Análise metalográfica - Determinação do tipo de aço ao carbono

Prévia do material em texto

ANÁLISE METALOGRÁFICA PARA DETERMINAÇÃO DO TIPO DE AÇO AO CARBONO DE UMA AMOSTRA
	
	
Souto J. I. V. de1 
					 
	
1Depto. de Engenharia Mecânica da UFCG, Caixa Postal 10034, 58 109-970 Campina Grande/PB - joyceingrid.cg@gmail.com; jonas.clak@hotmail.com²; santos.jamilson@outlook.com³
Resumo
Este trabalho trata de uma análise metalográfica para a identificação/definição do tipo de aço através de um estudo das microestruturas presentes. O objetivo dessa análise é verificar qual é o tipo de material estudado através do apuramento dos dados gerados pelo procedimento experimental, estudando as microestruturas, o tamanho de grão e verificando o percentual das fases presentes e, consequentemente, do percentual de carbono no aço. No processo foi utilizada uma amostra cortada no laboratório e realizou-se um embutimento a quente para facilitar o manuseio e evitar situações negativas como danificação da lixa ou do pano de polimento, que são causadas por amostras com arestas. Logo após, foi realizado todo o processo de lixamento, partindo da de maior granulação até a de menor (no caso da amostra trabalhada, de 200 até 1200). Daí, houve o polimento com alumina (Al2O3), ataque químico com Nital e, por fim, a análise no microscópio óptico. O resultado obtido foi que a amostra apresentou uma área correspondente de 25,69% de perlita e, a partir dessa informação e fazendo os devidos cálculos, notou-se que se tratava de um aço de baixo carbono.
 
Palavras-chaves: Metalografia, microestruturas, aço.
Abstract
This study is about a metallographic analysis for identification/definition of steel type through a study of the present microstructures. The purpose of this analysis is to check what is the type of the studied material through clearance of the data generated by the experimental procedure, studying the microstructures, the grain size and checking the percentage of the present phases and the percentage of the carbon in the steel, thereafter. In the process it was used a sample cut in the laboratory and it was made a hot compression mounting to facilitate handling and to avoid negative situations, as damage of the sandpaper or polishing cloth, caused by edged samples. Right after, it was realized the entire sanding process, starting of the greater granulation to the lowest one (in the case of the analyzed sample, from 200 to 1200), chemical attack with Nital and finally the analysis under the optical microscope. The obtained result was that the sample presented a corresponding area of 25,69% of perlite and, from this information and doing the appropriate calculations, it was noted that this was a low carbon steel.
 
Key-words: Metallography, microstructures, steel.
1. Introdução
A metalografia consiste na preparação da amostra para um estudo óptico, permitindo visualizar sua microestrutura, com a qual é possível definir as suas respectivas fases, podendo ainda, a partir deste ensaio realizado em laboratório, identificar/definir os tipos de estruturas encontradas na amostra de aço trabalhada.
A análise de produtos metalúrgicos, com o auxílio do microscópio, tem o intuito de determinar quais são os microconstituintes e sua distribuição, o tamanho de grão e o teor aproximado de carbono. A análise foi realizada em uma superfície devidamente lixada e polida, atacada por um reagente químico, nesse caso o Nital, que possibilitou a visualização dos contornos de grão e as diferentes fases da estrutura. Com isso, pode-se avaliar as dimensões, arranjos e formatos e através deste estudo definir qual tipo de aço estudado. Esse estudo exige um nível de complexidade considerável, pois os materiais podem apresentar diferentes morfologias dependendo da sua composição química ou se houve submissão a algum tratamento térmico antes.
2. Objetivo
Apresentar, através da metalografia e da análise micrográfica com o auxílio do microscópio óptico, a morfologia e a estrutura do aço em estudo, para determinar os microconstituintes que o compõe e identificar o tipo de aço. 
3. Materiais e Procedimento Experimental 
3. 1 Materiais utilizados
3. 1. 1 Cortadora metalográfica 
Figura 3.1.1. Cortadora metalográfica arotec modelo COR-80.
3. 1. 2 Prensa de embutimento metalográfico
Figura 3.1.2. Prensa de embutimento arotec modelo PRE-30Mi.
.
3. 1. 3 Lixadeira metalográfica manual e politriz
Figura 3.1.3. Lixadeira manual.
Figura 3.1.4. Politriz metalográfica Teclago de 2 velocidades modelo PL02E.
3. 1. 4 Máquina de polimento de moagem metalográfica
Figura 3.1.5. Politriz metalográfica arotec modelo Aropol E.
3. 1. 5 Microscópio óptico
Figura 3.1.6. Microscópio óptico Olympus BX51.
3. 1. 6 Lixas d’água e secador
3. 1. 7 Alumina azul/verde e álcool 
3. 1. 8 Baquelite e Nital (1%)
3. 2 Procedimentos
A metalografia é dividida em etapas de processamento que foram realizadas cuidadosamente, objetivando uma boa amostra, sendo elas: o corte, o embutimento, o lixamento, o polimento, o ataque químico e a análise no microscópio óptico. 
3. 2. 1 Corte 
Para iniciar a metalografia, a amostra foi obtida através de um corte transversal numa peça genérica fabricada a partir de um aço ao carbono, cuja especificidade é o presente objeto de estudo. Para se obter o tamanho e o formato desejado, o corte abrasivo lubrificado foi feito em uma máquina de corte, pois a mesma utiliza um disco abrasivo que proporciona uma secção plana e facilita os processos subsequentes. Além disso, a lubrificação é essencial para esse processo, uma vez que o líquido de corte evita danos à amostra causados pelo calor. 
3. 2. 2 Embutimento 
Após o corte, foi realizada a segunda etapa do processo, o embutimento. Esse procedimento consiste em embutir a amostra em uma resina, a baquelite no caso em estudo, para proteger a mesma e melhorar o seu manuseio durante a metalografia. Essa etapa pode ser feita de duas maneiras, são elas: o embutimento a frio e o embutimento a quente, que foi a escolha para o presente estudo. Para isso, foi utilizada uma máquina de embutimento a quente e a baquelite, um tipo de resina resistente ao calor. Assim, foi introduzido a baquelite e a amostra na máquina, onde os mesmos foram mantidos sob temperatura e pressão constante durante um certo tempo. Após o processo de embutimento a quente, a amostra adquiriu aparência mostrada na Figura 3.2.1. abaixo.
Figura 3.2.1. Amostra após o embutimento a quente.
3. 2. 3 Lixamento 
Dando continuidade ao processo, foi realizado o lixamento da amostra no intuito de prover a menor quantidade de irregularidades possíveis na superfície da amostra.. Para isso, durante o processo, foram utilizadas duas formas de lixamento: manual, com o auxílio de uma lixadeira manual metalográfica e automático, com o auxílio de uma lixadeira politriz. Inicialmente foi usada uma lixa grossa para a remoção das deformações decorrentes do corte e, posteriormente, são utilizadas várias lixas seguindo uma ordem da mais grossa para a mais fina, sendo numeradas de acordo com uma classificação (100;220;320;420;600;1200). É importante salientar que a medida que ocorria a troca de uma lixa para outra, a amostra era rotacionada em 90o com relação à direção do lixamento anterior pois, dessa forma, foi eliminada qualquer deformação oriunda desse lixamento.
Figura 3.2.2. Esquema de lixamento 
Figura 3.2.3. Visão microscópica da amostra ao final do lixamento (com a lixa nº 1200) com ampliação de 200x.
3. 2. 4 Polimento
Após o lixamento, é necessário um polimento da amostra, visando a obtenção de uma superfície isenta de irregularidades, ou seja, trata-se do refino do processo de lixamento que foi feito anteriormente com êxito. Esse processo consiste em polir a amostra utilizando uma máquina de polimento de moagem metalográfica, a qual existe um disco coberto por um pano, juntamente com grãos abrasivos. No caso em estudo, foi usado a alumina na presença de água. O procedimento foi realizado cuidadosamente, evitando qualquer tipo de defeito na superfície da amostra. 
Figura 3.2.4. Esquema de polimentoFigura 3.2.5. Visão microscópica da amostra ao final do polimento com ampliação de 200x.
3. 2. 5 Ataque químico 
Após os processos de lixamento e polimento, para a retirada das deformações originadas do corte, a amostra passa por um ataque químico. Esse processo consiste em adicionar uma solução química a superfície da amostra, visando a identificação dos contornos de grãos e as diferentes fases na microestrutura, uma vez que a solução de ataque reage com determinado elemento. Na amostra em questão foi usado o nital, uma solução com 1% de ácido nítrico. 
Figura 3.2.6. Microestrutura resultante na amostra após ataque químico, com ampliação de 50x. Ataque: Nital 1%.
3. 2. 6 Análise Microestrutural
	Nessa fase do procedimento, a imagem da microestrutura final, Figura 3.2.6, mostrada acima, seria possível o reconhecimento das microestruturas presentes no aço tendo em vista o ataque químico utilizado e as cores obtidas na imagem. Assim, sabe-se que o Nital, de uma forma geral, reage com a perlita, deixando-a com a aparência mais escurecida e o restante da amostra é composta por ferrita porque não reagiu com o ataque químico. Além disso, toda imagem foi visualizada no microscópio, que foi transmitida a uma tela de computador para melhor visualização e a possibilidade de fotografar as microestruturas, com a utilização das lentes objetivas com ampliações de 50x, 100x, 200x.
	Ademais, ao final de todo etapa do procedimento, seja ele lixamento ou polimento, a amostra foi submetida ao microscópio óptico no intuito de se perceber a qualidade de cada um dos processos, já que é recorrente alguns equívocos durante os mesmos pela falha do manuseador, por exemplo, e a viabilidade de dar continuidade ao estudo. 
4. Resultados e Discussão
A partir da imagem metalográfica obtida ao final dos processos de lixamento, polimento e ataque químico, foi utilizado o software Image J e algumas de suas ferramentas para a análise da imagem, de modo a encontrar o percentual de área para cada fase (representada pela cor) presente na amostra. Assim, fazendo a devida manipulação da imagem, foi possível chegar no percentual de área ocupada pela área escura, que representa a perlita. 
	Assim, obteve-se o teor de carbono presente no aço estudado, apresentando um teor de carbono de aproximadamente 0,20%, sendo caracterizado por alta ductilidade, baixa resistência mecânica e dureza. Aproxima-se de um aço SAE 1020 amplamente utilizado em engrenagens, eixos, virabrequins, pinos guia, anéis de engrenagem, colunas, catracas, chapas, tubos entre outros.
Figura 4.1. Imagem preparada, após passar pelo balanço de contraste/brilho e threshold, para a análise de partículas.	
Figura 4.2. Análise de partículas no Image J, mostrando o percentual de perlita presente na imagem da microestrutura.
5. Conclusões
	Em face desse estudo, fica claro a importância da análise metalográfica, considerando a complexidade dos seus procedimentos e a utilização de softwares para suporte desta pesquisa. Essa análise permitiu a identificação das microestruturas de uma dada amostra de aço ao carbono, frente a preparação da amostra, lixamento, polimento e ataque químico bem sucedidos. A boa qualidade dos procedimentos que antecederam a análise microestrutural no microscópio óptico fizeram possível a utilização de software para caracterizar a microestrutura quanto ao percentual de cada fase presente e, consequentemente, do percentual de carbono no aço em estudo. Sabe-se que a porcentagem de carbono, nos aços ao carbono, é o que define sua classificação e suas propriedades. Assim, realizada com sucesso toda a etapa de procedimento, atingiu-se o objetivo do estudo com êxito.
6. Referências Bibliográficas 
Chiaverini, V., Tecnologia Mecânica vol. I, vol. II e vol. III, Ed. Makron Books do Brasil Ltda, 1986.
Souza S. A. de, Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos 5º Edição, Ed. Edgard Blucher Ltda, 1982.