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macrografia metais
Tipologia: Notas de estudo
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Relatório apresentado para a primeira avaliação semestral da disciplina Ensaios e Caracterização de Materiais I do 3º ano do curso de Engenharia de Materiais da Universidade Estadual de Ponta Grossa
A macrografia consiste em uma verificação de uma amostra ou peça metálica, com uma superfície plana preparada por meio de lixamento, a qual é atacada por um reativo adequado. Essa verificação é realizada a olho nu ou com auxílio de uma lupa com um aumento máximo de 10 vezes. A verificação macroscópica vem ser muito importante para se descobrir a causa de falhas no material, como por exemplo, podendo de determinar a origem de uma trinca, e a extensão e localização de desgaste sofrido no material. [5], [6] A preparação dos corpos de prova para a realização da macrografia se dá por três fases. A primeira é a escolha da secção a ser estudada, a qual varia de acordo com o que se deseja verificar. A segunda é a realização de uma superfície plana e polida no local escolhido. E a terceira será um ataque nessa superfície por um reativo químico adequado, já que quando a superfície polida é submetida à ação de um reativo, algumas regiões são mais intensamente atacadas que outras. Essa diferença se dá devido à variação na composição química ou na estrutura cristalina da região. E essa imagem obtida dessa maneira, consiste no aspecto macrográfico do material. [5], [6] Os ataques podem ser rápidos ou superficiais, que são os mais utilizados, e os lentos ou profundos, que são utilizados quando o reativo rápido não dá um contraste suficiente, eles realizam uma corrosão mais profunda do metal com relevo acentuado. O mesmo pode durar horas ou até mesmo dias. O principal reativo para ataques lentos é o ácido sulfúrico 20% em água. [6] Para manuseio de soluções concentradas durante o ataque químico, é importante conhecer algumas medidas de segurança e prevenção de acidentes, que são conhecidas através das normas MSDS (Material Safety Data Sheet). Para manuseio de soluções de iodo, é necessária a retirada de qualquer lente de contato e em caso de contato com olhos, é preciso lavar bem os olhos com água por pelo menos 15 minutos, podendo ser necessário a procura de assistência médica. Se a solução entrar em contato com a pele, deve-se lavar bem o local com água e sabão, sendo recomendado a assistência médica em caso da irritação na pele se desenvolver. Em caso de inalação, retira-se para um local de ar fresco, sendo necessário a respiração artificial em casos de falta de ar. Deve-se evitar a ingestão do reagente, porem se ocorrer, não induzir vômito sem orientação de um médico. [7] Soluções de nital não devem entrar em contato com o olho ou com a pele. Também não deve ser ingerido, onde caso ocorra algum dos acidentes citados, as precauções tomadas devem ser as mesmas que para soluções de iodo. Soluções de nital são altamente inflamáveis,
As “linhas de Lüder”, também conhecidas como “linhas de distensão” têm a forma de tiras alongadas que aparecem na superfície do aço de baixo carbono o qual passou por um recozimento como etapa final no seu processamento. [10] Regiões que possuem cristalização diferente se dividem em: granulações grosseiras que apresentam mosaicos claros e escuros. Texturas resultantes de têmperas as quais escurecem muito. E texturas provenientes de encruamento. Produtos siderúrgicos normalmente apresentam heterogeneidades que muitas vezes são difíceis de serem evitadas. Esses defeitos acabam causando o surgimento de zonas frágeis ou de menor resistência. Quando aplicada carga dinâmica nessas regiões, é comum que apareçam fissuras, as quais iram se propagar pelo material pela influência de choques ou tensões repetidas causando rupturas por fadiga. [6] A Imagem 1.2 mostra um eixo desgastado no munhão, que após de ser restaurado por solda elétrica, rompeu. Pela macrografia percebe-se que era um material bastante homogêneo e que a parte reconstituída não foi muito bem processada, causando uma alteração prejudicial no eixo. Observam-se vários passes de solda e defeitos como: falta de ligação nos pontos (1), impurezas (2), solda porosa e oxidada. Como a região de maior concentração de solicitações é a da junta e considerando que o os esforços são alternados e repetidos muitas vezes, pode concluir-se que o material apresenta propriedades muito boas para poder resistir a essas condições de trabalho. Devido essa região ser uma região concentradora de tensões, é muito provável que nela gerem fissuras que podem se propagar pela peça, gerando novamente a falha da mesma no mesmo local, que foi o local de restauração. [6]
Figura 1.2 – Macrografia de um eixo desgastado restaurado por solda elétrica.
Fonte: COLPAERT, H., Metalografia dos Produtos siderúrgicos Comuns , 3ªed. São Paulo, Edgard Blucher,
Realizar a macrografia em aços de baixa liga, ou seja, analisar a microestrutura dos mesmos após uma devida preparação por meio do lixamento e ataque. Estudar características do material através do seu teor de enxofre, evidenciado pela impressão de Baumann.
ao longo das regiões da amostra. O procedimento foi realizado conforme estipula a norma ASTM E1180-08. [1]
Neste capítulo será realizada uma apresentação e discussão dos resultados obtidos através da macrografia (lixamento seguido de ataque químico) e da impressão de Baumann.
4.1 MACROGRAFIA POR LIXAMENTO SEGUIDO DE ATAQUE QUÍMICO
A Figura 4.1.1 mostra uma das amostras após ataque químico com a solução de nital. É possível verificar a região da solda, sendo essa mais clara devido à mudança microestrutural na amostra e a zona afetada termicamente (zona escura que contorna a região clara). Observa- se apenas um cordão de solda, composto por vários passes. A homogeneidade da região soldada implica uma soldagem com boa penetração e com a ausência de defeitos ao longo do cordão de solda. Para a amostra da Figura 4.1.1, foi realizada uma junta de ângulo com chanfro do tipo filete e não foi possível perceber diferença entre os materiais juntados pela solda. [9]
Figura 4.1.1 - Macrografia da amostra atacada com solução de nital.
Fonte: Os autores.
Na amostra atacada com solução de iodo, exposta na Figura 4.1.2, foi observado uma descontinuidade no cordão de solda devido à baixa penetração durante o processo de soldagem. A esfera escura que apareceu na região da solda foi proveniente de um erro durante a secagem. Em ambas as amostras tanto atacada com nital ou iodo, através de uma observação mais cautelosa é possível verificar os passes de solda. Foi realizada para essa amostra uma solda com junta de ângulo e chanfro do tipo filete duplo, onde nota-se que a região da parte de cima da amostra da amostra é levemente mais escura que a região da parte de baixo, evidenciando que foram juntados materiais de composições diferentes. [9] 4.1.2 - Macrografia da amostra atacada com solução de iodo.
Fonte: Os autores.
Após feito a impressão de Baumann, foram notadas no papel de impressão, manchas marrons que representam o teor de enxofre ao longo da amostra. A Figura 4.2 mostra a impressão registrada no papel fotográfico. [6]
Figura 4.2.2 - Impressão de Baumann para a amostra de aço de baixa liga. As manchas mais escuras representam áreas de alto teor de enxofre, enquanto as áreas com manchas claras representam um baixo teor de enxofre. As áreas mais claras representam regiões praticamente isentas de enxofre.
Fonte: Os autores.
Através da impressão de Baumann, nota-se que dois materiais de composições diferentes foram unidos através da solda. Tal conclusão é possível devido a diferença entre a concentração de enxofre entre duas partes da amostra (uma região distribuída com manchas mais escuras, resultando em um maior teor de enxofre e uma distribuída com manchas mais claras, referindo-se a um teor mais baixo de enxofre). [1]
Como a área soldada de um material é praticamente isenta de enxofre, foi possível também identificar os cordões de solda, que correspondem as manchas brancas localizadas na região onde ocorre a mudança de geometria da amostra. Notaram-se também outras manchas brancas dispostas aleatoriamente na impressão, que provavelmente surgiram pela presença de bolhas de ar entre o papel e a amostra durante o procedimento. Nas extremidades da impressão foram notadas as linhas de fluxo de conformação do material. [1], [6]
[1] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E1180-08: Standard Practice for Preparing Sulfur Prints for Macrostructural Evaluation. West Conshohocken: ASTM, 2014. [2] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E3-11: Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. West Conshohocken: ASTM, 2007.
[3] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E340-15: Standard Practice for Macroetching Metals and Alloys. West Conshohocken: ASTM, 2015.
[4] AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. E381-01: Standard Method of Macroetch Testing Steel Bars, Billets, Blooms, and Forgings. West Conshohocken: ASTM, 2012.
[5] ASM HANDBOOK, Vol.09 Metallography and Microstructures , ASM International The Materials Information Company, 2004.
[6] COLPAERT, H., Metalografia dos Produtos siderúrgicos Comuns , 3ªed. São Paulo, Edgard Blucher, 1974.
[7] MATERIAL SAFETY DATA SHEET, Iodine Solution, 5% MSDS. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2017.
[8] MATERIAL SAFETY DATA SHEET, Nital Etchant. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2017.
[9] MARQUES, P. V.; MODENESI, P. J.; BRACARENSE, A. Q. SOLDAGEM: FUNDAMENTOS E TECNOLOGIA , 3ªed. Belo Horizonte, Editora UFMG, 2011.
[10] REED-HILL, R.E. Princípios de metalurgia física , 2ªed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1982. 776 p.
