Relatório 4 - Macrografia de Materiais Metálicos

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
ANA LUÍSA TERESAWA SENRA 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
 
 
 
 
 
 
MACROGRAFIA DE MATERIAIS METÁLICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MARÇO/2014
 
ANA LUÍSA TERESAWA SENRA 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
 
 
 
 
 
 
 
 
MACROGRAFIA DE MATERIAIS METÁLICOS 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Dr. André Luís Moreira de Carvalho 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MARÇO/2014 
 
SUMÁRIO 
 
1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
2.1 APLICAÇÕES DA MACROGRAFIA ................................................................. 3 
2.2 PREPARO DE UM CORPO DE PROVA .......................................................... 3 
2.2.1 Lixamento ......................................................................................................... 4 
2.2.2 Ataque químico ................................................................................................. 4 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 5 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 5 
3.2 PROCEDIMENTOS .......................................................................................... 6 
3.2.1 Lixamento ......................................................................................................... 6 
3.2.2 Limpeza e secagem .......................................................................................... 6 
3.2.3 Ataque químico ................................................................................................. 7 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 8 
4.1 AÇO CEMENTADO .......................................................................................... 8 
4.2 AÇO SOLDADO ............................................................................................... 9 
4.3 FERRO FUNDIDO .......................................................................................... 10 
4.4 ALUMÍNIO FUNDIDO ..................................................................................... 12 
4.5 PISTÃO DE ALUMÍNIO .................................................................................. 13 
4.6 IMPRESSÃO DE BAUMANN .......................................................................... 14 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................. 15 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 16 
 
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1 OBJETIVOS 
Análise macrográfica de superfícies planas metálicas através da 
preparação da superfície das amostras por procedimento de lixamento, e em 
seguida de ataque químico (reagentes) de modo a revelar informações 
detalhadas da origem do processo de fabricação tais como linhas de fluxo, 
dendritas, inclusões, segregações, solda, entre outras. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Como o próprio nome sugere, a macrografia consiste numa análise mais 
qualitativa dos aspectos gerais da amostra. O exame é realizado à olho nu ou 
com a ajuda de uma lupa. A estrutura observada é denominada 
macroestrutura. 
 
2.1 APLICAÇÕES DA MACROGRAFIA 
 
A macrografia possibilita a observação da heterogeneidade química 
existente resultante da estrutura de solidificação assim como as alterações 
sofridas por esta em tratamentos posteriores. Utilizando esse método é 
possível observar as linhas de fluxo, estrutura colunar e equiaxial ou mesmo 
dendritas. Pode evidenciar a distribuição das impurezas metálicas, não 
metálicas e gasosas contidas na estrutura. 
Com a macrografia podem ser apontados defeitos no material, tais 
como: inclusões, poros e trincas. Para peças soldadas, zona termicamente 
afetada e profundidade do cordão de solda. 
 
2.2 PREPARO DE UM CORPO DE PROVA 
 
Para que a estrutura de um material possa ser analisada de forma 
coerente, é preciso retirar a amostra de um local favorável da peça em estudo. 
Esse local é determinado de acordo com o defeito que se deseja especificar, 
relacionando o aspecto visual da peça com as técnicas de processamento 
utilizadas [1]. 
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2.2.1 Lixamento 
 
A superfície da amostra deve estar lisa para facilitar a visualização das 
suas características a olho nu. Cada material possui um método próprio para 
tratamento da sua superfície, utilizando diversos tipos de lixamentos e 
polimentos que não devem alteram as características originais da amostra. 
Para o lixamento é normalmente utilizada uma sequência gradual de 
lixas, partindo da mais grossa para a mais fina [1]. A lubrificação pode ser feita 
utilizando uma corrente de água. 
 
2.2.2 Ataque químico 
 
Um ataque químico ácido ou alcalino é utilizado para evidenciar as 
imperfeições na estrutura do material. Isso porque regiões como contornos de 
grão, trincas, poros e interfaces possuem uma energia associada, o que as 
torna muito mais suscetíveis a um ataque químico. O reagente utilizado atua 
majoritariamente nessas regiões, tornando-as nítidas. 
Novamente, cada material possui um reagente próprio para seu ataque 
químico. Também podem variar a forma e o tempo aplicação, assim como a 
temperatura da superfície e do reagente envolvido [1]. 
A amostra pode ser inteiramente mergulhada em reagente, ou tê-lo 
aplicado apenas em sua superfície. A amostra pode ainda ser exposta a um 
papel fotográfico de brometo de prata com uma solução de – impressão 
de Baumann. 
Na impressão de Baumann, o ácido se decompõe em nas inclusões 
da peça, e reage com o brometo de prata do papel, formando um negativo da 
imagem ( ). O papel é mergulhado em hipoclorito de sódio para fixar a 
imagem. 
Sobre os reagentes usados em laboratório, o mais utilizado é o Nital, 
que é uma solução de acido nítrico em álcool etílico, não ataca a ferrita nem a 
cementita, porém delineia os seus contornos e colore com uma cor escura a 
perlita. A perlita escurece, pois o reativo ataca a linha de contato entre a ferrita 
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e as lamelas de cementita e, como essas linhas estão bem próximas, a área 
perlítica se apresenta como uma hachurada. E o Poulton que é uma solução de 
ácido clorídrico, ácido nítrico, água e uma pequena quantidade de cloreto de 
ferro, usada geralmente para metais não ferrosos [2]. 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 
 Pistão de liga de alumínio 
 Ferro fundido cinzento 
 Aços soldados 
 Fuso de aço cementado 
 Lixadeira d'água 
 Lixas de diferentes granulometrias: 150, 240, 320, 400 e 600 
Mesh. 
 Algodão 
 Solução de nital 
 Solução de Poulton 
 Pinça 
 Álcool 
 Compressor de ar 
 Papel fotográfico de brometo de prata 
 Solução aquosa de ácido sulfúrico 
 Hipossulfito de sódio 
 
 
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3.2 PROCEDIMENTOS 
 
3.2.1 Lixamento 
O material abrasivo destinado a desbastar partes irregulares da peça, 
tomando sua superfície mais homogênea, é a lixa. Lixas possuem as maisvariadas granulações, que representam a dimensão dos seus grãos, quanto 
maior este número, menos é a sua granulação, assim, quanto maio o número, 
melhor o acabamento superficial. 
Foram utilizadas uma série de lixas, de granulometria 150 Mesh, 240 Mesh, 
320 Mesh, 400 Mesh e 600 Mesh, iniciando com a 150 Mesh e terminando com 
a 600 Mesh, uma vez que a de 150 Mesh tem a granulação mais grossa e 
conforme aumenta o numero a granulação da lixa é mais fina. Em cada uma 
das fases de lixamento, deve-se tirar o excesso de material na superfície com 
água e ar comprimido, em seguida, começar o lixamento novamente, com a 
nova lixa, com a peça virada 90° e lixada até sumirem as marcas da peça da 
lixa anterior. 
A técnica utilizada para o lixamento foi manual e refrigerada a água 
corrente, com tal técnica podem ser observadas deformações plásticas e riscos 
não esperados na superfície devido a calor, velocidade de lixamento errada e 
ou pressão diferente em diferentes lugares do material. 
 
3.2.2 Limpeza e secagem 
Materiais metálicos sofrem ataque químico, reagem e formam óxidos, logo, 
a limpeza e secagem são necessárias para evitar a reação. Contudo, é de 
extrema importância lavar a amostra em água corrente, retirando todos os 
resíduos, e ir rapidamente para a mangueira de ar comprimido para secar a 
amostra. 
 
 
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3.2.3 Ataque químico 
 Impressão de Baumann 
Consiste em mergulhar um papel fotográfico em uma solução de H2SO4 
por cinco minutos, e então, colocar a amostra em cima do papel e deixá-la por 
5 minutos. Nesse período o ácido sulfúrico decompõe as inclusões, com 
desprendimento do ácido sulfídrico, marcando o papel fotográfico. Depois de 
retirada a amostra, o papel é colocado em um fixador por 10 minutos, 
revelando a impressão. 
 
 Ataque por Poulton 
A solução consiste em 12mL de ácido clorídrico, 6mL de ácido nítrico, 1mL 
de água e 1mL de HF. Colocamos em baixo da capela as ligas de alumínio e 
com algodão e uma pinça colocou-se a solução na amostra até que a 
macroestrutura desejada fosse revelada. Depois disso a amostra foi lavada e 
seca com ar comprimido. 
 Ataque por Nital 
Para as amostras de ferro fundido e aços soldados o reagente mais 
comum utilizado é o nital. O nital consiste em uma solução com 2mL de HNO3 
e 96mL de álcool. Usa-se a mesma técnica do ataque por Poulton, a solução é 
colocada sobre a superfície lixada com o auxilio da pinça com algodão, é feito o 
ataque até o ponto em que a macrografia desejada fosse alcançada, então 
lavou-se as amostras e secou-as. 
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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Realizados os acabamentos superficiais e os ataques nas diferentes 
amostras, o resultado foi registrado em fotografias. Cada uma delas revela 
detalhes interessantes sobre as amostras. 
 
4.1 AÇO CEMENTADO 
 
A cementação é um processo simples para endurecimento superficial, 
pois utiliza o conceito de difusão no estado sólido. Nessa situação, uma peça 
de aço é exposta por certo tempo numa dada temperatura a uma atmosfera 
rica em carbono até que ele se difunda pelo metal, formando uma faixa de 
cementita na superfície. 
Por ser um processo termicamente ativado, é importante monitorar 
tempo, temperatura e concentração de carbono envolvidas. Uma das formas de 
observar o progresso de uma cementação é com uma macrografia. 
Na Figura 1 temos o detalhe de um aço cementado. A faixa mais escura 
na superfície teve um acréscimo de carbono para seu endurecimento, e é 
notável uma falta de uniformidade nesta faixa. A diferença de espessura na 
cementação denota que não houve controle adequado da concentração de 
carbono, da temperatura ou do tempo [5]. 
 
Figura 1: Fuso de aço cementado. 
 
 
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4.2 AÇO SOLDADO 
 
Os processos de soldagem envolvem temperaturas muito elevadas. Por 
conta da proximidade dos componentes, essa temperatura se traduz não só na 
fusão do cordão de solda, Erro! Fonte de referência não encontrada., como 
ambém no surgimento de vários defeitos indesejados. Um desses defeitos é a 
zona termicamente afetada [3]. 
 
Figura 2: Corte em chapas de aço unidas por soldagem, onde fica evidente o cordão de solda. 
 
 
 
Na Figura 3 é possível observar que os cordões de solda estão 
circundados por uma região mais clara que o metal base. Esta região sofreu 
grande influência do calor e provavelmente teve sua microestrutura alterada. 
 
Figura 3: Detalhe para a zona termicamente afetada em duas peças de aço soldadas. 
 
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4.3 FERRO FUNDIDO 
 
O processo de solidificação nos metais acompanha o fluxo de calor. 
Diferentes estruturas podem ser formadas no interior do material de acordo 
com a forma de resfriamento do molde. De fato, cada grão se forma 
primeiramente pelo resfriamento de algumas camadas, sendo que o líquido 
remanescente entre elas se solidifica mais tarde. Estas camadas externas do 
grão formam estruturas em formas de microscópicos pinheiros chamadas de 
dendritas [4]. 
 
Figura 4: Ferro fundido apresentando dendritas. 
 
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Alguns aglomerados dessas estruturas podem ser observados na 
 
Figura 4. A formação de dendritas está relacionada com uma 
microporosidade no material, pois há diferença na temperatura e na 
solidificação no líquido entre as dendritas. Essa microporosidade pode ser 
reduzida reaquecendo o material para uniformizar a estrutura do material [4]. 
 
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4.4 ALUMÍNIO FUNDIDO 
 
Ainda no que diz respeito ao processo de solidificação de metais, outro 
fenômeno possível de ser visualizado em macrografia é a formação de grãos 
colunares, como na Figura 5. 
 
Figura 5: Diferentes regiões de solidificação em uma amostra de alumínio. 
 
 
 
Nesse caso, é possível observar que a solidificação do alumínio começou na 
superfície, onde a temperatura era menor, e prosseguiu em direção ao centro, 
de maior temperatura. Essa situação ocasiona grão colunares. Na região 
central, por outro lado, há a formação de grãos equiaxiais, cujo crescimento é 
limitado por grãos vizinhos semelhantes, que foram nucleados praticamente ao 
mesmo tempo [5]. 
 
 
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4.5 PISTÃO DE ALUMÍNIO 
 
Analisando a superfície do pistão atacada durante a macrografia, 
também é possível observar uma direção preferencial orientada pelo fluxo de 
calor na solidificação. Entretanto, isso não fica tão evidente devido à 
granulometria fina do material, e também à geometria complexa da peça, que 
ocasiona uma transferência de calor desigual. 
 
Figura 6: Grãos finos de um pistão de alumínio. 
 
 
 
 
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4.6 IMPRESSÃO DE BAUMANN 
 
A técnica da Impressão de Baumann é uma das técnicas mais antigas 
de macrografia, permitindo diferenciar regiões de uma peça de acordo com as 
concentrações de enxofre em cada uma. 
 
Figura 7: Impressão de Balman realizada em uma engrenagem 
 
 
 
Na Figura 7 é possível observar que a engrenagem analisada possuía 
um alto teor de enxofre, mas também que sua superfície havia sofrido algum 
tipo de tratamento – provavelmente uma cementação – devido à diferença de 
coloração apresentada nessa região. 
 
 
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5 CONCLUSÃO 
 
Com a realização da prática percebeu-se a real importância dos diversos 
tipos de análises macroscópicas. Verificou-se também que, dependendo do 
material a ser estudado e dos fatores que devem ser postos em observação, 
pode-se escolher entre diversas técnicas de ataques ou diferentes análises. 
Concluiu-se que questões importantes na hora de avaliar o uso ou não 
de um material para determinada aplicação podem seridentificadas através de 
uma macrografia. Podemos citar: presença de solda e conseqüente zona 
termicamente afetada, estruturas dendríticas, presença de elementos como 
enxofre e carbono, presença de trincas, poros, etc. 
Com os ensaios percebeu-se a importância da preparação das amostras 
(lixamento) antes do ataque nas amostras. O lixamento gera superfícies mais 
planas e homogêneas, retira camadas indesejáveis de material, entre outros, o 
que auxilia na hora da observação dos corpos de prova antes e depois do 
ataque. 
Porém, a macrografia só deve ser utilizada para se estabelecer uma 
visão grosseira do material, caso seja necessário um resultado mais minucioso 
e com maiores detalhes, a técnica que deve ser utilizada é a micrografia. 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
1. BORGES, J. N. Preparação de Amostras para Análise Microestrutural. 
Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis. 
2. COLPAERT, H. Metalografia de Produtos Siderúrgicos Comuns. 2ª. ed. 
São Paulo: [s.n.], 1965. 
3. FORTES, C. Metalurgia da Soldagem. ESAB, São Paulo, 2004. 
4. SOARES, M. Ferros e Aços I-20. São Paulo. 2009. 
5. MILAN, M. T. et al. Metais - Uma visão Objetiva. São Carlos: Escola de 
Engenharia de São Carlos.