEV. 
Canhão de Elétrons - O sistema ótico do instrumento é a coluna eletro-óptica. Não há luz no MEV, tendo como fonte geradora da imagem uma emissão de elétrons. O feixe de elétrons emitido é produzido em um canhão de elétrons. 
Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV
Figura 26: Detalhes de canhão de elétrons do MEV.
Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV
Figura 27: Detalhes da imagem obtida pelo MEV.
Ataque químico - Revelação
Para destacar e identificar características microestruturais ou fases presentes nas amostras é utilizado o ataque químico em microscopia óptica. O reagente é preparado (ácido sobre solvente) e despejado em uma pequena cuba de vidro (vidro relógio) e a amostra é imersa na solução. Deve-se tomar cuidado para não permitir o contato da amostra com o fundo da cuba. Recomenda-se que esta operação seja realizada usando-se luvas ou por meio de uma tenaz.
Figura 28: Procedimento de ataque metalografico.
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Ataque metalografico
	
Inspeção com ataque “ caracterização microestrutural (aço baixo carbono)”
Figura 29: Microestrutura de um aço submetido a diferentes ataques.
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Ataque metalografico
	
Inspeção com ataque “caracterização microestrutural (aços carbono)” composição química e proporção das fases => propriedades mecânicas
Figura 30: Aspecto microestrutural de aços com diferentes teores de carbono.
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Ataque metalografico
	
Inspeção com ataque “ferro fundido cinzento (lamelar)” aumento
Figura 31: Microestrutura de um ferro fundido cinzento.
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Exemplos de analises
Figura 32: Fractografia de um tento de aço galvanizado em estereoscópio.
Figura 33: Fractografia do mesmo tento de aço galvanizado em MEV.
Exemplos de analises
Exemplos de analises
Figura 34: Caracterização de grãos do mesmo tento de aço galvanizado microscópio óptico.
Exemplos de analises
Figura 35: Conector USB com bolhas.
Figura 36: Medidas de protuberância em tubetes de fibra óptica.