RELATÓRIO DE MCM

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Engenharia Mecânica
RELATÓRIO LABORATÓRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
Contagem
2013
RELATÓRIO LABORATÓRIO DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
Relato das atividades práticas do Laboratório de Materiais de Construção Mecânica da graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.
Professora: Augusta Cerceau Isaac Neta 
Contagem
2013
SUMÁRIO
1-INTRODUÇÃO									4
2-EXAME MACROGRÁFICO								5
	2.1-Preparação do corpo de prova para macrografia 				5
	2.2-Exame e interpretação de macrografias 					5
3-O EXAME MICROGRÁFICO							6
	3.1-Preparação dos corpos de prova para micrografia			7
	3.2-Divisão do ensaio micrográfico						9
	3.3-Detalhes adicionais para o exame de micrografia				9
4-PRÁTICA EXPERIMENTAL 1							10
	4.1-Realização da análise micrográfica						10
	4.1-Objetivo										10
	4.3-Materiais usados								11
	4.4-Equipamento utilizado								11
	4.5-Metodologia									11
5- MICRODUREZA VICKERS							12
6- PRÁTICA EXPERIMENTAL 2							13
	6.1- Realização da análise da microdureza Vickers				13
	6.2- Objetivo										13
	6.3- Materiais utilizados								13
	6.4- Equipamento utilizado							13
	6.5- Metodologia									13
7- CONCLUSÃO									14
8- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS						14
PRÁTICA DE LABORATÓRIO: O EXAME METALOGRÁFICO E MICRODUREZA VICKERS
INTRODUÇÃO 
	A metalografia é um dos principais ramos da metalurgia física e busca estudar 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 suas 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 tecer considerações satisfatórias sobre as propriedades físicas de uma liga metálica (mecânicas, elétricas, magnéticas, etc.) 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 necessários para desvendar a causa dos incidentes de fabricação e julgar as qualidades técnicas dos produtos obtidos. A metalografia é, hoje, uma ferramenta de suma importância na busca de soluções para problemas e da durabilidade de componentes metálicos quando submetidos às condições de serviço, que, a cada dia, tornam-se mais severas. Esta técnica traz informações acerca da causa dos defeitos, objetivando uma melhoria tecnológica ou de desenvolvimento científico do produto. O exame metalográfico pode ser feito à vista desarmada ou no máximo com o auxílio de uma lupa (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 e peças foram feitos e também sobre sua homogeneidade.
	Várias das aplicações da dureza Vickers estão voltadas para o ensaio de microdureza. Este método está associado à determinação da profundidade de superfícies carbonetadas, temperadas ou que sofreram algum processo de endurecimento superficial, além da determinação da dureza de constituintes individuais de uma microestrutura, de materiais frágeis, de peças muito pequenas ou extremamente finas. As cargas de ensaio são baixas, variando desde algumas gramas até alguns poucos quilos. Este método foi desenvolvido no início da década de 1920 como uma alternativa ao Brinell. Uma das grandes vantagens é que os cálculos da dureza não dependem das dimensões do penetrador. O mesmo penetrador pode ser usado nos ensaios de diversos materiais, independentemente da dureza. Além disso, esta é uma das escalas mais amplas entre as usadas para medição de dureza e pode ser utilizada para todos os metais, com uma grande precisão de medida. A grande vantagem deste método é a pequena impressão deixada, sendo que este procedimento é utilizado em ensaios de micro e nano-dureza, na qual é possível analisar cerâmicas e finíssimas camadas de revestimento. As desvantagens são a necessidade de preparar a amostra previamente e o uso de um microscópio adequado.
2)	O EXAME MACROGRÁFICO
	A macrografia consiste no exame do aspecto de uma peça ou amostra metálica, segundo uma seção plana devidamente polida e, em geral, atacada por um reativo apropriado. A palavra macrografia também é empregada para designar os documentos que reproduzem a macroestrutura, em tamanho natural ou com aumento máximo de 10 vezes. Pela macrografia obtém-se informações de caráter geral, tais como: um aspecto de conjunto sobre a homogeneidade do material da peça, a distribuição e quantidade de certas impurezas, processos de fabricação, etc.
2.1	Preparação dos corpos de prova para macrografia
1. Escolha e localização da seção a ser estudada: Alguns critérios para esta escolha serão definidos pela forma da seguir exemplifica a escolha de uma seção mais apropriada para o estudo.
2. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: A obtenção da superfície compreende três etapas: a do corte ou do desbaste, a do lixamento e a do polimento. A etapa do corte é feita com serra ou com cortador de disco abrasivo do tipo "cut-off" e localiza a superfície a examinar. Quando o corte não é viável, recorre-se ao desbaste que é praticado com o esmeril comum ou com auxílio da plaina até atingir a região que interessa. Por meio de uma lixadeira mecânica termina-se esta primeira etapa, a qual obterá uma superfície plana, bem retificada e com a orientação desejada.
3. Ataque desta superfície por um reagente químico adequado: Quando uma superfície polida é submetida uniformemente a ação de um reativo, acontece, quase sempre, que certas regiões são atacadas com maior intensidade do que outras. Esta diferença de atacabilidade provém habitualmente de duas causas principais; diversidade de composição química ou de estrutura cristalina.
2.2	Exame e Interpretação de Macrografias
O que macrograficamente se pode constatar, em conseqüência da ação do reativo, resulta do contraste que se estabelece entre as áreas de composição química diferente ou entre as de cristalização diferente. O contraste decorre do fato de certas regiões escurecerem muito mais do que outras.
Figura 1. Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque: iodo
O EXAME MICROGRÁFICO
	O estudo dos produtos metalúrgicos, com auxílio de microscópio (aumentos maiores de 10 vezes), visa a determinação de seus constituintes e de sua textura. Este estudo também é feito em superfícies polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado. Convém esclarecer que os metais de um modo geral, são agregados cristalinos cujos cristais (perfeitamente justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idênticos, como de composição química diferente. Esses cristais chamam-se geralmente grãos em virtude de sua conformação, mas quando apresentam formas ou aspectos particulares, podem chamar-se nódulos, veios, agulhas, glóbulos, etc. 
Figura 2-Diferença brusca de granulação em aço extradoce posta em evidência pelo ataque com reativo de ácido nítrico seguido de um ataque por oxidação. 50 x.
Figura 3- Encruamento intenso por martelamento a frio, de um aço meio duro. Grãos fortemente deformados. Ataque: nítrico. 200x.
Figura 4-Aspecto comum de aço meio duro, moldado no estado bruto de fusão. Ataque: nítrico. 75 x (Metalografia dos Produtos).
Figura 5- Aço com aproximadamente 0,5%C esfriadolentamente. Grãos de perlita e rede de grãos de ferrita. Ataque Nital 2% - 160xm (laboratório de Materiais – PUC Minas)
	A importância deste exame decorre do fato de as propriedades mecânicas de um metal dependerem não só de sua composição química como também de sua textura. Com efeito, um aço pode ser mais mole, duro, duríssimo, quebradiço, elástico, tenaz, etc., de acordo com o percentual de carbono para aços comuns), o que determina a presença constituintes específicos.
3.1	Preparação dos Corpos de Prova para Micrografia
As técnicas de preparação das amostras são semelhantes as da macrografia, apenas com algumas particularidades em função do aumento ao qual a amostra será submetida e do objetivo da análise.Um ensaio micrográfico usual pode ser dividido nas seguintes fases:
1. Escolha e localização da seção a ser estudada: 
Um corte, preferencialmente, na seção transversal é feito se o objetivo do ensaio é verificar:
• a natureza do material: aço, ferro pudlado;
• se a secção é inteiramente homogênea ou não, bem como a forma e intensidade da segregação;
• a posição, forma e dimensões das bolhas e das dendritas;
• a existência de restos de vazio;
• se a peça sofreu cementação, a profundidade e regularidade desta ou a profundidade da têmpera;
• se um tubo é inteiriço, caldeado ou soldado;
• certos detalhes de soldas de chapas ( seção transversal da solda);
• no caso de ferramentas de corte caldeadas, a espessura e regularidade das camadas caldeadas (secção perpendicular ao gume);
• a regularidade e a profundidade de partes coquilhadas de ferro fundido, etc.
• um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar:
• se uma peça é fundida, forjada, ou laminada, estampada ou torneada;
• a solda de barras ou como se processou um caldeamento de topo;
• eventuais defeitos nas proximidades de fraturas;
• a extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc
2. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido assim como citado para as macrografias.
Todas essas operações deverão ser levadas a cabo com a devida cautela, de modo a evitar encruamentos locais excessivos (figura 6), bem como aquecimentos a temperaturas acima de 100ºC em peças temperadas, fenômenos que seriam mais tarde postos em evidência pelo ataque, perturbando a interpretação da imagem. 
• O lixamento é iniciado sobre lixa, em direção normal aos riscos já existentes, e é levado até o completo desaparecimento destes. 
Figura 6-Deformação da superfície do material durante o processo de desbaste.
Após o lixamento inicial em lixa grossa, é utilizada uma lixa mais fina seguinte, mudando de 90 graus a orientação do lixamento e continuando-o igualmente até terem desaparecido todos os riscos da lixa anterior, e assim por diante até a lixa mais fina 
3. Ataque desta superfície por um reagente químico adequado: Quando uma superfície polida é submetida uniformemente a ação de um reativo, assim como nas acontece com na macrografia.
O ataque da superfície por reativo adequado pode ser obtido de três modos:
- ataque por imersão, mergulhando a superfície polida numa cuba contendo certo volume de reagente;
- ataque por aplicação, estendendo uma camada de reativo sobre a seção em estudo com o auxílio de um pincel ou chumaço de algodão e regularizando-o se for preciso; 
- ataque pelo método de Baumann, de impressão direta, lançando mão de um papel fotográfico, umedecido com um reagente apropriado, aplicando-o sobre a superfície polida, e obtendo sobre ele um decalque da maneira como se encontram distribuídos os sulfuretos.
Para o ataque químico são empregados reagentes que são soluções aquosas ou alcóolicas de ácidos, bases e sais, bem como sais fundidos ou vapores. As condições de ataque, tais como composição química, temperatura e tempo, podem ser variadas para atingir as mais diversas finalidades de contraste. 
Os reativos mais comuns são:
- reativo de iodo: iodo sublimado 110g, iodeto de potássio 120g, água 100ml;
- reativo de ácido sulfúrico: ácido sulfúrico 120ml, água 1100ml;
- reativo de Heyn: cloreto cupro-amoniacal 110g, água 1120g;
- reativo de ácido clorídrico: ácido clorídrico 150ml, água150ml;
- reativo de Fry: ácido clorídrico 1120ml, água destilada 1100ml, cloreto cúprico 190 
3.2)	Divisão do ensaio micrográfico:
a) Escolha e localização da seção a ser estudada;
b) Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido;
c) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque;
d) Ataque da superfície por um reagente químico adequado;
e) Exame ao microscópio para observação da textura.
3.3)	Detalhes adicionais para o exame da micrografia
• Escolha e localização da seção a ser estudada; A localização do corpo ou dos corpos de prova para micrografia em peças grandes é, frequentemente, feita após o exame macrográfico, porque, se o aspecto for homogêneo, a localização do corpo de prova é em geral indiferente; se, porém, não for revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador pode localizar corpos de prova em vários pontos, caso julgue de interesse um exame mais detalhado dessas regiões.
• Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido: Tudo que foi dito na técnica do polimento para a macrografia aplica-se também à da micrografia, acrescido evidentemente de alguns cuidados especiais, pois neste caso a superfície se destina ao exame em microscópio. O polimento pode ser feito a mão, deslizando a peça suavemente sobre a lixa apoiada numa superfície plana ou então a lixa é aplicada sobre um disco em movimento giratório e o operador comprime o corpo de prova suavemente contra a lixa em movimento. O polimento é depois continuado sobre um disco giratório de feltro sobre o qual se aplica uma leve camada de abrasivo a base de óxido de cromo e/ou óxido de alumínio (alumina). Quando o material a ser examinado são partículas pequenas faz-se uso de artifícios de fixação. Com o advento de novos materiais como baquelite e certas matérias plásticas transparentes, como a lucite.
• Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque: A superfície polida é observada ao microscópio, antes do ataque, para o exame das inclusões, trincas, porosidades, veios ou partículas de grafita, ou outras ocorrências já visíveis nesse estado. A seguir, faz-se então necessário para a continuidade da análise o ataque químico da superfície.
• Ataque da superfície por um reagente químico adequado: O ataque é feito imergindo, com agitação, o corpo de prova com a superfície polida mergulhada no reativo.
•Exame ao microscópio para observação microestrutura do material: O exame é feito com auxílio de microscópios apropriados geralmente chamados bancos metalográficos que permitem examinar o corpo de prova e fotografar comodamente as imagens observadas. No controle estrutural de materiais, o sistema de vídeo imagem (figura 7) tem uma larga aplicação na observação simultânea de vários grupos de alunos, quer da micrografia como camadas cementadas, nitretadas, tamanho de grão, microdureza de fases separadamente, medição de inclusões, etc.
Figura 7- Sistema de vídeo microscopia do Laboratório de Materiais de Construção Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.
4 )	PRÁTICA EXPERIMENTAL 1		
4.1-	Realização da análise micrográfica
4.2-	Objetivo
• O objetivo desta aula pratica foi identificarmos através de comparação de imagens obtidas através de um microscópio, as propriedades do material analisado; 
• Estudar o procedimento para preparação de amostras para observação microscópica;
• Observar amostras de aços através do microscópio óptico, identificando as microestruturas;
• Avaliar semi-quantitativamente o teor de carbono de um aço comum;
4. 3)	 Materiais usados:
• Amostras de aços comuns e ferros fundidos.
• Álcool , secador.
 
4. 4 ) 	Equipamento utilizado:
Microscópio: 
Marca: Samsung
Modelo: Neophot 21 da Car
4. 5) 	Metodologia
• Identificaro tipo de material e a seção a ser analisada;
• Efetuar o lixamento da superfície, seguindo a sequência de lixas (#120, #220, #320, #400, #600 e #1000); (obs.: lavar bem a peça após cada lixamento para evitar contaminação da lixa posterior ou mesmo do pano de polimento);
• Efetuar o polimento da superfície com óxido de alumínio (o polimento deverá prosseguir até que a superfície apresente um aspecto especular, isenta de riscos);
• Lavar bem a superfície em água corrente, utilizando um chumaço de algodão;
• Secar com álcool no secador na posição quente;
• Efetuar o ataque da superfície por reagente adequado;
• Lavar a superfície em água corrente;
• Secar com álcool no secador na posição quente;
• Fazer observação da superfície no sistema de video-microscopia;
• Salvar as imagens observadas pelo sistema TR 288, video Highwai.
 
Figura 9- lixa 180 – 250x aumento Figura 10- lixa 180 – 250x aumento 
 
Figura 11- lixa 180 – 250x aumento Figura 12- lixa 180 – 250x aumento 
5 - MICRODUREZA VICKERS 
	O termo ‘teste da microdureza’ usualmente se refere a endentações estáticas provocadas por cargas menores que 1kgf. O endentador pode ser a pirâmide de diamante Vickers ou a pirâmide alongada de Knoop. O procedimento de teste é muito semelhante ao do teste padrão Vickers, exceto que é feito numa escala microscópica, com instrumentos de precisão mais alta.
A superfície a ser testada geralmente requer um acabamento metalográfico. Quanto menor a carga de teste, maior o grau de acabamento superficial necessário.
Microscópios são usados para medir as endentações; eles normalmente têm aumentos de 500x e medem com precisão de +0.5 microns (mm). Diferenças de até +0.2 microns podem ser observadas se o operador tiver cuidado e experiência.
Dureza Vickers
O valor da dureza com a Pirâmide de Diamante de Vickers é a carga aplicada (em kgf) dividida pela área da superfície da endentação (em mm2).
Onde:
F= é a carga em kgf
d = é a media aritmética das duas diagonais , d1 e d2 em mm
HV = é a dureza Vickers
O endentador Pirâmide de Diamante Vickers tem a forma de uma pirâmide quadrada com 136 entre faces. Para calcular o valor da dureza de Pirâmide de diamante Vickers, ambas as diagonais da endentação são medidas, e a média destes valores é usada na fórmula acima para a determinação do valor HV.
Figura13- Esquematização de impressão Vickers
6- PRÁTICA EXPERIMENTAL 2		
6.1-	Realização da análise da microdureza Vickers
6.2-	Objetivo
• O objetivo desta aula prática foi obter conhecimento da dureza do material e o que ocorre com as microestruturas desse material, quando aplicada carga sobre elas.
6.3)	 Materiais usados:
• Amostras de aços comuns e ferros fundidos.
• Álcool , secador.
 6.4 ) 	Equipamento utilizado:
Microdurômetro
6.5) 	Metodologia
Seguir a mesma metodologia da análise micrográfica
.
7 ) 	CONCLUSÃO
	A partir deste trabalho realizado, concluímos que a análise de produtos metalúrgicos, possibilita a determinação de seus constituintes e de sua textura, geralmente realizado em superfícies previamente polidas e, em geral, atacadas por um reativo adequado como em nosso ensaio. Nota-se que a metalografia é considerada uma análise de grande importância para garantir a qualidade dos materiais no processo de fabricação e também para a realização de estudos na formação de novas ligas de materiais. Esta prática se torna muito complexa e ao mesmo tempo necessária, pois os materiais apresentam diferentes morfologias dependendo dos tratamentos térmicos que lhe foram aplicados e também da composição química empregada, devendo ser analisado antes de sua aplicação. Através da análise metalográfica do material, é possível determinar não só a classificação do mesmo, como também, sua composição física, química e mecânica.	Sobre o experimento de microdureza Vickers concluímos que a dureza do material pode ser explicada como a resistência dos sólidos à penetração, quando uma carga específica e constante é aplicada. Apesar da análise de microdureza Vickers ser utilizada de forma limitada pela indústria, em função de ser um processo demorado, o ensaio possui ampla importância na pesquisa das estruturas de aços, pois se trata de um estudo para se conhecer a dureza de uma determinada microestrutura, predizendo outras propriedades mecânicas encontradas a partir das análises realizadas.
8 )	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• CASTRO, U.D., Metalografia, Ensaios Mecânicos e Tratamentos Térmicos – Manual de laboratório. FUMARC - 2013
•PEDRAZA, BOTREL e SILVA, Tratamentos Térmicos dos Aços - Depto. de Engenharia Metalúrgica da EE.UFMG - MG – 1979;
• http://www.eticalaboratorio.com.br/laboratorio-metalurgico/ensaios-metalograficos/ensaio-de-micrografia/
•http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6560-teste-da-microdureza#
Figura 8: Processo moderno de fixação de pequenas ou fragmentos em resinas sintéticas para seu polimento e exame micrográfico.
Figura 14 - Micrografia obtida por microscópio óptico de uma endentação Vickers na amostra de superfície lisa.
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