relatorio metalografia

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
Engenharia Mecânica 
 
Relatório 
Preparação e Identificação de Amostras Metalógraficas
Bruno Bordini Grapeia, RA 004201500916
Bruno Henrique Carvalho de Camargo, RA 004201500096
Douglas Vasconcelos Silva, RA 004201500909 
Lucas Gabriel Teixeira Bassani, RA 004201501722 
Marcos José Pesente, RA 00420150784 
	
Prof. Osmar R. Bagnato
Ciência e Engenharia de Materiais
Campinas
2015
Índice
1	INTRODUÇÃO	3
2	 AÇO DEFINIÇÃO	4
2.1	Classificação dos Aços	4
2.2	Propriedades e aplicações dos aços baixo carbono	5
2.3	Propriedades e microestrutura dos aços medios cabono 	6
2.4	Propriedade e microestrutura dos açoss alto carbono	6
2.5	Aços inoxidaveis 	7
2.5.1	Tipos basicos de aços inox	7
3	 AÇO SAE 1020	7
4	 AÇO SAE 1045	7
5	FASES SOLIDOSPRESENTES	8
6	OBJETIVO 	9
7	MATERIAIS E EQUIPAMENTOS	9
7.1	Descriçõa dos processo realizados	9
7.1.1	Corte	9
7.1.2	Embutimento	10
7.1.3	Lixamento	11
7.1.4	Polimento	12
7.1.5	Ataque quimico	12
7.1.6 Microscopia	13
8	RESULTADO E DISCUSSÕES 	14
9	CONCLUSÃO	14
10	REFERENCIAS	15
Introdução
A metalografia, um dos principais ramos da metalurgia física, estuda a constituição, a estrutura e a textura dos metais. O exame metalográfico encara o metal sob o ponto de vista de sua estrutura, procurando relacioná-la às propriedades físicas, composição, processo de fabricação, etc., de modo a poder esclarecer, ou prever seu comportamento numa determinada aplicação. A observação das estruturas metálicas sob aumentos convenientes é de importância considerável tanto para os estudantes, engenheiros, como para os pesquisadores. É necessário ressaltar que tão-somente a análise química não permite concluir sobre as propriedades mecânicas, físicas ou mesmo tecnológicas de uma liga metálica, e que a metalografia preenche, pelo menos em grande parte, essa lacuna.								O conhecimento da história dos produtos fundidos, dos processos de elaboração das ligas e dos tratamentos térmicos e mecânicos a que foram submetidas serão necessário para desvendar a causa dos incidentes de fabricação e julgar as qualidades técnicas dos produtos obtidos.		A metalografia é, hoje, uma arte tecno-científica de suma importância na resolução dos problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas, informando a causa dos defeitos e objetivando uma melhoria tecnológica ou de desenvolvimento científico.					O exame metalográfico pode ser feito à vista desarmada (exame macrográfico) ou com o auxílio de um microscópio (exame micrográfico). Esses exames são feitos em secções do material, polidas e atacadas com reativos adequados. Em síntese, o exame metalográfico fornece dados sobre como o material ou peça foram feitos e também sobre sua homogeneidade.
Aço definição
O aço é uma liga de natureza relativamente complexa e sua definição não é simples, visto que, a rigor, os aços comerciais não são ligas binárias. De fato, apesar dos seus principais elementos de liga serem o ferro e o carbono, eles contêm sempre outros elementos
secundários, presentes devido aos processos de fabricação. Nestas condições, podemos definir o aço como sendo uma liga Ferro-Carbono, contendo geralmente de 0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos secundários (como Silício, Manganês, Fósforo e Enxofre), presentes devido aos processos de fabricação”. 
 
2.1 Classificação dos Aços
A definição de aço proposta acima permite uma distinção entre os aços carbono comuns e os aços ligados:
1. Aço-carbono são ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação;
2. Aço-liga são os aços carbono que contém outros elementos de liga, ou apresenta os elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais.
Os primeiros podem ser subdivididos em:
1. Aços de baixo teor de carbono, com [C] < 0,3%, são aços que possuem grande ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem (construção de pontes, edifícios, navios, caldeiras e peças de grandes dimensões em geral). Estes aços não são temperáveis;
2. Aços de médio carbono, com 0,3 < [C] < 0,7%, são aços utilizados em engrenagens, bielas, etc.. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência;
3. Aços de alto teor de carbono, com [C] > 0,7%. São aços de elevada dureza e resistência após a tempera, e são comumente utilizados em molas, engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas, etc..
Os aços-liga, por sua vez, podem ser subdivididos em dois grupos:
1. Aços de baixo teor de ligas, contendo menos de 8% de elementos de liga;
2. Aços de alto teor de ligas, com elementos de liga acima de 8%.
De modo geral, estes aços proporcionam uma grande economia de aço na estrutura, a um custo muito reduzido.
Figura 1 – Fluxograma classificação dos metais 
2.2 Propriedades e Aplicações dos aços baixo carbono
AÇO BAIXO CARBONO < 0,35% C
Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica. São fáceis de conformar e soldar. São aços de baixa dureza e alta ductilidade. Entre as suas aplicações típicas estão às chapas automobilísticas, perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas-de-flandres.
	
 
 Ferrita 	Perlita 
Figura 2 - Microestruturas dos aços baixo teor de carbono
2.3 Propriedades e microestrutura dos aços médio carbono 
AÇO MÉDIO CARBONO 0,3-0,6% C
São aços de boa temperabilidade em água. Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza. São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção: rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade.
 		
Ferrita	 Perlita 
Figura 3 – Microestrutura aços médio carbono
2.4 Propriedades e microestrutura dos aços alto carbono resfriados lentamente 
AÇO ALTO CARBONO > 0,6% C
Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade. Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste. Quando temperados são frágeis
		 
Somente Perlita
Figura 4 – Microestrutura aço alto carbono
2.5 Aços Inoxidáveis
São classificados segundo a microestrtura
Martensíticos (Fe, Cr)	 endurecidos por TT
Ferríticos (Fe, Cr)	 não endurecíveis por TT
Austeníticos (Fe, Cr, Ni) não endurecíveis por TT 
Nos aços inox o cromo Cromo tende a estabilizar a ferrita	, já o Níquel tende a estabilizar a austenita, melhorando a resistência à corrosão a alta temperatura.
2.5.1 Tipos basicos de aços inox 
Ferriticos 11%Cr20, %C0,3 Não podem ser tratados termicamente. São ferromagnéticos, podem possuir boas ductilidade e conformabilidade, mas suas características de resistência em altas temperaturas são ruins se comparadas à dos austeníticos. Sua tenacidade também pode ser limitada a baixas temperaturas e em seções pesadas. Não são endurecíveis por tratamento térmico e dificilmente por trabalho a frio.					Austeniticos 17%Cr25 ; 6%Ni20, Estrutura austenítica à temp. Ambiente, Não podem ser tratados termicamente, mais resistente corrosão. Não são endurecíceis por TT O encruamento aumenta bastante a resistência Normalmente, possuem excelentes propriedades criogênicas e excelentes resistências mecânica e à corrosão em altas temperaturas. Constituem a maior família de aços inoxidáveis, tanto em número de diferentes tipos quanto em utilização.		Martensiticos 12%Cr18;0,1%C1,2, Quando temperados atingem elevados níveis de dureza e resistência. Possuem uma estrutura cristalina martensítica na condição endurecida. Resistentes à corrosão somente em meios de média agressividade. São ferromagnéticos. Aços para cutelaria e instrumentos cirúrgicos
Aço SAE 1020O aço carbono SAE 1020 é um dos aços mais utilizados, devidos a sua baixa temperabilidade, excelente forjabilidade e soldabilidade, porem sua usinagem é relativamente pobre. Este tipo de aço pode ser aplicado em cementação com excelente relação custo beneficio comparado com aços utilizados para o mesmo proposito. A microestrutura presente neste aço no seu estado normalizado é perlita fina e ferrita como mostrado anteriormente.
Este aço é indicado para parafusos trefilados duros, chassis, discos de roda, peças em geral para maquinas e veículos submetidos a esforços pequenos e médios. E um aço altamente tenaz, particularmente indicado para fabricação de peças que devem receber tratamento superficial para aumento da dureza, principalmente cementação, utilizado ainda para eixos em geral forjados.
Aço SAE 1045
O aço SAE 1045 é classificado como aço de médio teor de carbono com 0,45% de carbono em sua composição. Possui boas propriedades mecânicas, como boa usinabilidade quando laminado a quente ou normalizado. Muito aplicado na construção mecânica, em peças forjadas e usinadas para o setor de máquinas e automóveis, entre outros.
Fases solidas presentes 
– FERRITA: solução de carbono em FERRO-α (CCC). Apresenta solubilidade de 0,008%p de C a temperatura ambiente e de no máximo, 0,02%p a 727 ºC. Apresenta boa plasticidade. 
– AUSTENITA: solução de carbono em FERRO - γ (CFC). Consegue Tecnologia dos Materiais Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono 4 
– AUSTENITA: solução de carbono em FERRO - γ (CFC). Consegue dissolver um teor de C muito mais alto do que a ferrita (até 2,11%p a 1148 ºC). Não-magnético.
 – CEMENTITA: (Fe 3C) composto intermediário, o CARBETO DE FERRO, é representado por uma linha vertical passando pela composição de 6,7%p C. É muito DURO e FRÁGIL. 
– FERRO-δ: solução de carbono em ferro com estrutura CCC, existente a altas temperaturas.
	Teor de Carbono
	Característica´´- da usinabilidade
	(baixo carbono) ≤ 0,2%
	Usinados em estado laminado. Quando submetidos ao encruamento.(exemplo: trefilação a frio) a dureza aumenta e produz um grão ferrítico pequeno, melhorando sua usinabilidade.
	(médio carbono) 0,2% a 0,3%
	Apresentam melhor usinabilidade quando apresentam estrutura Perlítica em seções acima de 75 mm de diâmetro. A melhor microestrutura é obtida através do tratamento térmico de normalização
	(médio carbono) 0,3% a 0,4%
	Possuem boa usinabilidade quando apresentam uma microestrutura Perlítica grosseira, com um mínimo de Ferrita obtida por recozimento
	(médio e alto carbono) 0,3% a 0,6%
	Apresentam melhor usinabilidade quando sua microestrutura é Perlítica lamelar e esferoidizada
	(alto carbono) > 0,6%
	Apresenta melhor usinabilidade com estrutura esferoidizada.
TABELA 1 - Caracterização da usinabilidade do aço em função da microestrutura
Objetivo 
Domínio da técnica de preparação metalográfica em amostras metálicas, observação e identificação microestrutural em microscópio óptico e registro digital das microestruturas.
7. Materiais e equipamentos
 - Amostras de diâmetro 25 x 10 mm nos seguintes materiais: 	aço 1020, 1045, 1060, 1080 e cobre.
- cortadora de amostras, embutidora, lixadeira, politrizes, microscópio óptico com câmara digital e seus acessórios para registro das imagens.
Descrição do procedimento realizado.
Corte
Para realizar o ensaio utilizamos o equipamento utilizado para o corte conhecido como “cut-off”, ou policorte, com discos abrasivos intensamente refrigerados (evitando deformações devido ao aquecimento) a relativas baixas rotações. Primeiramente pegamos o material para amostra com diâmetro de 25 x 10 mm a ser analisada e colocamos a amostra no centro da mesa de fixação e fixar firmemente o corpo de prova com ambas às morsas, após ter se certificado da correta fixação do corpo de prova, posicionar o protetor acrílico do disco e ligar o motor de acionamento do disco aplicando uma carga moderada do disco sobre o corpo de prova até que o corpo de prova esteja cortado após isso retornar o disco a sua posição de descanso e desligar o motor, soltar o corpo de prova da mesa de fixação.
Figura 5 – Maquina policorte e modelo
Embutimento
Para facilitar o manuseio de peças pequenas, evitarem a danificação da lixa ou do pano de polimento, abaulamento da superfície, que traz sérias dificuldades ao observador. O embutimento consiste em circundar a amostra com um material adequado, formando um corpo único. Como comentado anteriormente, o embutimento pode ser a frio e a quente, dependendo das circunstâncias e da amostra a ser embutida. No embutimento a quente, a amostra a ser analisada é colocada em uma prensa de embutimento com uma resina, sendo que o mais comumente utilizado é a baquelite; de baixo custo e dureza relativamente alta. Já no embutimento a frio a amostra é colocada em um molde que é preenchido com resinas sintéticas de polimerização rápida.
 
Figura 6 - Prensa de embutimento, baquelite.
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, é um dos processos mais demorados da preparação de amostras metalográficas. Operação que tem por objetivo eliminar riscos e marcas mais profundas da superfície dando um acabamento a esta superfície, preparando-a para o polimento. 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.			A sequência de lixas que usamos para o trabalho metalográfico com aços foi 220, 300, 400, 600. Para se conseguir um lixamento eficaz foi necessário um 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 alguns cuidados, a superfície deve estar rigorosamente limpa, isenta de líquidos e graxas que possam provocar reações químicas na superfície.
Figura 7 – Aluno lixando a amostra e tipo de lixa
Polimento
É uma operação pós lixamento que visa um acabamento superficial polido isento de marcas, utilizamos para este fim alumina. Antes de realizar o polimento fazemos uma limpeza na superfície da amostra, de modo a deixá-la isentam de traços abrasivos, solventes, poeiras e outros. A operação de limpeza pode ser feita com água, para que a secagem seja rápida. Existem cinco processos para a obtenção de uma superfície polida isenta de riscos. 	
Ataque químico
Seu objetivo é permitir a identificação (visualização) dos contornos de grão e as diferentes fases na microestrutura. Um reagente ácido é colocado em contato com a superfície da peça por certo tempo. O reagente causará a corrosão da superfície. Os reagentes são escolhidos em função do material e dos constituintes macroestruturais que se deseja contrastar na análise
Alguns grãos e fases serão mais atacados pelo reagente que outros. Isso faz om que cada grão e fase reflita a luz de maneira diferente de seus vizinhos. Isso realça os contornos e grão e dá diferentes tonalidades às fases permitindo sua identificação das mesmas no microscópio.
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. Uma amostra lixada e polida está pronta para o exame macro ou microscópico desde que os seus elementos estruturais possam ser distinguidos uns dos outros, através da diferenciação de cor, relevo, falhas estruturais como trincas, poros, etc. Ao incidir a luz sobre a superfície metálica polidahá uma reflexão uniforme, de modo que se faz necessário um contraste para distinguirem-se os detalhes de sua estrutura. Tal contraste é obtido por meio do ataque, o qual pode ser efetuado através de mudanças do sistema óptico empregado ou da amostra propriamente dita.
 Figura 8 – Secamento da amostra
Microscopia
O exame microscópico, com seus fatores de aumento, exige obviamente não só cuidados especiais, mas principalmente equipamento muito preciso e altamente especializado. Devido à natureza dimensional das amostras envolvidas, sua capacidade praticamente sempre a considerar, e as características comuns de superfície, assumiu formas específicas e geram uma série de técnicas e dispositivos que facilitam e às vezes só assim possibilitam a execução dessas técnicas. Mais precisamente, fala-se de posicionamento das amostras, iluminação apropriada e técnicas fotográficas. O microscópio visa à comodidade do operador, assim como, tornar mais fácil e nítida a microestrutura em observação.
Figura 9 - Amostra estudada e identificação do material pelo exame microscópico
 
 Resultados e discussões 
O resultado do ensaio metalográfico realizado em laboratório foi o estudo a fim de descobrir a que tipo de liga tem o material, porém, para fins de analise de microestrutura foi aplicado um procedimento onde cortamos os extremos da peça devido a algumas impurezas se concentrarem no local restando somente o meio da peça onde há uma maior concentração de cristais facilitando assim a analise, ao se observar a parte interna da peça é possível observar na figura 9 a imagem ilustrada no computador nos mostra que a amostra que foi estudada tende a ser um Aço carbono 1030.
						 
Conclusão
A experiência teve seu objetivo alcançado, demonstrando o resultado de um dos ensaios mais utilizados na indústria atualmente. O resultado do processo foi devidamente avaliado pela conformação de seus grãos, mas pela falta de tempo não possível fazer uma avalição mais detalhada da microestrutura.										No ensaio de metalografía realizou-se com o fim de obter toda a informação que é possível encontrar na estrutura dos diferentes materiais. Este ensaio foi realizado com a ajuda de um microscópio em onde se observa a estrutura de certas amostras, que nos permitirão concluir que tipo de liga se tem, contido de carbono (uma aproximação) e tamanho de grão. Uma vez consegue-se isto a amostra poderá ser relacionado com as propriedades físicas e mecânicas que se desejam.										
 Referencias 
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais - Escola Politécnica - Universidade de São Paulo;
The Pirotechnia. Vannoccio Biringuccio (1540). Traduzido por Cyril Stanley Smith e Martha Teach Gnudi. Dover Publications (1990)
The Sorby centennial symposium on the history of metallurgy. Cyril Stanley Smith. Gordon and Breach. AIME Metallurgical Society Conferences (1965).
http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2002/Martens.pdf
Metallography, an introduction to the study of the structure of metals, chiefly by the aid of the microscope. Arthur H. Hiorns. Ma cmillan and Co, London (1902).
http://www.aaa.uni- karlsruhe.de/download/PaulaSouza_0riginaltext.doc
COUTINHO, Telmo de Azevedo. Metalografia de Não-Ferrosos, Editora Edgard Blücher Ltda, São Paulo – 1980.
www.feng.pucrs.br/~eleani/Protegidos/classificacaoacos
http://www.unitau.br/unindu/artigos/pdf574.pdf