APOSTILA METALOGRAFIA

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FACULDADE ESTÁCIO DE BELÉM
COORDENAÇÃO DE EXTENSÃO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CURSO DE EXTENSÃO
“PRÁTICAS METALOGRÁFICAS”
Ministrante: Yago Antônio de Lima Guedes
BELÉM-PA
2017
FACULDADE ESTÁCIO DE BELÉM
COORDENAÇÃO DE EXTENSÃO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CURSO DE EXTENSÃO
“PRÁTICAS METALOGRÁFICAS”
Apostila utilizada como material didático no 
Curso de Extensão: Práticas Metalográficas 
do Curso de Graduação de Engenharia 
Mecânica da Faculdade Estácio de Belém.
Autor: Yago Antônio de Lima Guedes
BELÉM-PA
2017
TERMO DE RESPONSABILIDADE AUTORAL
Eu, Yago Antônio de Lima Guedes, acadêmico do curso de Engenharia Mecânica, declaro para os devidos fins que o presente material, atende as normas técnicas e científicas exigidas na elaboração de textos.
As citações e paráfrases dos autores, quando utilizadas, estarão indicadas e apresentarão a origem da ideia do autor com as respectivas obras e anos de publicação. 
Caso não apresente estas indicações, ou seja, caracterize crime de plágio, estou ciente das implicações legais decorrentes deste procedimento. 
O Código Penal em vigor, no Título que trata dos Crimes Contra a Propriedade Intelectual, dispõe sobre o crime de violação de direito autoral – artigo 184 – que traz o seguinte teor: Violar direito autoral: Pena – detenção, de 3 (três) meses a 1 (um) ano, ou multa. E os seus parágrafos 1º e 2º, consignam, respectivamente: § 1º Se a violação consistir em reprodução, por qualquer meio, com intuito de lucro, de obra intelectual, no todo ou em parte, sem autorização expressa do autor ou de quem o represente, (...): Pena – reclusão, de 1 (um) a 4 (quatro) anos, e multa, (...). § 2º Na mesma pena do parágrafo anterior incorre quem vende, expõe à venda, aluga, introduz no País, adquire, oculta, empresta, troca ou tem em depósito, com intuito de lucro, original ou cópia de obra intelectual, (...), produzidos ou reproduzidos com violação de direito autoral. (Lei n.º 9.610, de 19.02.98, que altera, atualiza e consolida a legislação sobre direitos autorais, publicada no D.O.U. de 20.02.98, Seção I, pág. 3). 
Declaro, ainda, minha inteira responsabilidade sobre o texto apresentado no material (PRÁTICAS METALOGRÁFICAS) desenvolvido. 
Belém, de de .
Yago Antônio de Lima Guedes
INTRODUÇÃO
A engenharia sempre está busca da qualidade total, no que tange os materiais, pode-se fazer isso conhecendo suas propriedades, características e comportamentos. Uma das maneiras mais usuais de se conhecer tais informações é por meio da caracterização dos materiais, que pode se dá por meio dos ensaios dos materiais. 
Existem vários tipos de ensaios que mudam de acordo com o que se estuda e qual o objetivo do mesmo. Por exemplo, quando se quer conhecer o comportamento mecânico de certo material que será submetido a esforços trativos, submetem-se amostras deste material ao ensaio de tração. Os ensaios de caracterização dos materiais podem ser dos tipos mecânicos, químicos, tribológicos, de usinabilidade e no caso dos metais temos também, os metalográficos.
Os ensaios metalográficos têm a finalidade de estudar, por meio de técnicas macrográficas e/ou micrográficas, as estruturas dos metais, a fim de sabermos se o material passou por algum tratamento, por exemplo. Em outras palavras, é possível saber qual a “identidade” do metal.
Esta apostila tem por objetivo, descrever todo o processo do ensaio metalográfico micrográfico por meio da microscopia ótica, os procedimentos, os equipamentos e materiais utilizados, assim como, explicar de que maneira interpretar e tratar os dados obtidos.
Importante esclarecer que este material é uma compilação de obras de diversos autores, não contendo produção intelectual original. Além disso, não tem o objetivo de consecução de lucro, sendo somente um recurso de apoio didático.
Bons Estudos!
Belém, 15 de março de 2017
Tec. Mec. Yago Guedes
DEFINIÇÕES
1. Corpo de Prova – É uma parte retirada do produto original que será analisada, podendo ser a seção de uma peça que falhou, a seção de uma junta soldada, ou simplesmente uma parte de uma barra de aço.
2. Corte – Em alguns casos é necessário somente uma pequena parte do corpo de prova, que servirão como amostras para o ensaio metalográfico. Das operações mecânicas a que menos imprime alterações microestruturais relevantes é a de seccionamento por corte abrasivo, operação realizada no cut-off ou poli-corte por meio de discos abrasivos. Tal procedimento oferece como vantagens: superfícies planas e com baixas rugosidades além de ser seguro e rápido.
Figura 1 - “Cut-off” e discos de corte
Fonte: Google Imagens
2.1 Disco de Corte - Consistem em discos abrasivos finos, geralmente fabricados em alumina ou óxido de silicato. Em função da dureza do material a se cortar utiliza-se um disco especifico. Na tabela 1 ilustram-se alguns tipos de discos existentes. 
Tabela 1 - Tipos de discos de corte e materiais indicados para corte
	Tipo de Material
	Disco Struers
	Materiais super duros, com dureza maior ou igual a 50 HRC.
	01 - TRE
	Materiais duros e secções grandes, com dureza entre 50 e 35 HRC.
	02 - TRE
	Para uso geral em aços e ferro fundidos, principalmente dentro da faixa de 330 a 140 HB.
	03 - TRE
	Para aços moles, na faixa abaixo de 230 HB.
	04 - TRE
	Para tubos em geral, com qualquer seção.
	05 - TRE
	Disco delgado, para cortes delicados.
	07 - TRE
Fonte: ROHDE, 2008.
A escolha e localização da seção a ser estudada dependem basicamente da forma da peça e dos dados que se deseje obter ou analisar a mesma. Em geral, é efetuado o corte longitudinal ou o corte transversal na amostra. Na tabela 2 que segue demonstra-se a finalidade de cada tipo de corte.
Tabela 2 - Tipos de corte e sua finalidade
	Corte Longitudinal
	Corte Transversal
	Permite verificar o processo de fabricação
	Permite verificar a natureza do material
	Permite verificar se a peça passou por processo
	Permite verificar a homogeneidade
	Permite verificar a solda de barras
	Permite verificar a forma e dimensões das dendritas;
	Permite verificar a extensão de tratamento
	Permite verificar a profundidade de têmperas,
Fonte: ROHDE, 2008
3. Embutimento – É o processo de envolver a amostra metálica em resina, afim de se obter uma geometria que facilite o manuseio dos corpos de prova durante o lixamento e polimento, também é indicado no caso de a geometria das amostras apresentarem arestas que podem vir a danificar as lixas ou pano de polimento, assim como, permite que somente uma superfície da amostra seja ensaiada, no caso, a face da amostra. Existem dois tipos de embutimento, o a frio e a quente.
3.1. Embutimento à frio – A amostra metálica é posta em um molde no qual se despeja resina de rápida polimerização, normalmente se utiliza resinas epóxi, poliéster ou metil metal clirato.
Figura 2 – Resina poliéster e catalisador, molde e amostra embutida
Fonte: Google Imagens
3.2. Embutimento à quente – A amostra é colocada em uma prensa de embutimento, na qual também é despejada uma resina termossensível, normalmente baquelite.
Figura 3 – Baquelite, amostra embutida e prensa de embutimento, respectivamente.
Fonte: Google Imagens
4. Lixamento - Devido ao grau de perfeição requerida no acabamento de uma amostra metalográfica idealmente preparada, é essencial que cada etapa da preparação seja executada cautelosamente. A operação que tem por objetivo eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície dando um acabamento a esta superfície, preparando-a para o polimento. Existemdois processos de lixamento: manual (úmido ou seco) e automático. A técnica de lixamento manual consiste em se lixar a amostra sucessivamente com lixas de granulometria cada vez menor, mudando-se de direção (90°) em cada lixa subsequente até desaparecerem os traços da lixa anterior, vide figuras 5. O lixamento automático se dá em lixadeiras elétricas em que se utilizam lixas circulares do mesmo material das lixas metalográficas convencionais, a diferença é que nesse processo o movimento de lixamento é rotativo tendo que se ter o cuidado no manuseio da amostra para não ocorrência de acidentes. 
Figura 4 – Lixadeira manual para lixamento úmido
Fonte: Acervo próprio do autor.
Figura 5 – Posicionamento da amostra a cada troca de lixa
Fonte: ROHDE, 2008.
Figura 6 – Lixadeira elétrica circular
Fonte: Google Imagens
4.1 Lixas - Folha com material abrasivo destinado a dar à abrasão a peça. Sendo necessário variar a granulação da mesma para ir melhorando o acabamento (rugosidade superficial). No lixamento o poder de desgaste é avaliado pela dureza do grão e pela sua granulometria da lixa. A seqüência mais adequada de lixas para o trabalho metalográfico com aços é 100, 220, 320, 400, 600 e 1200. Geralmente, para os trabalhos metalográfico as lixas utilizadas têm como grão abrasivo o óxido de alumínio, em casos especiais, são utilizados o diamante e o carbeto de boro.
Figura 7 – Lixas metalográficas circulares e em tiras
Fonte: Google Imagens
5. Polimento – É a operação pós lixamento, que visa um acabamento superficial polido isento de marcas, utiliza para este fim pasta de diamante ou alumina. Antes de realizar o polimento deve-se fazer uma limpeza na superfície da amostra, de modo a deixá-la isenta de traços abrasivos, solventes, poeiras e outros. A operação de limpeza pode ser feita simplesmente por lavagem com água, porém, aconselha-se usar líquidos de baixo ponto de ebulição (álcool etílico, freon líquido, etc.) para que a secagem seja rápida. Existem vários processos de polimento, dentre eles: 
Polimento mecânico: É quando o mesmo é realizado através de uma Politriz. Pode ser manual, quando a amostra é trabalhada manualmente no disco de polimento que tem fixado um pano de polimento e automática quando as amostras são lixadas em dispositivos especiais e polidas sob a ação de cargas variáveis. O agente polidor mais utilizado para o polimento mecânico é o diamante, devido as suas características de granulometria, dureza, forma dos grãos e poder de desbaste.
Figura 8 – Politriz, pano de polimento e pasta de diamante
Fonte: Google Imagens
Polimento químico: Consiste em se tratar a superfície da amostra com uma solução química para obter o efeito do polimento desejado. É indicado para o perfeito acabamento de superfícies de alguns tipos de materiais que já sofreram o polimento mecânico, também chamado de polimento mecânico-químico ou polimento/ataque.
Polimento eletrolítico: Este processo permite obter, por dissolução anódica de um metal em um eletrólito, uma superfície plana, polida e perfeitamente espalhada para a observação metalográfica. A teoria eletrolítica diz que se dois eletrodos são colocados em uma solução condutora os íons negativos dirigem-se para o eletrodo positivo (ânodo) e os íons positivos para o eletrodo negativo (cátodo). Um ânodo metálico libera íons metálicos, os quais migrarão para o cátodo. Este fenômeno permite que todo ânodo seja transferido para o cátodo. O eletrólito é escolhido em função do tipo de material a ser polido.
De acordo com o método de polimento indicado, os materiais podem ser divididos em três grupos principais:
Materiais homogêneos comuns (aço cobre etc.): usa-se o polimento mecânico (pasta de diamante) podendo ainda ser usado o polimento eletrolítico. 
Materiais heterogêneos (ferro fundido, alumínio, ligas): são mais bem trabalhados por meio de polimento mecânico (pasta de diamante). Deve-se, porém dar um tratamento especial durante o polimento mecânico do alumínio e suas ligas. 
6. Ataque Químico - Exposição da superfície polida do corpo de prova a reagentes oxidantes. Os reagentes são função do material e dos constituintes macroestruturais que se deseja contrastar na análise metalográfica microscópica revelando assim as imagens da microestrutura do material. 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., os quais são posteriormente secados rapidamente através de um jato de ar quente fornecido por uma ventoinha elétrica ou secador. 
Figura 9 – Posição correta de secagem de amostra após limpeza
Fonte: ROHDE, 2008
Para o ataque químico são usados soluções aquosas ou alcoólicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos e vapores. O contraste varia em função da composição química, temperatura e tempo. Pode ser dividido em: Macro-ataque evidencia a macroestrutura, o qual pode ser observado a olho nu ou através de uma lupa de baixo aumento. Micro-ataque evidencia a estrutura íntima do material em estudo, podendo esta ser observada através de um microscópio metalográfico. Após o ataque químico a amostra deve ser rigorosamente limpa, para remover os resíduos do processo, através da lavagem em água destilada, álcool ou acetona, e posteriormente seca através de jato de ar quente.
Tabela 3 – Métodos de ataque químico
	Método
	Descrição e notas
	Ataque por imersão
	A superfície da amostra é imersa na solução de ataque; o método mais usado. 
	Ataque por gotejamento
	A solução de ataque é gotejada sobre a superfície da amostra. Método usado com soluções reativas dispendiosas. 
	Ataque por lavagem
	A superfície da amostra é enxaguada com a solução de ataque. Usado em casos de amostras muito grandes ou quando existe grande desprendimento de gases durante o ataque. 
	Ataque alternativo por imersão
	A amostra é imersa alternadamente em duas soluções. As camadas oriundas do ataque com a primeira solução são removidas pela ação do segundo reagente. 
	Ataque por esfregação
	A solução de ataque, embebida em um chumaço de algodão ou pano, é esfregada sobre a superfície da amostra, o que serve para remover as camadas oriundas da reação. 
Fonte: ROHDES, 2008
Tabela 4 – Reativos para ataque químico
	Designação metalográfica
	
	
	Composição
	Aplicação
	Cloreto de cobre-amônio em meio amoniacal
	10g cloreto de cobre-amônio 
120 ml água destilada Amoníaco até dissolver o precipitado 
	Reativo p/ micrografia de múltipla aplicação para ligas de cobre 
	Água oxigenada + Amoníaco
	1 parte de água oxigenada a 3% 
1 parte de amoníaco 
	Reativos para micrografia de contornos dos grãos de cobre 
	Ácido fluorídrico
	0.5 ml ácido fluorídrico 
99.5 ml água destilada 
	Reativo universal para micrografia de ligas de alumínio 
	Reativo V2A de Goerens
	100 ml ácido clorídrico concentrado 
100 ml água destilada 
10 ml ácido nítrico concentrado 0.3 ml de inibidor 
	Reativo para micrografia de aços inoxidáveis 
	Nital a 3%
	97 ml álcool etílico 
3 ml ácido nítrico concentrado 
	Reativo p/ micrografia de aço e ferro não ligado e de baixa liga, metal branco, ligas de magnésio. Também para aços de alta liga com estrutura martensítica. 
Fonte: ROHDE, 2008
7. Microscopia Ótica – É o procedimento de inspecionar a superfície tratada de uma amostra, a fim de obter imagens de sua estrutura revelada após todo o tratamento metalográfico. As imagens obtidas na microscopia são chamadas de fotomicrografias, as quais são feitas no Microscópio Ótico.
Figura 10 – Principais partes de um microscópio ótico
Fonte: Google Imagens
É importante que as imagens estejam na melhor qualidade possível, sejam feitas imagens nos mais variados aumentos e nas mais variadas posições da superfície.
PROCEDIMENTOS
Corte
1 - Colocara amostra no centro da mesa de fixação. O centro da mesa também é o centro do disco. 
2 - Fixar firmemente o corpo de prova com ambas as morsas; 
3 - Após ter se certificado da correta fixação do corpo de prova, posicionar o protetor acrílico do disco; 
4 - Verificar se o disco encontra-se em sua posição de descanso, sem tocar na amostra;
5 - Ligar o motor de acionamento do disco. Isto faz com que a bomba de fluido de corte também seja ligada; 
6 - Aplicar uma carga moderada do disco sobre o corpo de prova (evitando solavancos que podem romper o disco de corte) até que o corpo de prova esteja cortado; 
7 - Retornar o disco a sua posição de descanso e desligar o motor. 
8 - Soltar o corpo de prova da mesa de fixação; 
9 - Efetuar a limpeza do equipamento.
Embutimento
A frio - Este embutimento é feito com resinas auto polimerizáveis, as quais consistem geralmente de duas substâncias formando um líquido viscoso quando misturadas. Esta mistura é vertida dentro de um molde plástico onde se encontra a amostra, polimerizando-se após certo tempo. A reação de polimerização, é fortemente exotérmica, atingindo temperaturas entre 50 e 120° C. O tempo de cura varia de 0,2 a 24 h, dependendo do tipo de resina empregada e do catalisador.
A quente
1 - Posicionar o embolo da prensa de embutimento de modo que a face fique completamente visível; 
2 - Borrifar desmoldante no embolo inferior (para a Baquelite não ficar presa ao embolo). 
3 - Colocar a amostra com a face que se quer analisar para baixo (em contato com o embolo)
4 - Baixar o embolo letamente 
5 - Colocar a resina (baquelite) (3 a 5 medidas) 
6 - Borrifar desmoldante no embolo superior 
7 - Colocar o embolo superior 
8 - Colocar a tampa 
9 - Apertar a tecla Partida 
10 - Manter a pressão durante o processo entre 125 e 150 (Kgf/mm2) 
11 - Esperar a prensa de embutimento se desligar (No caso de ser automática) 
12 - Abrir a válvula de pressão 
13 - Remover a tampa da prensa 
14 - Fechar a válvula de pressão 
15 - Erguer o embolo até ser possível pegar o corpo de prova 
16 - Retirar o corpo de prova da prensa de embutimento 
17 - Efetuar a limpeza do equipamento.
Tabela 5 - Parâmetros para embutimento a quente, na prensa hidráulica de laboratório
	Tipo de Plástico
	Cor
	Nº de Medidas
	Pressão (Kgf/mm2)
	Tempo de aquecimento (min)
	Tempo de resfriamento (min)
	Baquelite
	Preta
	2 a 5
	125 a 150
	10
	5
	Lucite
	Transparente
	2 a 5
	125 a 150
	8
	4
Fonte: ROHDE, 2008.
Lixamento Manual Úmido
1 - Verificar se há todas as lixas necessárias para a preparação da amostra metalográfica 
2 - Verificar se há água 
3 - Fazer um ponto de referencia na amostra 
4 - Começar o lixamento de desbaste 
5 - Lixar ate que só restem os riscos da ultima lixa utilizada 
6 - Gire 90° e vá para a próxima lixa 
7 - Repetir passos 5 e 6 ate chegar na lixa de granulometria 1200.
Observações:
A seqüência mais adequada de lixas para o trabalho metalográfico com aços é 100, 220, 320, 400, 600 e 1200. Para se conseguir um lixamento eficaz é necessário o uso adequado da técnica de lixamento, pois de acordo com a natureza da amostra, a pressão de trabalho e a velocidade de lixamento, surgem deformações plásticas em toda a superfície por amassamento e aumento de temperatura. Esses fatores podem dar uma imagem falseada da amostra, por isso devem-se ter os seguintes cuidados: 
Escolha adequada do material de lixamento em relação à amostra e ao tipo de exame final; 
A superfície deve estar rigorosamente limpa, isenta de líquidos e graxas que possam provocar reações químicas na superfície; 
Riscos profundos que surgirem durante o lixamento deve ser eliminado por novo lixamento; 
Metais diferentes não devem ser lixados com a utilização da mesma lixa. 
Polimento
1 - Verificar se o pano da Politriz se encontra em condições de uso 
2 - Verificar se o pano de polimento está limpo 
3 - Verificar se o motor está funcionando corretamente 
4 - Ligar a água (bem pouco) 
5 - Colocar alumina no pano de polimento 
6 - Segurar a amostra levemente encima do pano de polimento, se recomenda movimentar a amostra o no sentido inverso ao do movimento do pano, mas para iniciantes recomenda-se apenas segurar a amostra encima do pano. 
Ataque Químico por Esfregação
1 – Verificar se a amostra está devidamente polida, limpa e seca, recomenda-se que a superfície esteja espelhada ao ponto de conseguir enxergar o próprio reflexo
2 – Utilizando luvas plásticas e com o auxilio de pinça, embebedar um chumaço de algodão na solução de ataque
3 – Esfrega-se o algodão na superfície da amostra afim de que toda ela seja atacada com a solução, o tempo de ataque é da ordem de 5 a 15 segundos
4 – Imediatamente após o tempo de ataque a superfície deve ser lavada com álcool e secada com ar quente corrente.
ATIVIDADE DE OBERVAÇÃO DE AMOSTRA METALOGRÁFICA
NOME: MATRICULA:
NOME AMOSTRA:
TIPO DE MATERIAL:
COMPOSIÇÃO QUÍMICA PROVÁVEL:
MÉTODO DE PREPARAÇÃO:
RESULTADOS:
Descrição da microestrutura observada:
Discussão e conclusões:
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CALLISTER JR, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: Volume I – Estrutura e Propriedades das Ligas Metálicas. 2 ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 4 ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2008.
GARCIA, Amauri et al. Ensaios dos Materiais. 2 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
ROHDE, Regis. Metalografia: Preparação de Amostras. 2 ed. Santo Ângelo: URI, 2008.
Insira aqui a fotografia tirada no microscópio metalográfico
Insira aqui a fotomicrografia encontrada na literatura a qual corresponde a fotomicrografia encontrada