Macrografia - Apostilas - Engenharia Eletrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Ronaldinho890
Ronaldinho8904 de Março de 2013

Macrografia - Apostilas - Engenharia Eletrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia elètrica sobre o estudo da macrografia, defeitos de solidificação, segregação, procedimentos experimentais, preparo do corpo de prova.
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Materiais II – Macrografia

Resumo

Este documento apresenta uma visão de como o método da macrografia auxilia na identificação de defeitos, falhas e segregação do material além de como aplicar o método, descrevendo todos os passos necessários para se atingir o resultado.

1. Introdução

Durante o desenvolvimento do estudo da metalurgia, vários métodos de como estudar as característica que compunham uma peça ou um componente facilitaram como entender fenomenos como a segregração do elementos químicos contidos na amostra e os defeitos apresentados pela mesma, sejam esses na solidificação ou em um outro processo qualquer

Um dos métodos desenvolvidos consiste em seccionar um material e polir a face em questão, afim de aplicar um reagente químico apropriado que demonstre justamente uma parcela dos elementos discutidos no primeiro paragráfo, defeitos ou falhas e a segregação dos materiais.

Estamos falando da macrografia.

Para este documento, discutiremos os procedimentos, o que buscamos em relação ao material[1] além de tratar os reagentes existentes.

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2. Objetivo

✓ Relatar os procedimentos da macrografia

✓ Quais são os reagentes existentes

✓ Tratar sobre defeitos de solidificação mais comuns para o aço

✓ Tratar sobre a segregação de um material feito de aço

✓ Tratar sobre como o método auxília na identificação dos dois elementos acima.

✓ Utilizar dados do laboratório para chegar a conclusões

3. Defeitos de solidificação

Defini-se por solidificação como o processo de formação de ligas metálicas a partir do aumento de energia (em forma de temperatura) afim de criar uma mistura líquida e resfria-la e para formar lingotes conforme a composição desejada, que posteriormente serão devidamente processados.

Quando tratamos dos defeitos presentes no processo de solidificação, chegamos a inúmeros casos. Chamamos de defeito toda a heterogeneidade surgida durante a solidificação, podendo ser de natureza química (segregação) e de natureza física (poros). A porosidade pode ocorrer em

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função das contrações de solidificação ou em função dos gases dissolvidos (formando macroporosidades e microporosidades). Na de natureza química, vale destacar que quanto maior a hetereogeneidade, maior será a influência sobre o material tendo um estudo sobre os efeitos para cada material.

No geral, os defeitos de solidificação possíveis de serem identificados pela macrografia são os seguintes:

✓ Porosidade: Formam-se vazios peça, tais como “bolhas”. Isso ocorre em função do gás presente durante o processo de solidificação. (figura 01/02/)

✓ Segregação: Concentração dos elementos de liga no centro da peça. Por meio de um tratamento térmico tal como um revenimento ou recozimento, podemos reagrupar os elementos da liga metálica (01

✓ Trincas: Podem ser geradas em função de um resfriamento rápido.Gerada a partir de tensões excessivas que se desenvolvem tanto no trabalho a quente como no frio.

✓ Vazio (Chupagem): Geradas a partir de uma contração do material no resfriamento e consequentemente a diminuição do volume.

✓ Bolhas: Pequenas cavidades com material impuro, podendo ser uma gás. A medida que a peça resfria, esse gases desprenden-se deixando cavidades na peça.

4. Segregação

De acordo com (COLPAERT 2000), o aço é uma liga ferro-carbono que contém, como impurezas normais, vários outros metais e metalóides. Quando o aço está fundido, todos esses elementos estão dissolvidos e distribuídos de modo praticamente uniforme. Essa homogeneidade, porém, não perdura quando o aço passa ao estado sólido, porque as impurezas, especialmente o fósforo e o enxofre não sendo tão solúveis ao metal sólido quanto o são no metal líquido, para este último vão sendo em grande parte repelidas, à medida que a solidificação prossegue. Como a solidificação começa da periferia para o centro, é nesta segunda parte que tais impurezas irão se acumular.

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A parte central é última a solidificar-se, não só porque o esfriamento é mais lento nessa região, mas também porque as impurezas (especialmente o fósforo) que para aí fluem, baixam o ponto de solidificação do metal.

Ao acúmulo de impurezas nesta região dos lingotes e de certas peças fundidas de aço, dá-se o nome de segregação.

[pic]

Figura 01 – Forma irregular que a segregação pode adquirir após laminação intensa (COLPAERT 2000)

5. Procedimentos Experimentais

5.1. Preparo do Corpo de Prova

Retirado de Metalografia dos produtos siderurgícos comuns – Hubertus Colpaert

A técnica do preparo de um corpo de prova de macrografia abrange as seguintes fases:

a) Escolha e localização a ser estudada;

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b) Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido;

A. Escolha e localização da secção a ser estudada

Aí intervém o critério do operador, que será guiado em sua escolha pela forma da peça, pelos dados que ele quer colher e por outras considerações.

Far-se-á de preferência um corte transversal, se o objetivo é verificar:

a) A natureza do material: aço, ferro pudlado;

b) Se a secção é inteiramente homogênea ou não;

c) A forma e intensidade da segregação;

d) A posição, forma e dimensões das bolhas;

e) A forma e dimensões das dendritas;

f) A existência de restos do vazio;

g) Se a peça sofreu cementação, a profundidade e regularidade desta;

h) a profundidade da têmpera;

i) Se um tubo é inteiriço, caldeado ou soldado;

j) Certos detalhes de soldas de chapas (secção transversal à solda);

l) No caso de ferramentas de corte, calçadas, a espessura e regularidade das camadas caldeadas (secção perpendicular ao gume);

m) A regularidade e a profundidade de partes coquilhadas de ferro fundido, etc.

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Um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar, por exemplo:

a) Se uma peça é fundida, forjada ou laminada;

b) Se a peça foi estampada ou torneada;

c) A solda de barras;

d) Como se processou um caldeamento de topo;

e) Eventuais defeitos nas proximidades de fraturas;

f) A extensão de tratamentos térmicos superficiais, etc.

O aspecto da secção longitudinal de barras com segregação depende da maneira pela qual o corte secciona esse defeito, como mostra o desenho da figura 1.

[pic]

Figura 02 – Influência da localização de um corte longitudinal axial sobre o aspecto da segregação (COULPAERT 1974 – Ed. 2000)

B. Realização de uma superfície plana e polida no lugar escolhido

A obtenção da superfície compreende duas etapas:

- A do corte ou do desbaste;

- A do polimento.

1) A do corte é feita com serra ou com cortador de disco abrasivo ("cut-off") e localiza a superfície a examinar; quando esse meio 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 lima fina, ou, então, uma lixa de ira mecânica, termina-se esta primeira etapa, finda a qual, ter-se-á conseguido uma superfície plana bem retificada e com a orientação desejada.

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Todas essas operações deverão ser levadas a cabo com a devida cautela, de modo a evitar não só encruamentos locais excessivos, bem como aquecimentos a mais de 100°C em peças temperadas, fenômenos que seriam mais tarde postos em evidência pelo ataque, perturbando a interpretação da imagem.

2) O polimento é iniciado sobre lixa, em direção normal aos riscos de lima ou de lixa grossa já existente, e é levado até o completo desaparecimento destes. Depois se passa para a lixa mais fina seguinte, mudando de 90° a direção de polimento e continuando-o igualmente até terem desaparecido os riscos da lixa anterior, e assim por diante até papel de lixa metalográfica zero.

O polimento (lixamento) é geralmente feito atritando a superfície sobre a lixa, mas quando a peça é grande, pode-se prende-la numa morsa, com a face a polir voltada para cima, e passa-se então a lixa com auxílio de uma régua. É preciso ter cuidados especiais para não arredondar as arestas do corpo de prova, defeito muito freqüente quando o operador não tem ainda a necessária experiência. O polimento não deve ser levado até um acabamento especular, primeiramente porque torna o ataque mais difícil e irregular em virtude do reativo não "molhar" por igual a superfície, e em segundo lugar porque cria dificuldades por ocasião de ser fotografada, devido a reflexos prejudiciais.

É conveniente passar um pano sobre a superfície em polimento cada vez que se vai mudar de lixa, para não contaminar a nova com resíduos da anterior. Acabado o polimento, a secção é cuidadosamente limpa com um pano ou com algodão.

Com a superfície nesse estado já se notam, por vezes, algumas particularidades como: restos do vazio, trincas, grandes inclusões, porosidades, falhas em soldas.

C. Ataque dessa superfície por um reagente químico adequado.

Quando uma superfície polida é submetida uniformemente à ação de um reativo, acontece, quase sempre, que certas regiões são atacadas com maior intensidade do que outras. Esta diferença de atacabilidade provém de habitualmente de duas causas principais: diversidade de composição química ou de estrutura cristalina. A origem dessas diferenças será explicada mais adiante. A imagem assim obtida constitui o aspecto macrográfico do material.

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O contato do corpo reativo pode ser obtido de três modos:

1) Mergulhando a superfície polida numa cuba contendo certo volume de reagente – é o chamado ataque por imersão

2) Estendendo uma camada de reativo sobre a secção em estudo, com auxílio de um pincel ou chumaço de algodão e, acompanhando o ataque, regulariza-lo se for preciso – é o ataque por aplicação

3) Lançando mão de um papel fotográfico, convinientemente umidecido com um reagente apropriado, aplicando-o sobre a superfície polida, e obtendo sobre ele decalque da maneira como se encontram distribuidos os sulfuretos - é o metodo da impressão direta de Baumann.

Conforme sua duração e profundidade, classificam-se os ataques em lentos ou profundos e rápidos e superfíciais. Estes últimos são os mais empregados.

Os ataques lentos visam obter uma corrosão profunda do metal, com relêvo acentuado. Empregam-se em alguns casos em que o reativo rápido não da contraste suficiente como em certas estruturas fibrosas.

O ataque lento pode durar horas e mesmo dias. O principal reativo utilizado nesse gênero de ataque ( para produtos siderúrgicos) é o ácido sulfúrico a 20% em água.

Por meio do ataque rápido, com reativos próprios para esse fim, obtém-se o resultado desejado em poucos minutos. Embora a corrosão seja apenas superfícial, produz, entretanto, imagens suficientemente visíves.

Texto retirado de METALOGRAFIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS –COLPAERT 6ª ed. 2000

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6. Reagentes

1. Reativo de iodo (comumente utilizado)

✓ Iodo Sublimado – 10g

✓ Iododeto de potássio - 20g

✓ Água - 100g

Imagens aparecem com um simples ataque da superfície e que desaparecem quase por completo com um leve repolimento subseqüente. Parte das imagens formadas só se revelam melhor ou só aparecem após um leve repolimento da superfície atacada.Essas imagens podem ser segregação, bolhas, estruturas dendríticas, etc...

2. Reativo de ácido sulfúrico

✓ Ácido sulfúrico - 20 cm³

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✓ Água 100 - cm³

Este reativo empregado a quente, quase fervendo, produz um ataque energético em poucos minutos, principalmente se o material contiver muitas inclusões. A frio, o ataque demora muitas horas. As chamadas “fibras” do material são postas bem em evidência com este reativo.

3.Reativo de Heyn

✓ Cloreto cupro-amoniacal – 10g

✓ Água -120g

Ao ser retirado do reativo, o corpo de prova está coberto com uma camada vermelha de cobre pulverulento, que é preciso remover com um auxílio de um pouco de algodão sob um jorro de água; se a camada for excessivamente aderente, lava-se a superfície com uma solução de citrato de amônio em água contendo um pouco de amoníaco.

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Este, como outros reativos cúpricos, destina-se principalmente a revelar zonas ricas em fósforo.

4. Reativo de ácido clorídrico

✓ Ácido clorídrico – 50 cm³

✓ Água 50 cm³

Este reativo é aplicado a quente, recomendando-se seu emprego nos casos em que se tona necessário revelar a estrutura de certos aços inoxidáveis como o aço 18-8.

5. Reativo de Fry.

✓ Ácido clorídrico – 120 cm³

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✓ Água destilada 100 cm³

✓ Cloreto cúprico 90 cm³

Reagente indicado para revelar linhas de deformação em material pouco encruado – “linhas de lüder.

Texto retirado de METALOGRAFIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS –COLPAERT 6ª ed. 2000

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7. Anexo

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Figura 03 – Lingote com formação de grãos colunares com uma pequena formação de vazio no centro da sua peça devido à contração do volume durante a solidificação do material

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Figura 04 – Material com formação de grãos colunares com uma presença do contorno de grão, porém, agora com uma contração de volume bem maior se comparada a fig. 03.

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Figura 05 – Solidificação com formação de grãos colunares.

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Figura 06 – Peças atacadas que apresentam tratamento térmico. Repare na diferença de coloração entre a superfície dura do material e o núcleo dúctil.

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8. Conclusão

Podemos observar que o estudo de materiais sempre dependerá de procedimentos para análise física e visual para melhor avaliação dos cálculos teóricos e para melhor compreensão de um processo produtivo. A macrografia, nessa perspectiva, pode ajudar na análise de processos tais como laminação, fundição, forjamento e todo processo de fabricação que envolva a modificação da estrutura de uma peça por meio de aquecimento e resfriamento, além do estudo dos seus defeitos, mesmo que se trate de uma visão macro.

Referências

HUBERTUS COLPAERT. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns, São Paulo, Editora Edgar Blücher LTDA 6ª Edição ano 2000.

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[1] A macrografia só é recomendada a ser executada somente após ter certeza do que se deseja buscar na superfície e em que parte da secção. Mais informações no tópico 5 - “Procedimentos experimentais”

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