Metalografia(2)

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Área de Inovação e Tecnologia – Experimentação 
 
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Laboratório 2 - Metalografia 
 
Gabriel Reginatto Freitas mat: 0235046 
Kelvin Muller Minhos mat: 0234860 
Micael Salvador mat: 0235064 
 
Luciane Calabria 
 13 de Junho de 2018 
1. Objetivo 
 O relatório a seguir tem como principal objetivo analisar, identificar e demonstrar em 
amostras de peças metálicas quais são as fases presentes nestes materiais ligados às suas propriedades, 
através de ensaios e visualizações microscópicas. 
 
2. Introdução Teórica 
O termo Metalografia é bastante genérico, causando controvérsias quanto à sua definição. 
Uma tentativa é defini-lo como o estudo das características estruturais ou da constituição dos metais 
e suas ligas, para relacioná-los com suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. [1] 
Para a realização da análise, o plano de interesse da amostra é cortado, testado a dureza, 
embutido, lixado, polido e atacado com reagente químico, de modo que na microscopia revela as 
interfaces entre os diferentes constituintes que compõem o metal. 
 
2.1 Etapa de corte 
 
 A amostra a ser analisada é cortada de forma a não sofrer alterações pelo método de corte. 
Usa-se método a frio, em geral serras, para o corte primário, ou seja, para se separar a porção 
aproximada que será analisada. Na sequência, usa-se um equipamento denominado Cut-Off que faz 
um corte mais preciso, utilizando-se de um fino disco abrasivo e farta refrigeração, a fim de não 
provocar alterações por calor na amostra. [1] 
 
2.2 Teste de dureza 
 
 O ensaio Rocwell constitui o método mais comumente utilizado para medir a dureza, pois ele 
é muito simples de executar e não exige qualquer habilidade especial. Diversas escalas diferentes 
podem ser utilizadas a partir de combinações possíveis de vários penetradores e diferentes cargas, as 
quais permitem o ensaio de virtualmente todos os metais e ligas, desde os mais duros até os mais 
macios. Neste sistema, a dureza é obtida através da diferença entre a profundidade de penetração 
resultante da aplicação de uma pequena carga, seguida por outra de maior intensidade. [2] 
 
2.3 Etapa de embutimento 
 
 O propósito do embutimento é de proteger os materiais frágeis ou revertidos durante a 
preparação, além de facilitar o manuseio da amostra. Também é utilizado para produzir amostras de 
tamanho uniforme. 
 O processo de embutimento metalográfico pode ser dividido em dois grupos, embutimento a 
quente no qual é utilizado baquelite e uma embutidora metalográfica e o embutimento a frio que são 
utilizados dois produtos, resina e catalisador, ambos os métodos visam obter a amostra embutida para 
conseguir um bom resultado na preparação metalográfica. [3] 
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2.4 Etapa de lixamento 
 
 São utilizados lixas do tipo d’água, fixadas em discos rotativos. Normalmente inicia-se o 
lixamento com a lixa de granulometria 220, seguida pelas lixas 320, 400 e 600. Em alguns casos usa-
se lixas mais finas que a lixa 600, chegando-se a 1000 ou 1200. Todo o processo de lixamento é feito 
sob refrigeração com água. [1] 
 
2.5 Etapa de polimento 
 
 A etapa de polimento é executada em geral com panos especiais, colados à pratos giratórios, 
sob os quais são depositados pequenas quantidades de abrasivos. Estes abrasivos seriam em função 
do tipo do metal que está sendo preparado. Os mais comuns são o óxido de alumínio (alumina) e a 
pasta de diamante. 
 Durante o polimento a amostra também é refrigerada, com a utilização de álcool ou agentes 
refrigerantes específicos. [1] 
 
2.6 Etapa de ataque químico 
 
 Há uma enorme variedade de ataques químicos para diferentes tipos de metais e situações. 
Em geral, o ataque é feito por imersão da amostra, durante um período de aproximadamente 20 
segundos, assim a microestrutura é revelada. Um dos reagentes mais usados é o Nital, (ácido nítrico 
e álcool), que funciona para a grande maioria dos metais ferrosos. [1] 
 
2.7 Microscopia 
 
 É a análise feita em um microscópio com aumentos que normalmente são de 50x, 100x, 200x, 
1000x, 1500x e 2500x. 
 Este tipo de análise é realizada em microscópio específicos, conhecidos como microscópios 
metalográficos ou microscópios metalúrgicos. Este tipo de microscópio possui baixo campo local, 
permitindo apenas a observação de superfícies perfeitamente planas e polidas. Em razão disto, a 
preparação metalográfica tem grande importância na qualidade de uma análise. Estes microscópios, 
em geral, possuem sistemas de fotografias integrados, que permitem o registro das análises realizadas. 
[1] 
 
2.8 Microconstituintes que compõem a amostra 
 
 As amostras de metais podem apresentar várias fases nas amostras de microscopia. As 
principais são: 
 Ferrita: Composta de ferro puro, com uma estrutura cristalina cúbica de corpo centrado. É 
dúctil e pouco resistente quando comparada a outros constituintes devido a sua estrutura cristalina. 
 Perlita: Formada por uma mistura eutetoide de duas fases, ferrita e cementita com 0,8% de 
carbono. É mais dura e resistente que a ferrita. 
 Cementita: É um carboneto de ferro de alta dureza com teor de carbono de 6,69% de carbono. 
 Austenita: Solução sólida de carbono em ferro CFC, existindo entre as temperaturas de 912°C 
e 1495°C, e com solubilidade máxima de carbono no ferro de 2,11% a 1148°C. 
3. Descrição da Atividade 
 Na atividade prática de metalografia na disciplina de Ciência dos Materiais os alunos 
reuniram-se para pesquisar e examinar as propriedades de um mesmo material com distintos 
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tratamentos. O materiais analisados foram o aço comum 1045, e um aço especial, o 8620 que é 
formado por alguns elementos especiais. 
 Para realizar esta análise de propriedades, as amostras passaram por alguns procedimentos 
que evidenciaram a distintas características que ambos possuem. Com isso as etapas que sucederam 
esta afirmação foram: embutimento, lixamento, polimento, ataque químico, microscopia e ensaio de 
dureza. 
 
3.1 Embutimento 
 
 No início do experimento colocou-se a peça em uma embutidora metalógrafa que por meio de 
pressão e calor, ocasionou o embutimento da amostra. Este processo consistiu em escolher a 
superfície com menos imperfeições da amostra, onde a mesma achou-se inserida virada para baixo 
dentro do tubo da máquina. 
 Através da pressão e calor foi possível envolver a amostra cilíndrica com o baquelite (material 
polimérico para facilitar o lixamento) até cobrir toda amostra. No procedimento de compactação, 
utilizou-se um lubrificante para facilitar a retirada da peça após ser prensada. Feita a lubrificação, as 
alças da tampa da máquina serviram para selar o conjunto (amostra e baquelite). 
 Por fim, liga-se a máquina responsável por fundir o baquelite ao redor da amostra. Um calor 
é mantido no interior juntamente da adição de uma pressão entre 1000 a 2000 lb/pol2 (figura 1), onde 
a mesma precisou ser mantida até o fim deste procedimento, pois com o passar do tempo a pressão 
acabava diminuindo, exigindo novos ajustes. Vale ressaltar que processo durou cerca de dez minutos 
para cada amostra. 
 
 
Figura 1: Faixa de pressão. 
3.2 Lixamento 
 
 Ao final do processo de embutimento o baquelite já estava envolto na amostra. Com isso o 
conjunto foi resfriado e iniciou-se o lixamento, onde foram utilizadas nesta experimentação lixas com 
grãos distintos. 
 O lixamento da superfície ocorreu através de uma sequência de escalas de grão de lixas com 
uma leve corrente de água, começando por uma lixa mais grossa de grão 80 para desbastar toda 
superfície e torna-la plana. Em seguida usou-se uma lixa de grão 220 ainda para desbastar,porém 
com mais cautela, processo esse que necessita de extremo cuidado para garantir uma superfície plana, 
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pois só assim é possível de analisar a mesma no fim do processo. As lixas de grão 400 e 1500 foram 
usadas para um melhor acabamento das amostras, assim eliminando possíveis riscos na superfície. 
 No instante em que se substituía uma lixa por outra, a amostra teve de ser girada em 90º no 
sentido horário repetindo o processo até a utilização de todos os modelos de lixas. É importante 
destacar que a força aplicada foi mantida durante o lixamento, assim evitando desníveis na amostra 
estudada. 
 
3.3 Polimento 
 
 Finalizando o procedimento de tratamento de superfície, a amostra foi colocada em uma 
politriz de bancada (figura 2), mais precisamente no centro do disco. Após ligado o equipamento, 
foram dispostas contra sua superfície macia com adição de água e alumina, a fim de tornar a superfície 
da amostra mais brilhante. 
 
 
Figura 2: Etapa de polimento. 
3.4 Ataque Químico 
 
 Para uma melhor analise, as superfícies já lixadas e polidas, foram expostas a um ataque 
químico com ácido, sendo responsável por revelar a microestrutura do material. O reagente químico 
utilizado neste ensaio foi o Nital, onde este ficou em contato com a amostra por um período 
aproximado de 3 a 4 segundos. 
 
3.5 Microscopia 
 
 Logo em seguida as amostras foram destinadas para uma observação em um microscópio, 
para poder assim verificar a organização estrutural do elemento e suas variações, tendo assim visão 
nítida das divisões das fases do elemento em questão. 
 Esta etapa foi realizada com auxílio da professora, pois exigiu uma certa praticidade com o 
equipamento. Após posicionada a amostra e com a iluminação adequada, foi possível visualizar 
nitidamente a microestrutura das peças. 
 
3.6 Ensaio de Dureza 
 
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 Na finalização do experimento utilizou-se o metódo de Rockwell (figura 3), para identificar a 
dureza do material. Com isso utilizou-se a ponteira HRC, que constitui um penetrador de diamante 
cônico de 120º, onde a carga maior de 1471N (150Kgf) é indicada para aço, titânio, aços com camada 
endurecida profunda, dentre outros. 
 Com o conjunto já posicionado e preso ao equipamento, a alavanca que se encontrava para 
cima, de modo que a escala no indicador ficasse em 100, foi soltada e após sete segundos retornada 
para a posição inicial. É importante frisar que assim como o processo anterior a este, o auxílio da 
professora foi exigido, onde todos os valores obtidos foram anotados e descritos posteriormente. 
 
 
Figura 3: Método de Rockwell. 
 
4. Análise dos Resultados 
4.1 Embutimento 
 
 Através deste procedimento foi possível envolver o baquelite na amostra, aumentando a área 
de manuseio da mesma, permitindo uma facilidade na execução dos processos posteriores a este. É 
possível afirmar que o lubrificante serviu com propósito de melhorar a extração do material no fim 
do processo, visando não danificar a peça. 
 
4.2 Lixamento 
 
 Devido a utilização das lixas com a sequência da maior para a menor espessura, foi possível 
invalidar imperfeições superficiais nas amostras, como áreas profundas e rebarbas, tornando-a plana. 
Vale ressaltar que a força aplicada em muitas vezes não foi a mesma e somado ao esquecer de girar 
a amostra no ângulo descrito anteriormente, obrigou a repetição do processo até que o procedimento 
fosse executado de maneira correta, gerando assim o resultado conforme o esperado. 
 
4.3 Polimento 
 
 Esta etapa da experimentação foi possível devido o auxílio da politriz de feltro, onde a peça 
esteve espelhada e sem a presença de arranhões. Vale ressaltar que somente quando a amostra 
apresentar espelhamento e não obter mais nenhum tipo de ranhura nela, o processo pode ser visto 
como concluído. 
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4.4 Ataque Químico 
 
 Este processo foi responsável por revelar a microestrutura do material, pois com o reagente 
químico a camada amorfa foi removida através da corrosão, ressaltando a verdadeira estrutura do 
metal, desta forma sendo possível a observação microscópica detalhada. Tal ensaio realizou-se com 
o acompanhamento de um aluno selecionado pela professora, enquanto ela ajudava nos ensaios 
posteriores. 
 
4.5 Microscopia 
 
 Após as amostras prontas, ambas em sequência, sendo a primeira o aço 1045 (figura 4) depois 
o 8620 (figura 5) foram destinadas para uma observação cautelosa em um microscópio, que buscou 
atingir o maior grau de precisão durante a visualização. As características de cada peça, bem como 
sua granulação, ficaram extremamente nítidas. Assim as regiões mais escuras mostra a fase perlita 
onde é o ferro puro e as regiões mais claras que estão nos contornos do grãos, apresentam a fase 
ferrita. Apresenta-se também detalhes pretos devido os defeitos causados pelos ataques químicos. 
 No aço 1045 encontram-se estas fases juntamente com a cementita, mostrando assim que fica 
com um médio teor de carbono e com isso fazendo com que o material tenha um bom equilíbrio entre 
resistência e ductilidade, se tornando muito utilizável em componentes estruturais e de máquinas. 
 Por fim, o aço 8620 também encontra-se estas fases, com destaque para cementação na sua 
superfície para que se tenha uma dureza nesta região e mesmo com o baixo teor de carbono, é 
compensado pelos elementos especiais da sua composição química, fazendo que tenha também uma 
média de resistência. Utilizável principalmente na fabricação de engrenagens, pinos e peças para 
terem resistência a impactos. 
 
 
 Figura 4: Microscopia aço 1045. Figura 5: Microscopia aço 8620. 
 
4.6 Ensaio de Dureza 
 
 Com a execução deste último procedimento foi possível verificar a dureza dos materiais 
propostos, possibilitando analisar as pequenas diferenças existentes entre cada uma destas amostras 
analisadas. 
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 O primeiro teste de dureza realizado, foi no aço 1045. Como todo procedimento, é feito mais 
de uma medição no mesmo material para que se possa obter uma média. Este material apresentou as 
seguintes medições de dureza: 32N, 36N e 36N, fazendo com que apresentasse uma média de 
aproximadamente 35N. O segundo teste, no aço 8620, este material apresentou medições de dureza 
29N, 39N e 26N, apresentando uma média aproximada de 31N. 
 Estes materiais não apresentam grandes diferenças na dureza. O primeiro material testado 
apresentou maior dureza por possuir em sua composição química médio teor de carbono (entre 0,3% 
e 0,8%). Assim, além de maior dureza, possui uma resistência considerável e com esse teor de 
carbono, consegue receber tratamento térmico de têmpera e revenimento. 
 No segundo material testado, sua dureza apresentou-se um pouco menor que a primeira, mas 
mesmo tendo em sua com posição química um teor de carbono baixo (menor que 0,3%) que afeta na 
dureza, ele é uma aço especial que possui elementos (níquel, cromo, molibdênio), que deixam sua 
dureza e resistência também sendo consideráveis. 
 
5. Conclusão 
 É importante que cada etapa do procedimento seja realizada de forma correta, pois qualquer 
mudança, por mais insignificante que seja, poderá alterar o resultado final. A formação do conjunto 
encontrado no embutimento é primordial para os experimentos que o sucedem, pois sem a mesma o 
manuseio será extremamente dificultoso, o que poderá acarretar em machucados nas mãos e 
possivelmente tocar a parte já polida, alterando as observações.No lixamento a força deve ser mantida e aplicada no centro da amostra, evitando desníveis. 
Se não aplicado de forma correta o processo deve ser repetido, até que o resultado alcançado seja 
conforme o esperado. 
 O procedimento de polimento é um dos mais simples a serem concretizados, onde o único 
cuidado que deverá existir é após a realização do mesmo para que a parte polida não entre em contato 
com nada que esteja foram da descrição da atividade, como por exemplo, tocar com os dedos a parte 
espelhada. 
 Já os ensaios de ataque químico e microscopia estão diretamente ligados. O reagente é o fator 
que permite a visualização da estrutura, porém o posicionamento da amostra e a iluminação, seguida 
de uma boa técnica para captura da imagem, em um microscópio, vão influenciar a análise final. 
 No teste de dureza, mesmo sendo dois materiais que possuem diferença de teor de carbono na 
sua composição química que afeta bastante neste ensaio, não apresentaram grandes diferenças pois 
no material que apresentou menos carbono, consegue ser compensada através de outros elementos 
especiais. 
 Conclui-se que apesar do número de grupos ser demasiado foi possível realizar todas as etapas 
previstas anteriormente durante o tempo estipulado, e os experimentos atingiram o objetivo proposto 
para o aprendizado. É importante destacar que se houvesse um acréscimo de integrante por grupo, o 
processo poderia ter sido executado de forma mais cautelosa e criteriosa, fazendo assim todas 
ponderações de forma minuciosa. 
 
6. Referências Bibliográficas 
1. http://profpaulofj.webs.com/oqueeparaqueserve.htm Acesso em 17/06/2018. 
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2. CALLISTER, William D. Jr.; Introdução à Ciência e Engenharia de Materiais. 5ª Edição, Editora 
LTC, São Paulo, 2002. 
3.https://www.teclago.com.br/veja-as-etapas-do-processo-da-preparacao-de-amostras-para-
metalografia/ Acesso em 17/06/2018.