Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional

e Tecnológica

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA MECÂNICA E MATERIAIS

CURSO TECNICO DE MECÂNICA

2009

Aço superduplex SAF 2507 Laboratório de Metalografia

Professoras: Maria Dorotéia Costa Sobral Dilcian Gomes Ribeiro de Oliveira

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A apostila é uma compilação de textos, alguns com pequenas modificações, da bibliografia recomendada, e não substitui os livros. Bibliografia Recomendada A bibliografia denominada de básica pode ser encontrada na Biblioteca do IFBA. Os três volumes do Chiaverini, Tecnologia Mecânica [1] contém todo o assunto estudado em Tecnologia dos Materiais, exceto a parte referente à prática de Metalografia, que pode ser encontrada no livro de Colpaert [5]. O livro que melhor explica os ensaios mecânicos é o livro de Souza [2]. O livro de Remy [6] foi escrito em linguagem mais simples, mas a norma utilizada é a alemã (DIN) e não a que é usada no Brasil (ABNT). Da lista da bibliografia complementar, os livros mais baratos são os do Telecurso 2000 da Editora Globo. Básica 1. Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecânica. Vol. I, II e III. Ed. McGraw-Hill. 1986.

2. Souza, S. Augusto. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. Editora Edgard

Blutcher Ltda. 1982.

3. Chiaverini, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. ABM. 1987.

4. Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência e Tecnologia dos Materiais. Ed. Campus.

1970.

5. Colpaert, Hubertus, Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. 1969.

6. Remy, A., Gay, M. e Gonthier, R. Materiais. Ed. Hemus.

7. Coutinho, Telmo de Azevedo. Análise e Prática Metalográfica. Ed.

8. Fazano, Carlos Alberto T. V. A Prática Metalográfica. Ed.

9. Catálogos Técnicos (diversos)

10. Costa e Silva, A. L. e Mei, P. R. Aços e Ligas Especiais. Villares Metals S. A. 1988.

Complementar

• Higgins, R. A. Propriedades e Estrutura dos Materiais em Engenharia. Editora Difel.

1982.

• Coutinho, C. Bottrel. Materiais Metálicos para Engenharia. 1992.

• Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos Materiais, Editora LTC.

2000.

• Telecurso 2000, Apostila. Mecânica, Ensaios. Editora Globo. 1995

• Telecurso 2000, Apostila. Mecânica, Materiais. Editora Globo. 1995.

• Telecurso 2000, Apostila. Tratamentos Térmicos e Tratamentos de Superfície. Editora

Globo. 1995

• Freire, J. M. Materiais de Construção Mecânica. L. T. C. 1983.

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PORQUE ENSAIAR? Como você se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratário que a propaganda diz que pode ir do fogão ao freezer trincasse ao ser enchida com água fervente? Ou ainda, se o seu guarda-chuva virasse ao contrário em meio a um temporal? É. Hoje em dia ninguém se contenta com objetos que apresentem esses resultados. Mas por longo tempo essa foi a única forma de avaliar a qualidade de um produto! Nos séculos passados, como a construção dos objetos era essencialmente artesanal, não havia um controle de qualidade regular dos produtos fabricados. Avaliava-se a qualidade de uma lâmina de aço, a dureza de um prego, a pintura de um objeto simplesmente pelo próprio uso. Um desgaste prematuro que conduzisse à rápida quebra da ferramenta era o método racional que qualquer um aceitava para determinar a qualidade das peças, ou seja, a análise da qualidade era baseada no comportamento do objeto depois de pronto. O acesso a novas matérias-primas e o desenvolvimento dos processos de fabricação obrigaram a criação de métodos padronizados de produção, em todo o mundo. Ao mesmo tempo, desenvolveram-se processos e métodos de controle de qualidade dos produtos. Atualmente, entende-se que o controle de qualidade precisa começar pela matéria-prima e deve ocorrer durante todo o processo de produção, incluindo a inspeção e os ensaios finais nos produtos acabados. Nesse quadro, é fácil perceber a importância dos ensaios de materiais: é por meio deles que se verifica se os materiais apresentam as propriedades que os tornarão adequados ao seu uso. Que propriedades são essas, que podem ser verificadas nos ensaios? Para que servem os ensaios? Se você parar para observar crianças brincando de cabo-de-guerra, ou uma dona de casa torcendo um pano de chão, ou ainda um ginasta fazendo acrobacias numa cama elástica, verá alguns exemplos de esforços a que os materiais estão sujeitos durante o uso. Veja a seguir a representação esquemática de alguns tipos de esforços que afetam os materiais.

Figura 1. Tipos de esforços a que estão submetidos os materiais.

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É evidente que os produtos têm de ser fabricados com as características necessárias para suportar esses esforços. Mas como saber se os materiais apresentam tais características? Realizando ensaios mecânicos! Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que compreendem testes, cálculos, gráficos e consultas a tabelas, tudo isso em conformidade com normas técnicas. Realizar um ensaio consiste em submeter um objeto já fabricado ou um material que vai ser processado industrialmente a situações que simulam os esforços que eles vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação. Onde são feitos os ensaios Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios. Os ensaios fornecem resultados gerais, que são aplicados a diversos casos, e devem poder ser repetidos em qualquer local que apresente as condições adequadas. São exemplos de ensaios que podem ser realizados na oficina: Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco. Quanto mais fácil é retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e não corta, podemos dizer que o material é duro. Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril. Por meio desses tipos de ensaios não se obtêm valores precisos, apenas conhecimentos de características específicas dos materiais. As informações servem de comparação entre os materiais.

Corpo de prova

Extensômetro

Garras de fixação

Cabeçote móvel

Base fixa

Dinamômetro

Figura 2. Máquina de Ensaios Universal.

Os ensaios podem ser realizados em protótipos, no próprio produto final ou em corpos de prova e, para serem confiáveis, devem seguir as normas técnicas estabelecidas.

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Imagine que uma empresa resolva produzir um novo tipo de tesoura, com lâmina de aço especial. Antes de lançar comercialmente o novo produto, o fabricante quer saber, com segurança, como será seu comportamento na prática. Para isso, ele ensaia as matérias-primas, controla o processo de fabricação e produz uma pequena quantidade dessas tesouras, que passam a ser os protótipos. Cada uma dessas tesouras será submetida a uma série de testes que procurarão reproduzir todas as situações de uso cotidiano. Por exemplo, o corte da tesoura pode ser testado em materiais diversos, ou sobre o mesmo material por horas seguidas. Os resultados são analisados e servem como base para o aperfeiçoamento do produto. Os ensaios de protótipos são muito importantes, pois permitem avaliar se o produto testado apresenta características adequadas à sua função. Os resultados obtidos nesses testes não podem ser generalizados, mas podem servir de base para outros objetos que sejam semelhantes ou diferentes. Já os ensaios em corpos de provas, realizados de acordo com as normas técnicas estabelecidas, em condições padronizadas, permitem obter resultados de aplicação mais geral, que podem ser utilizados e reproduzidos em qualquer lugar. Propriedades dos materiais Todos os campos da tecnologia, especialmente aqueles referentes à construção de máquinas e estruturas, estão intimamente ligados aos materiais e às suas propriedades. Tomando como base as mudanças que ocorrem nos materiais, essas propriedades podem ser classificadas em dois grupos: · físicas; · químicas. Se colocarmos água fervente num copo descartável de plástico, o plástico amolece e muda sua forma. Mesmo mole, o plástico continua com sua composição química inalterada. A propriedade de sofrer deformação sem sofrer mudança na composição química é uma propriedade física. Por outro lado, se deixarmos uma barra de aço-carbono (ferro + carbono) exposta ao tempo, observaremos a formação de ferrugem (óxido de ferro: ferro + oxigênio). O aço-carbono, em contato com o ar, sofre corrosão, com mudança na sua composição química. A resistência à corrosão é uma propriedade química. Entre as propriedades físicas, destacam-se as propriedades mecânicas, que se referem à forma como os materiais reagem aos esforços externos, apresentando deformação ou ruptura. Propriedades mecânicas As propriedades mecânicas constituem as características mais importantes dos metais para sua aplicação no campo da engenharia, visto que o projeto e a execução das estruturas metálicas, quer móveis, quer fixas, assim como a confecção dos componentes mecânicos são baseados no seu conhecimento. As propriedades mecânicas definem o comportamento de um material quando sujeito a esforços mecânicos e correspondem às propriedades que, num determinado material indicam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, sem romper ou sem que se verifiquem deformações incontroláveis. Esses esforços mecânicos são os mais variados. Eles podem significar a aplicação de uma carga de modo lento e gradual; neste caso a natureza do esforço é estática, como tração, compressão, dobramento, torção etc. A aplicação da carga pode ser feita de modo repentino como o choque. Sua natureza é dinâmica. Finalmente os esforços podem ser repetidos, a carga variando repetidamente, seja em valor, seja em direção, como na fadiga. Para ter-se uma melhor visão do comportamento dos metais quando sujeitos a esses tipos de esforços - para o que se utilizam os chamados “ensaios mecânicos” – é necessário definir com precisão alguns conceitos fundamentais.

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Definições – Na determinação das propriedades mecânicas, aplicam-se cargas expressas em kgf. Como resultado dessa aplicação, ocorre uma distribuição interna de forças ou componentes de forças que pode resultar numa mudança na forma da peça submetida à carga. Define-se tensão como a intensidade dessas forças, correspondendo, portanto, à carga dividida pela secção transversal do corpo. A tensão é expressa em kgf/mm2 ou MPa1. Há três tipos básicos de tensões, em função do tipo de carga aplicada:

Plano de tensão

Tração Compressão Cisalhamento

Figura 3. Tensões em função da carga aplicada.

- tensão de tração, na qual há uma tendência de separação do material em duas partes, em relação ao plano de tensão;

- tensão de compressão, que é o inverso da tração; as partes do material adjacentes ao plano de tensão tendem a comprimir-se uma contra a outra;

- tensão de cisalhamento, em que as duas partes tendem a escorregar uma sobre a outra.

Matematicamente, há somente dois tipos de cargas ou de tensões, pois a compressão pode ser considerada como a versão negativa da tração. Deformação: é a mudança dimensional que se verifica no material como resultado da carga aplicada. Exprime-se quase sempre em porcentagem. Contudo, na torção por exemplo, a deformação está relacionada com o ângulo de torção, expresso em radianos. Resistência(strength): é a carga ou tensão máxima suportada pelo material dentro de determinadas condições; por exemplo, resistência elástica, resistência à carga máxima, resistência à ruptura, etc. Ductilidade: corresponde à capacidade de um material poder ser deformado apreciavelmente antes de romper. O aço de baixo carbono, por exemplo, é uma liga de grande ductilidade. Os materiais não dúcteis são chamados de frágeis, sendo a fragilidade a característica correspondente. Exemplo: ferro fundido cinzento. Dureza: ela é, na realidade, uma medida de resistência à penetração de uma ponta (esférica, cônica ou piramidal constituída de material duro) oferecida pelo material do cdp; Módulo de elasticidade: corresponde à relação entre a tensão e deformação no regime elástico; é uma medida da rigidez, pois quanto maior for, menor será a deformação elástica para uma dada tensão aplicada, e assim se constitui num importante parâmetro para o projeto do produto. Tenacidade: corresponde à quantidade de energia necessária para romper um material, podendo, portanto, ser medida pela quantidade de trabalho por unidade de volume necessário para levar o material à ruptura sob a ação de carga estática. A tenacidade pode ser expressa em Joules/m3.

1 1 MPa equivale a 0,102 kgf/mm2 ou 1 kgf/mm2 corresponde a 9,807 MPa

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Fadiga: as falhas de componentes metálicos em serviço, na maioria das vezes, decorrem devido à fadiga provocada por solicitações cíclicas. A fratura apresenta características frágeis e é influenciada por diversos fatores como pontos de concentrações de tensões residuais e outros. Resistência ao choque: a solicitação dinâmica das peças metálicas por impacto é um dos fatores que conduz a fratura também com características frágeis. Os ensaios de choque são padronizados nos ensaios Charpy e Izod. Resistência à fluência: as solicitações mecânicas podem provocar, a partir de uma determinada temperatura, a deformação plástica em função do tempo à tensão ou carga constante; essa propriedade é fundamental para o projeto de componentes de máquinas e estruturas que devem operar em temperaturas elevadas. Coeficiente de segurança e tensão admissível de trabalho. Ao projetar-se uma estrutura ou um componente mecânico, depois de conhecidas as tensões às quais as peças estão sujeitas, lança-se mão de um fator chamado fator de segurança, ou coeficiente de segurança pelo qual é dividida a resistência adotada para o material escolhido. O coeficiente de segurança é, portanto, um número empírico pelo qual a resistência do material é dividida de modo a obter-se uma tensão conservadora, por assim dizer. O resultado desse quociente é chamado tensão admissível de trabalho. São inúmeras as razões pelas quais a tensão de trabalho de um membro de uma estrutura ou de uma máquina deve corresponder a um valor inferior à resistência do material. Em primeiro lugar, os materiais de construção, em particular, os metais, tendem a deteriorar-se em serviço, pela ação do meio ambiente. Em segundo lugar, ocorrem freqüentes variações na distribuição das tensões adotadas no projeto, além de surgirem ocasionalmente sobrecargas. Em terceiro lugar, é difícil garantir-se perfeição na fabricação de uma determinada peça metálica, além de poderem ser introduzidas variações de tensões adicionais no transporte, montagem e instalação da máquina ou da estrutura. Nessas condições, o comportamento do material pesquisado em laboratórios de ensaios mediante a determinação de suas propriedades em amostras pode divergir do seu verdadeiro comportamento na prática. Os fatores ou coeficientes de segurança variam grandemente em função do tipo de carga, do tipo de material e das condições de serviço. Para materiais dúcteis que se deformam antes de romper, os seus valores variam de 1,5 a 4. Para materiais frágeis quem rompem bruscamente, sem qualquer aparente deformação prévia, os coeficientes de segurança podem atingir valores de 5 a 8. Em resumo, os membros de máquinas e estruturas, principalmente quando sujeitos a cargas estáticas, raramente rompem em serviço graças ao coeficiente de segurança, a não ser que fiquem repentinamente sujeitos a uma carga acidental de considerável grandeza. No caso de partes móveis de máquinas, as falhas ocorrem mais freqüentemente pela presença de cargas dinâmicas ou cíclicas.

Telecurso 2000, Ensaios. Ed. Globo, Cap. 1. Chiaverini, Vicente. Tecnologia Mecânica. V. I, Pearson Education, 1986, pp.84-87.

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EXERCÍCIO 1. O que são protótipos e para que servem? 2. Porque é necessário conhecer as propriedades mecânicas do material que será usado

na fabricação de componentes mecânicos? 3. Explique o que é um esforço estático e um esforço dinâmico. 4. Se o módulo de elasticidade do alumínio é de 7000 kgf/mm2, qual o valor em MPa? 5. O que é tensão? 6. No dia a dia, aonde podemos observar um componente mecânico submetido a um

esforço de tração? 7. Como você definiria resistência à tração? 8. Compare materiais dúcteis com materiais frágeis em relação à deformação sofrida

quando submetidos a um esforço estático até que se rompam. 9. O que é fadiga? 10. Porque a tensão admissível de trabalho deve ser menor do que à resistência do

material? Ensaio de tração O ensaio de tração consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio. No ensaio de tração o corpo é deformado por alongamento, até o momento em que se rompe. Os ensaios de tração permitem conhecer como os materiais reagem aos esforços de tração, quais os limites de tração que suportam e a partir de que momento se rompem. Antes da ruptura, a deformação Imagine um corpo preso numa das extremidades, submetido a uma força, como na ilustração da figura 4. Quando esta força é aplicada na direção do eixo longitudinal, dizemos que se trata de uma força axial. Ao mesmo tempo, a força axial é perpendicular à seção transversal do corpo. Observe novamente a figura 4. Repare que a força axial está dirigida para fora do corpo sobre o qual foi aplicada. Quando a força axial está dirigida para fora do corpo, trata-se de uma força axial de tração. A aplicação de uma força axial de tração num corpo preso produz uma deformação no corpo, isto é, um aumento no seu comprimento com diminuição da área da seção transversal.

Figura 4. Força de tração produz deformação no corpo

Este aumento de comprimento recebe o nome de alongamento. Veja o efeito do alongamento num corpo submetido a um ensaio de tração.

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Figura 5. Corpo de prova de ensaio de tração

Na norma brasileira, o alongamento é representado pela letra A e é calculado subtraindo-se o comprimento inicial do comprimento final e dividindo-se o resultado pelo comprimento inicial. De acordo com Souza (1982) deve ser expressa em %. Em linguagem matemática, esta afirmação pode ser expressa pela seguinte igualdade: sendo que Lo representa o comprimento inicial antes do ensaio e Lf representa o comprimento final após o ensaio.

100xL

LLA

o

of −=

Suponha que você quer saber qual o alongamento sofrido por um corpo de 12 mm que, submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm de comprimento. Aplicando a fórmula anterior, você fica sabendo que:

100)/1,0(12

2,112

122,13 xmmmmAAL

LLA

o

of ==⇒−

=⇒−

=

A unidade mm/mm indica que ocorre uma deformação de 0,1 mm por 1 mm de dimensão do material. Para obter a deformação expressa em porcentagem, basta multiplicar o resultado anterior por 100. No nosso exemplo: A = 0,1 mm/mm X 100 = 10%. Tensão de tração: o que é e como é medida A força de tração atua sobre a área da seção transversal do material. Tem-se assim uma relação entre essa força aplicada e a área do material que está sendo exigida, denominada tensão. Neste módulo, a tensão será representada pela letra T ou Sigma (σ) Em outras palavras: Tensão (T ou σ) é a relação entre uma força (F) e uma unidade de área (S), tensão é a força aplicada dividida pela área da seção considerada:

SF

=σ

Para efeito de cálculo da tensão suportada por um material, considera-se como área útil da seção deste material a soma das áreas de suas partes maciças. Por exemplo: um cabo metálico para elevação de pesos, cuja área da seção é de 132,73 mm2, composto por 42 espiras de 1,2 mm2, tem como área útil 50,4 mm2.

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A unidade de medida de força adotada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Newton (N). A unidade quilograma-força (kgf) ainda é usada no Brasil porque a maioria das máquinas disponíveis possui escalas nesta unidade. Porém, após a realização dos ensaios, os valores de força devem ser convertidos para Newton (N). A unidade de medida de área é o metro quadrado (m2). No caso da medida de tensão, é mais freqüentemente usado seu submúltiplo, o milímetro quadrado (mm2). Assim, a tensão é expressa matematicamente como:

2mmN

=σ

Durante muito tempo, a tensão foi medida em kgf/mm2 ou em psi (Pound Square Inch,

que quer dizer: libra por polegada quadrada). Com adoção do Sistema Internacional de Unidades (SI) pelo Brasil, em 1978, essas unidades foram substituídas pelo pascal (Pa). Um múltiplo dessa unidade, o megapascal (MPa), vem sendo utilizado por um número crescente de países, inclusive o Brasil. Veja no quadro de conversões a seguir a correspondência entre essas unidades de medida.

1 N = 0,102 kgf 1 kgf = 0,454 lb = 9,807 N 1 MPa = 1 N/mm2 = 0,102 kgf/mm2 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/mm2

Equipamento para o ensaio de tração O ensaio de tração geralmente é realizado na máquina universal (Figura 2), que tem este nome porque se presta à realização de diversos tipos de ensaios. Analise cuidadosamente a ilustração da figura 2, que mostra os componentes básicos de uma máquina universal de ensaios. Fixa-se o corpo de prova na máquina por suas extremidades, numa posição que permite ao equipamento aplicar-lhe uma força axial para fora, de modo a aumentar seu comprimento. A máquina de tração é hidráulica, movida pela pressão de óleo, e está ligada a um dinamômetro que mede a força aplicada ao corpo de prova. A máquina de ensaio possui um registrador gráfico que vai traçando o diagrama de força e deformação, em papel milimetrado, à medida que o ensaio é realizado. Corpos de prova O ensaio de tração é feito em corpos de prova com características especificadas de acordo com normas técnicas. Suas dimensões devem ser adequadas à capacidade da máquina de ensaio. Normalmente utilizam-se corpos de prova de seção circular ou de seção retangular, dependendo da forma e tamanho do produto acabado do qual foram retirados, como mostram as ilustrações a seguir.

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Figura 6. Corpos de prova de seção circular e de seção retangular

A parte útil do corpo de prova, identificada no desenho anterior por Lo, é a região onde são feitas as medidas das propriedades mecânicas do material. Entre as cabeças e a parte útil há um raio de concordância para evitar que a ruptura ocorra fora da parte útil do corpo de prova (Lo). Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil dos corpos de prova utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 (cinco) vezes o diâmetro da seção da parte útil. Por acordo internacional, sempre que possível um corpo de prova deve ter 10 mm de diâmetro e 50 mm de comprimento inicial. Não sendo possível a retirada de um corpo de prova deste tipo, deve-se adotar um corpo com dimensões proporcionais a essas. Corpos de prova com seção retangular são geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias de usinagem são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfície e ausência de trincas. Preparação do corpo de prova para o ensaio de tração O primeiro procedimento consiste em identificar o material do corpo de prova. Corpos de prova podem ser obtidos a partir da matéria-prima ou de partes específicas do produto acabado. Depois, deve-se medir o diâmetro do corpo de prova em dois pontos no comprimento da parte útil, utilizando um micrômetro, e calcular a média. Por fim, deve-se riscar o corpo de prova, isto é, traçar as divisões no comprimento útil. Num corpo de prova de 50 mm de comprimento, as marcações devem ser feitas de 5 em 5 milímetros. Alongamento O alongamento elástico pode ser medido de forma direta por meio de um aparelho chamado extensômetro (Figura 2), que é acoplado ao corpo de prova. Já o alongamento plástico define a ductilidade do material: quanto maior o alongamento plástico, maior a facilidade de deformar o material. Pelo alongamento, podemos saber

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para que tipo de processo de produção um material é indicado (forja a frio, laminação, estamparia profunda, etc.). Determinação do limite elástico ou de proporcionalidade Para sentir a importância desta propriedade, imagine-se dentro de um elevador, que funciona preso por um cabo de aço. O que aconteceria se o cabo se alongasse um pouquinho toda vez que o elevador subisse ou descesse? O cabo de aço iria ficar cada vez mais fino, até que a sua espessura se tornasse tal que não suportaria mais o peso da cabine (e com você lá dentro!). Não seria nada agradável uma queda do vigésimo andar. É, mas isto aconteceria se a solicitação ultrapassasse o limite elástico, porque qualquer solicitação acima do limite elástico causa deformação permanente. Portanto, o limite elástico é a máxima tensão a que uma peça pode ser submetida sem que ocorra deformação permanente. Por isso, o conhecimento de seu valor é fundamental para qualquer aplicação. A rigor, a determinação do limite elástico deveria ser feita por carregamentos e descarregamentos sucessivos, até que se alcançasse uma tensão que mostrasse, com precisão, uma deformação permanente. Este processo é muito trabalhoso e não faz parte dos ensaios de rotina. Porém, devido à importância de se conhecer o limite elástico, em 1939 um cientista chamado Johnson propôs um método para determinar um limite elástico aparente, que ficou conhecido como limite Johnson. Veja como determinar o limite Johnson na prática, acompanhando os passos explicados a seguir. 1. Trace uma reta perpendicular ao eixo das tensões, fora da região da curva tensão-deformação (F-G).

Figura 7. Passos 1 e 2 para determinar o limite Johnson.

2. Prolongue a reta da zona elástica, a partir do ponto O, até que ela corte a reta FG no ponto E. 3. Marque o ponto D de modo que a medida do segmento FD seja igual a uma vez e meia o segmento FE. 4. Trace a reta OD.

G G

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Figura 8. Passos 3 e 4 para determinar o limite Johnson.

5. Trace a reta MN paralela a OD, tangenciando a curva tensão-deformação.

Figura 9. Determinação do limite Johnson.

O limite Johnson é o valor de tensão do ponto tangencial (A). Limite de escoamento: valores convencionais O limite de escoamento é, em algumas situações, alternativa ao limite elástico, pois também delimita o início da deformação permanente (um pouco acima). Ele é obtido verificando-se a parada do ponteiro na escala da força durante o ensaio e o patamar formado no gráfico exibido pela máquina. Com esse dado é possível calcular o limite de escoamento do material. Entretanto, vários metais não apresentam escoamento, e mesmo nas ligas em que ocorre ele não pode ser observado, na maioria dos casos, porque acontece muito rápido e não é possível detectá-lo. Por essas razões, foram convencionados alguns valores para determinar este limite. O valor convencionado (n) corresponde a um alongamento percentual. Os valores de uso mais freqüente são: · n = 0,2%, para metais e ligas metálicas em geral; · n = 0,1%, para aços ou ligas não ferrosas mais duras; · n = 0,01%, para aços-mola. Graficamente, o limite de escoamento dos materiais citados pode ser determinado pelo traçado de uma linha paralela ao trecho reto do diagrama tensão-deformação, a partir do

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ponto n. Quando essa linha interceptar a curva, o limite de escoamento estará determinado, como mostra a figura 10 abaixo à direita.

Figura 10. Limite de escoamento.

Se o gráfico obtido no ensaio for expresso como Força versus ∆l, faz-se necessário encontrar o valor de ∆l em mm que corresponda ao alongamento recomendado ou convencional n. Por exemplo, se n=0,2% significa que ε=0,002. Já que ε=∆l/l0 e o valor de l0 é conhecido, temos que ∆l=0,002xl0, valor que será marcado no gráfico para se traçar a reta paralela ao trecho reto da curva. Tensão no limite de resistência Este valor de tensão é utilizado para a especificação dos materiais nas normas, pois é o único resultado preciso que se pode obter no ensaio de tração e é utilizado como base de cálculo de todas as outras tensões determinadas neste ensaio. Por exemplo, um aço 1080 apresenta um limite de resistência de aproximadamente 700 MPa. Ao produzirmos novos lotes desse aço, devemos executar seu ensaio para verificar se ele realmente possui esta resistência. Ou seja, esta especificação é utilizada para comparar a resistência de um aço produzido com o valor referencial da norma. Conhecer o limite de resistência também é útil para comparar materiais. Por exemplo, um aço 1020 apresenta aproximadamente 400 MPa de resistência à tração. Este valor nos demonstra que o aço 1080 tem uma resistência 300 MPa maior que o 1020. Apesar de não se utilizar este valor para dimensionar estruturas, ele servirá de base para o controle de qualidade dessas ligas. Dificuldades com a tensão de ruptura É difícil determinar com precisão o limite de ruptura, pois não há forma de parar o ponteiro da força no instante exato da ruptura. Além disso, o limite de ruptura não serve para caracterizar o material, pois quanto mais dúctil ele é, mais se deforma antes de romper-se. Calculando a estricção Após ser atingida a carga máxima, ocorre a estricção do material, que é uma diminuição da seção transversal do corpo de prova na região aonde vai se localizar a ruptura, devido a um alongamento um pouco maior numa porção levemente mais fraca do corpo de prova. A estricção também é uma medida da ductilidade do material, da mesma forma que o alongamento plástico. É representada pela letra Z ou φ (phi), e calculada pela seguinte fórmula:

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100xS

SSZ

o

fo −=

onde So é a área de seção transversal inicial e Sf a área de seção final, conhecida pela medição da região fraturada. A redução da área da seção transversal ocorre após ter se atingido a carga máxima no ensaio de tração. Calculando o Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade é determinado pelas forças de ligação entre os átomos de um metal. Como estas forças são constantes para cada estrutura que apresente o metal, o módulo de elasticidade é uma das propriedades mais constantes dos metais, embora possa ser levemente afetado por adições de elementos de liga, ou por variações alotrópicas, tratamentos térmicos ou trabalho a frio que alterem a estrutura metálica. A medida de E é feita pela tangente da reta característica da zona elástica, traçando-se a curva tensão-deformação na zona elástica com a maior precisão possível. Poderá ser calculado a partir do limite Johnson determinado em tensão, dividido pela deformação ε obtida a partir do ∆l correspondente à força do Johnson dividido por l0.

Ou alidadeproporcion

alidadeproporcionEεσ

=N/mm2, que pode ser calculado por

0//

llSF

Ealidadeproporcion

oalidadeproporcion

∆=

N/mm2 conforme figura 11.

Figura 11. Determinação da força de proporcionalidade e o correspondente valor de ∆l usados respectivamente para calcular a tensão limite de proporcionalidade e a

deformação de proporcionalidade.

Fprop

∆lprop

F (N).

∆l (mm).

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Calculando o Módulo de Resiliência A resiliência corresponde à capacidade do material de absorver energia quando este é deformado elasticamente e a propriedade associada a ela é dada pelo módulo de resiliência (Ur).

EU escoamento

R 2

2σ= N.mm/mm3

Figura 12. Módulo de resiliência

Calculando o Módulo de Tenacidade A tenacidade de um metal é a sua capacidade de absorver energia na zona plástica. A tenacidade é medida através do módulo de tenacidade, que é a quantidade de energia absorvida por unidade de volume no ensaio de tração até a fratura. Para materiais dúcteis podem ser usadas

totalresesc

T xU εσσ2+

= N.mm/mm3 ou totalresT xU εσ= N.mm/mm3

E para materiais frágeis

totalresT xU εσ32

= N.mm/mm3

Telecurso 2000. Mecânica. Ensaios e Souza(Adaptados)

EXERCÍCIO Uma barra de aço foi submetida a um ensaio de tração convencional, apresentando os resultados da tabela abaixo. Dados: Diâmetro do corpo de prova: 19,0 mm. Comprimento de referência (inicial): lo= 198 mm. Comprimento final = 218 mm. Diâmetro da seção estrita= 15,7 mm. Carga máxima suportada pelo corpo de prova: 195000 N. Faça o gráfico em papel milimetrado e determine:

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a) Alongamento plástico (A em %) e estricção (Z em %) b) Limite de resistência à tração c) Limite de escoamento para n=0,2% d) Limite de proporcionalidade pelo método de Johnson e) Módulo de Elasticidade f) Módulo de Resiliência g) Módulo de Tenacidade

∆l (mm) Carga(N)

0,05 149000,1 30000

0,15 442000,2 59200

0,25 745000,3 89000

0,35 1035000,4 119000

0,45 1280000,5 137500

0,55 1440000,6 150000

0,65 1536000,7 157000

0,75 1610000,8 162400

0,85 1650000,9 166000

0,95 1670001 168000

1,05 1682001,1 168500

1,15 1690001,2 170500

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Dureza Brinell Ao escrever a lápis ou lapiseira, você sente com facilidade a diferença entre uma grafite macia, que desliza suavemente sobre o papel, e uma grafite dura, que deixa o papel marcado. Entretanto, a dureza de um material é um conceito relativamente complexo de definir, originando diversas interpretações. Num bom dicionário, você encontra que dureza é: qualidade ou estado de duro, rijeza. Duro, por sua vez, é definido como .difícil de penetrar ou de riscar, consistente, sólido. Essas definições não caracterizam o que é dureza para todas as situações, pois ela assume um significado diferente conforme o contexto em que é empregada: · Na área da metalurgia, considera-se dureza como a resistência à deformação plástica permanente. Isso porque uma grande parte da metalurgia consiste em deformar plasticamente os metais. · Na área da mecânica, é a resistência à penetração de um material duro no outro, pois esta é uma característica que pode ser facilmente medida. · Para um projetista, é uma base de medida, que serve para conhecer a resistência mecânica e o efeito do tratamento térmico ou mecânico em um metal. Além disso, permite avaliar a resistência do material ao desgaste. · Para um técnico em usinagem, é a resistência ao corte do metal, pois este profissional atua com corte de metais, e a maior ou menor dificuldade de usinar um metal é caracterizada como maior ou menor dureza. · Para um mineralogista é a resistência ao risco que um material pode produzir em outro. E esse é um dos critérios usados para classificar minerais. Ou seja, a dureza não é uma propriedade absoluta. Só tem sentido falar em dureza quando se comparam materiais, isto é, só existe um material duro se houver outro mole. É importante destacar que, apesar das diversas definições, um material com grande resistência à deformação plástica permanente também terá alta resistência ao desgaste, alta resistência ao corte e será difícil de ser riscado, ou seja, será duro em qualquer uma dessas situações. Ensaio de dureza Brinell Em 1900, J. A. Brinell divulgou este ensaio, que passou a ser largamente aceito e padronizado, devido à relação existente entre os valores obtidos no ensaio e os resultados de resistência à tração. O ensaio de dureza Brinell consiste em comprimir lentamente uma esfera de aço temperado, de diâmetro D, sobre uma superfície plana, polida e limpa de um metal, por meio de uma carga F, durante um tempo t, produzindo uma calota esférica de diâmetro d. A dureza Brinell é representada pelas letras HB. Esta representação vem do inglês Hardness Brinell, que quer dizer .dureza Brinell. A dureza Brinell (HB) é a relação entre a carga aplicada (F) e a área da calota esférica impressa no material ensaiado (Ac). Em linguagem matemática

cAFHB =

A área da calota esférica é dada pela fórmula: πDp, onde p é a profundidade da calota. Substituindo Ac pela fórmula para cálculo da área da calota, temos:

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DpFHB

π=

A localização de uma impressão Brinell deve ser tal que mantenha um afastamento das bordas do corpo de prova de no mínimo duas vezes e meia o diâmetro, d, obtido. A espessura do corpo de prova, para ser ensaiado à dureza Brinell, deve ser no mínimo igual a dez vezes o diâmetro, d obtido, para evitar, em ambos os casos, degenerações laterais e de profundidade, falseando o resultado. A distância entre duas impressões Brinell deve ser no mínimo igual a 5d.

Figura 13. Ensaio de dureza Brinell.

Devido à dificuldade técnica de medição da profundidade (p), que é um valor muito pequeno, utiliza-se uma relação matemática entre a profundidade (p) e o diâmetro da calota (d) para chegar à fórmula matemática que permite o cálculo da dureza HB, representada a seguir:

)(2

22 dDDDFHB

−−=

π

A unidade kgf/mm2, que deveria ser sempre colocada após o valor de HB, é omitida, uma vez que a dureza Brinell não é um conceito físico satisfatório, pois a força aplicada no material tem valores diferentes em cada ponto da calota. Os cálculos anteriores são dispensáveis, se você dispuser de uma tabela apropriada. Veja a seguir um exemplo de tabela que fornece os valores de dureza Brinell normal, em função de um diâmetro de impressão d. Exercício: Tente localizar na tabela da página seguinte o valor de dureza para um material que deixou um diâmetro de impressão de 3,55 mm.

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Escolha das condições de ensaio O ensaio padronizado, proposto por Brinell, é realizado com carga de 3.000 kgf e esfera de 10 mm de diâmetro, de aço temperado. Porém, usando cargas e esferas diferentes, é possível chegar ao mesmo valor de dureza, desde que se observem algumas condições: · A carga será determinada de tal modo que o diâmetro de impressão d se situe no intervalo de 0,25 a 0,5 do diâmetro da esfera D. A impressão será considerada ideal se o valor de d ficar na média entre os dois valores anteriores, ou seja, 0,375 mm. · Para obter um diâmetro de impressão dentro do intervalo citado no item anterior, deve-se manter constante a relação entre a carga (F) e o diâmetro ao quadrado da esfera do penetrador (D2), ou seja, a relação:

2DF

é igual a uma constante chamada fator de carga.

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Para padronizar o ensaio, foram fixados valores de fatores de carga de acordo com a faixa de dureza e o tipo de material. O quadro a seguir mostra os principais fatores de carga utilizados e respectivas faixas de dureza e indicações.

O diâmetro da esfera é determinado em função da espessura do corpo de prova ensaiado. A espessura mínima é indicada em normas técnicas de método de ensaio. No caso da norma brasileira, a espessura mínima do material ensaiado deve ser 17 vezes a profundidade da calota. O quadro a seguir mostra os diâmetros de esfera mais usados e os valores de carga para cada caso, em função do fator de carga escolhido.

Observe que, no quadro anterior, os valores de carga foram determinados a partir das relações entre F e D2

indicadas no primeiro quadro. Exemplificando:

22 3030 DF

DF

=⇒=

Verificando o entendimento Uma empresa comprou um lote de chapas de aço carbono com a seguinte especificação: - espessura: 4 mm - dureza Brinell (HB): 180 Essas chapas devem ser submetidas ao ensaio de dureza Brinell para confirmar se estão de acordo com as especificações. Nosso problema consiste em saber se essas chapas podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm. Para resolver esse problema, precisamos das informações contidas nos dois quadros anteriores. Observando o primeiro quadro, você fica sabendo que a relação F/D2 para este material (aço carbono) é igual a 30. O segundo quadro mostra que, para uma esfera de 10 mm e um fator de carga igual a 30, a carga de ensaio é de 3.000 kgf. Com esses dados, é possível calcular a profundidade de impressão da calota, aplicando a fórmula: HB=F/πDp. Isolando p, temos:

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53,056523000

1801014,33000

=⇒=⇒=⇒= ppxx

pDHBFp

π

Portanto, a profundidade da impressão é de 0,53 mm. Sabemos que a espessura do material ensaiado deve ser, no mínimo, 17 vezes a profundidade da calota. Multiplicando a profundidade da impressão por 17, obtemos: 9,01 mm. Conclusão: as chapas de 4 mm não podem ser ensaiadas com a esfera de 10 mm. Devem ser usadas esferas menores. A esfera de 10 mm produz grandes calotas na peça. Por isso é a mais adequada para medir materiais que têm a estrutura formada por duas ou mais fases de dureza muito discrepantes. Em casos assim, a dureza é determinada pela média entre as fases, como acontece com os ferros fundidos, bronzes etc. A utilização de esferas diferentes de 10 mm só é válida para materiais homogêneos. Esferas de diâmetros menores produziriam calotas menores e, no caso de materiais heterogêneos, poderia ocorrer de se estar medindo a dureza de apenas uma das fases. Com isso, o valor de dureza seria diferente do esperado para o material. Representação dos resultados obtidos O número de dureza Brinell deve ser seguido pelo símbolo HB, sem qualquer sufixo, sempre que se tratar do ensaio padronizado, com aplicação da carga durante 15 segundos. Em outras condições, o símbolo HB recebe um sufixo formado por números que indicam as condições específicas do teste, na seguinte ordem: diâmetro da esfera, carga e tempo de aplicação da carga. Exemplificando: Um valor de dureza Brinell 85, medido com uma esfera de 10 mm de diâmetro e uma carga de 1.000 kgf, aplicada por 30 segundos, é representado da seguinte forma: 85HB 10/1000/30. O tempo de aplicação da carga varia de 15 a 60 segundos: é de 15 segundos para metais com dureza Brinell maior que 300; de 60 segundos para metais moles, como o chumbo, estanho, metais-patente etc., e de 30 segundos para os demais casos. A medida do diâmetro da calota (d) deve ser obtida pela média de duas leituras obtidas a 90º uma da outra, e de maneira geral não pode haver diferença maior que 0,06 mm entre as duas leituras, para esferas de 10 mm. DUREZA ROCKWELL Em 1922, Rockwell desenvolveu um método de ensaio de dureza que utilizava um sistema de pré-carga. Este método apresenta algumas vantagens em relação ao ensaio Brinell, pois permite avaliar a dureza de metais diversos, desde os mais moles até os mais duros. Entretanto, também tem limitações, o que indica que está longe de ser a solução técnica ideal. O ensaio Rockwell, que leva o nome do seu criador, é hoje o processo mais utilizado no mundo inteiro, devido à rapidez e à facilidade de execução, isenção de erros humanos, facilidade em detectar pequenas diferenças de durezas e pequeno tamanho da impressão. Todas essas razões justificam dedicar uma aula ao estudo deste método de ensaio. No final, você ficará sabendo como é feito o ensaio Rockwell, qual o equipamento empregado e como utilizar as diferentes escalas de dureza Rockwell. Neste método, a carga do ensaio é aplicada em etapas, ou seja, primeiro se aplica uma pré-carga, para garantir um contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, e depois se aplica a carga do ensaio propriamente dita.

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A leitura do grau de dureza é feita diretamente num mostrador acoplado à máquina de ensaio, de acordo com uma escala predeterminada, adequada à faixa de dureza do material. Os penetradores utilizados na máquina de ensaio de dureza Rockwell são do tipo esférico (esfera de aço temperado) ou cônico (cone de diamante com 120º de conicidade). DESCRIÇÃO DO PROCESSO

Figura 14. Etapas da determinação da dureza Rockwell.

Quando se utiliza o penetrador cônico de diamante, deve-se fazer a leitura do resultado na escala externa do mostrador, de cor preta. Ao se usar o penetrador esférico, faz-se a leitura do resultado na escala vermelha. Nos equipamentos com mostrador digital, uma vez fixada a escala a ser usada, o valor é dado diretamente na escala determinada. O valor indicado na escala do mostrador é o valor da dureza Rockwell. Este valor corresponde à profundidade alcançada pelo penetrador, subtraídas a recuperação elástica do material, após a retirada da carga maior, e a profundidade decorrente da aplicação da pré-carga. Em outras palavras: a profundidade da impressão produzida pela carga maior é a base de medida do ensaio Rockwell. Veja a seguir a representação esquemática da profundidade produzida por um penetrador cônico de diamante.

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Figura 15. Penetrador de diamante no ensaio Rockwell na aplicação da carga.

Pode-se realizar o ensaio de dureza Rockwell em dois tipos de máquinas, ambas com a mesma técnica de operação, que diferem apenas pela precisão de seus componentes. A máquina padrão mede a dureza Rockwell normal e é indicada para avaliação de dureza em geral. A máquina mais precisa mede a dureza Rockwell superficial, e é indicada para avaliação de dureza em folhas finas ou lâminas, ou camadas superficiais de materiais. Na máquina Rockwell normal, cada divisão da escala equivale a 0,02 mm; na máquina Rockwell superficial, cada divisão equivale a 0,01 mm. As escalas de dureza Rockwell foram determinadas em função do tipo de penetrador e do valor da carga maior. Nos ensaios de dureza Rockwell normal utiliza-se uma pré-carga de 10 kgf e a carga maior pode ser de 60, 100 ou 150 kgf. Nos ensaios de dureza Rockwell superficial a pré-carga é de 3 kgf e a carga maior pode ser de 15, 30 ou 45 kgf. Estas escalas não têm relação entre si. Por isso, não faz sentido comparar a dureza de materiais submetidos a ensaio de dureza Rockwell utilizando escalas diferentes. Ou seja, um material ensaiado numa escala só pode ser comparado a outro material ensaiado na mesma escala. E por falar em escalas, analise os quadros a seguir, que mostram as escalas mais utilizadas nos processos industriais.

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Telecurso 2000, Ensaios.

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Representação da dureza Rockwell O número de dureza Rockwell deve ser seguido pelo símbolo HR, com um sufixo que indique a escala utilizada. Veja, por exemplo, a interpretação do resultado 64HRC: · 64 é o valor de dureza obtido no ensaio; · HR indica que se trata de ensaio de dureza Rockwell; · a última letra, no exemplo C, indica qual a escala empregada. Profundidade de penetração A profundidade que o penetrador vai atingir durante o ensaio é importante para definir a espessura mínima do corpo de prova. De modo geral, a espessura mínima do corpo de prova deve ser 17 vezes a profundidade atingida pelo penetrador. Entretanto, não há meios de medir a profundidade exata atingida pelo penetrador no ensaio de dureza Rockwell. É possível obter a medida aproximada desta profundidade (P), a partir do valor de dureza indicado na escala da máquina de ensaio, utilizando as fórmulas a seguir: · Penetrador de diamante: HR normal: P = 0,002 ´ (100 - HR) HR superficial: P = 0,001 ´ (100 - HR) · Penetrador esférico: HR normal: P = 0,002 ´ (130 - HR) HR superficial: P = 0,001 ´ (100 - HR) Por exemplo, a profundidade aproximada de penetração que será atingida ao ensaiar um material com dureza estimada de 40HRC é de 0,12 mm.

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Como se chegou a este resultado? Consultando as tabelas com as escalas de dureza Rockwell, ficamos sabendo que a escala C se refere à dureza Rockwell normal e que esta escala utiliza penetrador de diamante. O passo seguinte foi escolher a fórmula: P = 0,002 ´ (100 - HR) e fazer as contas. Exercício Qual deve ser a espessura mínima de uma chapa que será submetida ao ensaio de dureza Rockwell para um material com dureza esperada de 80HRB? A primeira coisa a ser feita é descobrir a profundidade aproximada atingida pelo penetrador. Para isso, deve ter ido ao quadro com a escala B (dureza Rockwell normal), e constatado que esta escala usa penetrador esférico. Com essas informações, deve ter escolhido a fórmula: P = 0,002 ´ (130 - 80) para encontrar o valor da profundidade aproximada. Feitos os cálculos, deve ter concluído que esta profundidade é de aproximadamente 0,1 mm. Uma vez que a espessura do corpo de prova equivale, em geral, a pelo menos 17 vezes a medida da profundidade, a espessura mínima da chapa deve ser de 1,7 mm. Como você viu, o ensaio de dureza Rockwell tornou possível avaliar a dureza de materiais que não poderiam ser submetidos ao ensaio Brinell. Mesmo assim, há situações em que nem o ensaio Brinell nem o Rockwell são recomendáveis. Por isso, a próxima aula será dedicada a outro tipo de ensaio de dureza, o ensaio Vickers. Ensaios de Dureza Vickers e Knoop

Figura 16. Penetradores para ensaio Vickers e Knoop.

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OUTROS ENSAIOS Ensaio de Compressão - É a aplicação de carga compressiva uniaxial em um corpo-de-prova. A deformação linear obtida pela medida da distância entre as placas que comprimem o corpo versus a carga de compressão consiste na resposta desse tipo de ensaio, basicamente utilizado nas indústrias de construção civil e de materiais cerâmicos. Além disso, fornece resultados de análise estatística, permitindo quantificar o comportamento mecânico do concreto, da madeira, dos compósitos e de materiais de baixa ductilidade (frágeis). Os resultados numéricos obtidos no ensaio de compressão são similares aos obtidos no ensaio de tração.

Figura 17. Ensaio de Compressão

Ensaio de Torção – Consiste na aplicação de carga rotativa em um corpo-de-prova geralmente de geometria cilíndrica. Mede-se o ângulo de deformação (θ) como função do momento torsor aplicado (Mt). Esse ensaio é amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, como motores de arranque, turbinas, motores de máquinas pesadas e outros, principalmente por ter a vantagem de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais que compõem o eixo, particularmente as tensões de cisalhamento. Entre os principais resultados do ensaio, destacam-se: limite de escoamento à torção, módulo de ruptura à torção e módulo de elasticidade transversal (G).

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Figura 18. Eixo de transmissão de caminhões e esquema do ensaio de torção.

Ensaio de Impacto – O comportamento dúctil-frágil dos materiais pode ser mais amplamente caracterizado por estes ensaios. A carga é aplicada na forma de esforços por choque (dinâmicos), sendo o impacto obtido por meio da queda de um martelete ou pêndulo, de uma altura determinada, sobre a peça a examinar. As massas utilizadas no ensaio são intercambiáveis, possuem diferentes pesos e podem cair de alturas variáveis. Os ensaios mais conhecidos são denominados Charpy e Izod, dependendo da configuração geométrica do entalhe e do modo de fixação do corpo-de-prova na máquina. Como resultado do ensaio, obtém-se a energia absorvida pelo material até a fratura. A principal aplicação desse ensaio refere-se à caracterização do comportamento dos materiais, na transição da propriedade dúctil para a frágil como função da temperatura, possibilitando a determinação da faixa de temperaturas na qual um material muda de dúctil para frágil. O ensaio de impacto é largamente utilizado nas indústrias naval e bélico, e em particular, nas construções que deverão suportar baixas temperaturas.

Figura 19. Equipamento para ensaio de impacto.

Garcia, Amauri; Spim, J. A. e Santos, C. A. dos. Ensaios dos Materiais, Editora LTC. 2000, Telecurso, Ensaio de Impacto.

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SIDERURGIA Para poder fabricar o aço e o ferro fundido, precisa-se do ferro gusa. É um material duro e quebradiço, formado por uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande quantidade de carbono e um pouco de silício (Si), manganês (Mn), fósforo (P) e enxofre (S). O grande problema tecnológico que envolve a fabricação do gusa é a obtenção das altas temperaturas que favoreçam a absorção do carbono.A história da metalurgia nos conta que os fornos primitivos eram:

- Tipo poço fechado - Tipo de forja catalã, sendo que ambos usavam carvão vegetal como

combustível.

Figura 20 – Fornos primitivos usados na redução do minério de ferro, pelo emprego de

carvão vegetal como combustível.

Estes dois tipos de fornos usavam o processo de redução direta (ferro não era obtido

no estado líquido): C + O2 → CO2 CO2 + C → CO

CO + FeXOY → Fe + CO2

Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (líquido de alta viscosidade), misturado com as impurezas do minério.

O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente dúctil, mole, maleável e podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Após ser retirado do forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoção das impurezas. O resultado final era uma barra ou “lupa”, posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento (ferro pudlado).

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Nos fornos primitivos tinha-se a possibilidade de absorção de certa quantidade de carbono (até 1%), o que por rápido resfriamento poderia elevar drasticamente a dureza do material (têmpera). Na Europa, no começo do século XIV, os fornos usados tinham se tornado tão altos e as condições de insuflação de oxigênio tão aperfeiçoadas, que a temperatura de combustão aumentou muito. Isso permitiu que o ferro absorvesse carbono e, finalmente, saísse líquido do forno. Esse produto, embora duro e quebradiço, podia ser novamente derretido com mais facilidade e ser vazado em moldes. Surgiram o alto forno e a fundição. Na Inglaterra, no século XVIII, descobriu-se que o coque, um produto sólido da destilação do carvão mineral, servia como combustível para produzir o ferro-gusa.

Fornos chaminé: Carga → introduzida pelo topo

Ar → soprado pela parte inferior

1500 → Inglaterra → Alto forno mais próximo aos modernos

1619 → Inglaterra → Introdução do coque

1800 → Inglaterra → Aquecimento do ar

Hoje, um alto forno pode ter até 35 metros de altura. Fica dentro de um complexo industrial chamado usina siderúrgica e é o principal equipamento usado na metalurgia do ferro.

As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes: - Minério de ferro

- Carvão

- Calcáreo

Minério de Ferro

O minério de ferro é a principal matéria-prima do alto-forno, pois é dele que se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes para a indústria siderúrgica são os óxidos, sendo eles:

- Magnetita (óxido ferroso-férrico) → Fe3O4 (72,4% Fe).

- Hematita (óxido férrico) → Fe2O3 (69,9% Fe).

- Limonita (óxido hidratado de ferro) → 2FeO3.3H2O (48,3% Fe).

Obs.: O Brasil possui grandes reservas de minério de ferro de alta qualidade (alto teor de ferro).

O minério de ferro é composto por três partes a saber:

- Útil → parte que contém o ferro

- Ganga → impurezas sem valor direto

- Estéril → rocha onde o minério é encontrado.

O minério de ferro pode ser classificado como Rico (60 a 70% de Fe), Médio (50-60% de Fe) e Pobre (<50%)

Beneficiamento do minério de ferro O termo genérico “beneficiamento” compreende uma série de operações que têm

como objetivo tornar o minério mais adequado para a utilização nos altos-fornos. Estas

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operações são britamento, peneiramento, mistura, moagem, concentração, classificação e aglomeração (principal). A aglomeração visa melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Os processos mais importantes de aglomeração são a sinterização e a pelotização.

A sinterização consiste em aglomerar-se finos de minério de ferro numa mistura com aproximadamente 5% de um carvão finamente dividido ou coque. A carga é aquecida por intermédio de queimadores e com o auxílio de fluxo de ar. A temperatura que se desenvolve durante o processo atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para promover a ligação das partículas finas do minério, resultando num produto uniforme e poroso chamado sínter.

A pelotização é o mais novo processo de aglomeração e talvez o de maior êxito. Neste processo, produzem-se inicialmente “bolas” ou “pelotas” cruas de finos de minério de alto teor ou de minério concentrado. Adiciona-se cerca de 10% de água e, geralmente, um aglomerante de natureza inorgânica. Uma vez obtidas as pelotas cruas, estas são secas, pré-aquecidas e então queimadas.

Carvão O combustível utilizado no alto-forno é o carvão, coque ou de madeira, cuja ação se

faz sentir em três sentidos: - fornecedor de calor para a combustão; - fornecedor do carbono para a redução de óxido de ferro; - indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro

gusa. -

O coque é obtido pelo processo de “coqueificação”, que consiste, em princípio, no aquecimento a altas temperaturas, em câmaras hermeticamente (exceto para saída de gases) fechadas, do carvão mineral. No aquecimento às temperaturas de coqueificação e na ausência de ar, as moléculas orgânicas complexas que constituem o carvão mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo relativamente não volátil. Este resíduo resultante é o “coque”, que se apresenta como uma substância porosa, celular, heterogênea, sob os pontos de vista químico e físico. A qualidade do coque depende muito do carvão mineral do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas.

O carvão vegetal ou de “madeira” é fabricado mediante pirólise da madeira, isto é,

quebra das moléculas complexas que constituem a madeira, em moléculas mais simples, mediante calor. O aquecimento para a carbonização da madeira é feito em fornos de certo modo rudimentares e pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os subprodutos gasosos e líquidos são perdidos durante o processo. O calor é aplicado à madeira, com ausência de oxigênio, resultando em gases (CO2, CO, H2, etc.), líquidos (alcatrões, ácido acético, álcool metílico) e o resíduo sólido que é o carvão vegetal.

Fundente A função do fundente é combinar-se com as impurezas (ganga) do minério e com as

cinzas do carvão, formando as chamadas “escórias”. O principal fundente é o calcário, de fórmula CaCo3.

Outras matérias-primas da indústria siderúrgica Entre elas, a mais importante é o minério de manganês. Outras matérias-primas

incluem as “ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio, níquel, tungstênio, titânio, etc. Finalmente, deve-se ainda mencionar como importante matéria-prima a sucata de aço, ou seja, subprodutos da fabricação de aço e itens ou componentes de aço desgastados, quebrados ou descartados.

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Alto Forno O alto forno é construído de tijolos e envolvido por uma carcaça protetora de aço. Todas as suas partes internas, sujeitas a altas temperaturas, são revestidas com tijolos chamados refratários porque suportam altas temperaturas sem derreter. Três zonas fundamentais caracterizam o alto-forno: o fundo chamado de cadinho, a segunda chamada de rampa e a seção superior chamada de cuba. O cadinho é o lugar onde o gusa líquido é depositado. A escória flutua sobre o ferro, que é mais pesado. No cadinho há dois furos: o furo de corrida, aberto de tempos em tempos para que o ferro líquido escoe, e o furo para escoamento da escória. Como a escória flutua, o furo para seu escoamento fica acima do furo decorrida. Assim, sobra espaço para que uma quantidade razoável de ferro seja acumulada entre as corridas. Na rampa acontecem a combustão e a fusão. Para facilitar esses processos, entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que são furos distribuídos uniformemente por onde o ar pré-aquecido é soprado sob pressão. A cuba ocupa mais ou menos dois terços da altura total do alto-forno. É nela que é colocada, alternadamente e em camadas sucessivas, a carga, composta de minério de ferro, carvão e os fundentes (cal, calcáreo). O que acontece dentro do alto-forno? Quando o minério de ferro. O coque e os fundentes são introduzidos na parte superior da rampa, algumas coisas acontecem: - os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério de ferro;

Reações químicas de redução do minério de ferro:

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

ou

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO - a ganga se funde, ou seja, as impurezas do minério se derretem; - o gusa se funde, quer dizer, o carbono é incorporado ao ferro líquido; - certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas são incorporadas ao gusa. Ao sair do alto-forno, o gusa, com teor de carbono entre 3,0 e 4,5%, pode seguir um,entre dois caminhos: pode ir para a fundição, para ser usado na fabricação de peças de ferro fundido, ou pode ir para aciaria, onde pode ser misturado com sucata de aço ou, eventualmente, com outros metais, para se transformar em aço, ou seja uma liga ferrosa com um teor de carbono de menos de 2%.

O principal produto do alto-forno é o ferro gusa. O ferro gusa é uma liga ferro-carbono de alto teor de carbono e teores variáveis de silício, manganês, fósforo e enxofre. De um modo geral, a maioria dos ferro gusas possíveis de serem obtidos em alto-forno está compreendida na seguinte faixa de composições:

Carbono - 3 a 4,4% Silício - 0,5 a 4,0% Manganês - 0,5 a 2,5% Fósforo - 0,05 a 2,0% Enxofre - 0,20% máx.

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Figura 21. Esquema do alto forno

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FABRICAÇÃO DO AÇO A produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata. Este processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida como aciaria. O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos: - Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga predominantemente líquida). - Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA (carga predominantemente sólida). O conversor LD (Linz-Donawitz) usa o princípio de injeção de oxigênio, neste caso ele é soprado sob pressão na superfície do gusa líquido. Essa injeção é feita pela parte de cima do conversor. Este tipo de forno é constituído de uma carcaça cilíndrica de aço resistente ao calor, revestido internamente por materiais refratários de dolomita ou magnesita. A injeção de oxigênio é feita por meio de uma lança metálica composta de vários tubos de aço. O jato de oxigênio é dirigido para a superfície do gusa líquido e essa região de contato é chamada de zona de impacto. Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa e a temperatura chega a atingir entre 2500 e 3000ºC. Isso provoca uma grande agitação do banho, o que acelera as reações de oxidação no gusa líquido. Nesse conversor, a contaminação do aço por nitrogênio é muito pequena porque se usa oxigênio puro. Isso é um fator importante para os aços que passarão por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminação causa defeitos na solda.

Figura 22. Fabricação do aço pelo processo Conversor LD.

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É nos fornos elétricos que se transforma sucata em aço. Por esse processo, transforma-se energia elétrica em energia térmica, por meio da qual ocorre a fusão do gusa e da sucata, sob condições controladas de temperatura e de oxidação do metal líquido. É um processo que permite, também, a adição de elementos de liga que melhoram as propriedades do aço e lhe dão características excepcionais. Por causa disso, esse é o melhor processo para a produção de aços de qualidade. Os fornos elétricos são basicamente de dois tipos: a arco elétrico e de indução. O forno a arco elétrico é constituído de uma carcaça de aço feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um recipiente cilíndrico com fundo abaulado. Essa carcaça é revestida na parte inferior (chamada soleira) por materiais refratários, de natureza básica (dolomita ou magnesita) ou ácida (sílica), dependendo da carga que o forno vai processar. O restante do forno é revestido com tijolos refratários silicosos. Os eletrodos responsáveis, juntamente com a carga metálica, pela formação do arco elétrico estão colocados na abóbada (parte superior) do forno. A carga de um forno a arco é constituída, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos fornos de revestimento ácido, a carga deve ter mínimas quantidades de fósforo e enxofre. Nos fornos de revestimento básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silício. Durante o processo, algumas reações químicas acontecem: a oxidação, na qual se oxidam as impurezas e o carbono, a desoxidação, ou retirada dos óxidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfuração, quando o enxofre é retirado. É um processo que permite o controle preciso das quantidades de carbono presentes no aço.

Figura 23. Forno elétrico a arco de produção de aço.

Outro forno que usa a energia elétrica para a produção de aço é o forno de indução, que também processa sucata. O conjunto que compõe esse forno é formado de um gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensadores e uma câmara de aquecimento. Essa câmara é basculante e tem, na parte externa, a bobina de indução. O cadinho é feito de massa refratária socada dentro dessa câmara, onde a sucata se funde por meio de calor produzido dentro da própria carga.

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Para a produção do aço, liga-se o forno, e os pedaços de sucata que devem ser de boa qualidade vão sendo colocadas dentro do forno, à medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fusão se completa e que a temperatura desejada é atingida, adiciona-se cálcio, silício ou alumínio, que são elementos desoxidantes e têm a função de retirar os óxidos do metal.

Figura 24. Forno de indução de produção de aço.

Curiosidade: Porque o nome dado ao processo de fabricação de metais ferrosos é chamado de Siderurgia?

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METALOGRAFIA Introdução

O controle de qualidade dos metais e ligas metálicas pode ser desenvolvido por

três métodos diferentes que são:

Ensaios físicos e mecânicos

Análise química

Exame metalográfico

Os ensaios físicos e mecânicos visam determinar valores numéricos que

caracterizam as propriedades físicas e mecânicas do material.

A análise química determina quais são os elementos e em que proporção estão

presentes no material em análise.

O exame metalográfico enfoca o metal ou liga metálica do ponto de vista de sua

estrutura procurando relacioná-la às propriedades físicas à composição, ao processo de

fabricação etc., de modo a poder prever-se o seu comportamento num determinado

emprego.

METALOGRAFIA

Como vimos, a metalografia enfoca o metal ou liga do ponto de vista de sua

estrutura e textura. Para isso esse exame é desenvolvido em secções do material,

polidas e normalmente atacadas com um reativo químico apropriado.

A metalografia é subdividida em dois campos:

a) Macrografia

b) Micrografia

Faz-se o exame metalográfico à vista desarmada (olho nu) ou utilizando-se em

aumento de até dez vezes (10X) lançando-se mão de uma lupa, este exame é dito

MACROGRÁFICO. Tem-se, assim, a MACROGRAFIA.

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Esses são feitos em uma secção do material devidamente plana e polida e, em

regra, atacada por um reativo químico apropriado.

Por meio do exame macrográfico obtém-se informações sobre a homogeneidade

do material da peça, determinação da natureza e da qualidade de certas impurezas os

processos de fabricação da peça etc.

Através do exame micrográfico pode-se observar o tamanho do grão do material,

a distribuição e forma dos constituintes da estrutura do material, tipos de constituintes etc.

Em resumo, podemos dizer que o exame metalográfico fornece dados sobre como

o material ou a peça foram obtidos e também sobre sua homogeneidade.

MACROGRAFIA

Consiste no exame do aspecto de uma superfície plana secionada de uma peça

ou amostra metálica, devidamente polida e atacada por um reagente adequado.

Os exames macrográficos visam:

a) Verificar o processo de obtenção (fundido, forjado ou laminado)

b) Constatar a existência de porosidades e segregações

c) Existência de solda

d) Zonas de solda, característica da solda

PREPARAÇÃO DO CORPO DE PROVA - CDP

Verificar qual a finalidade do exame, isto é, qual o tipo de estrutura procurada,

descontinuidade esperada, etc.

Proceder ao exame visual da peça antes do corte, procurando identificar por

aquecimento, mossas, trincas, porosidades etc.

Região da peça onde deve se localizar o corte e qual a posição de corte.

Fotografar ou desenhar a peça antes do corte.

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Os cuidados expostos acima têm como objetivo garantir que:

Foram obtidas todas as informações sobre o material a ser ensaiado.

Foram verificadas as condições de acabamento antes de se determinar a retirada

dos corpos de prova.

Se tenha em documento (fotografia ou desenho), da peça original, para nele

assinalar os pontos que se tenha de fazer referência mais tarde.

Se facilite a correta interpretação dos resultados.

MATERIAIS E MÉTODOS DE PREPARAÇÃO

A técnica de preparo de um corpo de prova de macrografia abrange as seguintes

fases:

a) Escolher a localização da secção a ser estudada

b) Lixamento

c) Ataque da superfície por um reagente químico adequado

A) Escolha e a localização a ser estudada: É feita baseando-se em critérios para se determinar certos tipos de estrutura do

material. 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.

O corte do material pode ser feito segundo uma secção transversal ou seção

longitudinal.

O corte transversal é feito se o objetivo é verificar:

Se a secção é inteiramente homogênea ou não

A natureza do material (aço, ferro fundido, etc.)

A existência de vazio

A profundidade de têmpera ou cementação

Determinação de um tubo é com ou sem costura

A posição, forma e dimensões das bolhas

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

O método de fabricação de uma peça (fundida, laminada ou forjada)

Se a peça foi estampada ou torneada

A solda de barras

A extensão de tratamentos térmicos superficiais

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O Corte é feito com uma serra ou um cortador de disco abrasivo. Esta operação deve ser

feita com cautela para evitar não só o encruamento em locais excessivos, como o

aquecimento.

LIXAMENTO

O lixamento é executado para meio de uma série de lixas de graduação

decrescente, com indicações que variam com os fabricantes sendo comum as seguintes:

80 – 100 – 120 – 150 – 180 – 220 – 320 – 400 – 600

O lixamento pode ser realizado mecanicamente ou manualmente.

MANUALMENTE

Apóia-se a lixa grossa numa superfície plana e atrita-se com leve pressão o CDP

sobre a lixa. Quando o sentido dos riscos estiver uniforme muda-se para a lixa seguinte

no sentido contrário aos riscos deixados pela lixa anterior até que os mesmos

desapareçam completamente e a cada mudança de lixa, limpa-se a superfície com um

pano ou algodão. Deve evitar o acabamento espelhado que dificultará o ataque e a

fotografia.

MECANICAMENTE

O CDP é aplicado por dispositivo apropriado contra a lixa, fixada em discos

giratórios e conservados numa posição mais ou menos fixas, passando-se manualmente

para a lixa seguinte quando os riscos deixados pela anterior tiverem desaparecidos.

Normalmente, não se exige para a macrografia polimento muito elevado o que

facilita sobre maneira a execução deste ensaio.

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ATAQUE DA SUPERFÍCIE POR UM REAGENTE QUÍMICO ADEQUADO

O contato do CDP com o reativo pode ser obtido:

Imersão: Mergulhando a superfície no reativo colocado num recipiente. Deve-se

agitar o reagente para homogeneizar o reativo e, principalmente, para destruir as bolhas

arrastadas mecanicamente ou formada pelas reações químicas, por estas impedirem o

ataque.

Aplicação: Aplicando-se uma camada de reativo sobre a superfície com um

chumaço de algodão fixado num bastão de vidro.

Conforme sua duração e profundidade, os ataques são classificados em lentos ou

profundos e rápidos ou superfícies. Estes últimos são os mais empregados.

Os ataques lentos visam obter uma corrosão profunda do metal, com relevo

acentuado. Empregam-se em alguns casos em que o reativo rápido não dá contraste

suficiente como em certas estruturas fibrosas.

O ataque, de acordo com o tempo de duração, é dito rápido, conforme sua

duração seja de segundos ou poucos minutos e lento, quando durar minutos, horas ou

dias.

Normalmente, durante o ataque à superfície é observada constantemente até

obter-se uma textura nítida e com detalhes para o exato resultado do ensaio.

O tempo de ataque, estando subordinado a temperatura e a composição do

material e do reativo, deve ser encarado com muito cuidado, pois tempo insuficiente

proporcionará textura fraca, pouco visível e sem detalhes e em excesso, dará textura

ofuscada e até deturpada.

Deve-se utilizar a capela quando os vapores emanados dos reativos forem

corrosivos ou tóxicos.

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Lavagem: Interrompe-se o ataque por meio de um jato de água sobre a superfície, tendo-se

o cuidado de remover qualquer depósito formado durante o ataque.

Secagem: Consiste em aplicar álcool ou algodão embebido em álcool sobre a superfície e

em seguida jato de ar, de preferência quente.

REATIVOS OU SOLUÇÕES DE ATAQUE São geralmente, soluções ácidas, alcalinas, ou substâncias complexas dissolvidas

num solvente adequado, principalmente álcool e água.

O reativo para revelar uma nítida textura deve ser escolhido de acordo com a

natureza do material e dos detalhes que se quer verificar. Deve possuir determinadas

características como simplicidade de composição, estabilidade, não ser tóxico e nem

venenoso.

Numerosos são os reativos aplicados nos ensaios macrográficos, sendo que os

mais aplicados a aços carbono e aços de baixa liga.

Os reativos mais concorrentes são:

REATIVO DE ÁCIDO CLORÍDRICO

Aplicação: O CDP deve ser imerso na solução por um período de tempo suficiente para

revelar a macroestrutura.

Composição: Ácido clorídrico (conc.) – 50ml

Água - 50ml

Revelação: Identificar trincas, porosidades, depósito de soldas, segregação, profundidade de

têmpera etc.

REATIVO DE IODO

Aplicação: A solução deve ser utilizada à temperatura ambiental imergindo ou aplicando com

uma mecha de algodão a solução na superfície a ser atacada, até que se tenha uma

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clara definição dos contornos da macro-estrutura. O corpo de prova deve ser imerso na

solução por um período de tempo suficiente para revelar a macroestrutura.

Composição química: Iodo sublimado 10g

Iodeto de potássio 20g

Água 100g

Revelação: a) Imagens que só aparecem com um simples ataque da superfície, e que

desaparecem quase por complemento com um leve repolimento

subseqüente: alterações locais ou parciais de origem térmica como

têmperas, zonas alteradas pelo calor da solda, partes cementadas etc.

b) Imagens que só revelam ou só aparecem após um leve repolimento da

superfície atacada com as imagens adquirindo maior contraste se o

repolimento for seguido de um ataque de muita curta duração:

segregação, bolhas, textura fibrosa etc.

NORMALIZAÇÃO DO MÉTODO

Os métodos para a determinação da macroestrutura de aços e de materiais

diferentes estão normalizados pelo método ASTM que também fornece os reativos mais

adequados para os vários tipos de metais.

A avaliação do resultado do ensaio depende da finalidade a que o mesmo destina,

ou seja, se o ensaio foi aplicado com a intenção de pesquisa ou de avaliar o aspecto da

macro-estrutura segundo uma norma ou especificação.

O registro dos resultados dos ensaios macrográficos pode ser feito:

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Proteção da face ensaiada do corpo de prova com uma camada de verniz

transparente.

Fotografia em tamanho natural dos resultados do ensaio, seguido de laudo ou

relatório.

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TÉCNICA MICROGRÁFICA

Escolha de localização da secção a ser estudada

Realização de uma superfície plana e polida

Ataque

Observação através do microscópio

Escolha e localização da secção a ser estudada:

A localização do corpo ou dos corpos de prova para a micrografia em peças

grandes é, freqüentemente, feita após o exame macrográfico, porque se o aspecto for

homogêneo, a localização do corpo de prova e em geral indiferente; se, porém, não for e

revelar anomalias ou heterogeneidades, o observador poderá localizar corpos de prova

em vários pontos, caso julgue de interesse em exame mais detalhado dessas regiões.

Quando se trata de uma peça pequena é ela diretamente secionada.

O corte da amostra deve ser efetuado de tal maneira que não complique as precauções.

Os discos de corte são os mais utilizados na micrografia. Durante a operação de corte,

deve-se tomar o máximo de cuidado para não danificar a estrutura do material.

CORTADEIRA DE AMOSTRAS METALOGRÁFICAS MESOTOM: Cortadeira de amostras para laboratórios metalográficos e petrográficos. De construção sólida, isenta de vibrações mecânicas, permite o corte a úmido por imersão completa com discos abrasivos. Durante o corte a amostra e o disco abrasivo são devidamente refrigerados para evitar qualquer deformação da estrutura interna do material através de dois bicos atomizadores ajustáveis os quais são alimentados por um sistema de circulação de água, circuito fechado.

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PRENSA HIDRÁULICA SEMI-AUTOMÁTICA PARA EMBUTIMENTO DE AMOSTRAS

METALOGRÁFICAS

Processo moderno de fixação de pequenas peças

EMBUTIMENTO:

A montagem da amostra para o ensaio metalográfico é de grande importância,

pois facilita o manuseio de peças pequenas. A montagem é feita com resinas

termoplásticas, através de prensa hidráulica.

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REALIZAÇÃO DE UMA SUPERFÍCIE PLANA E POLIDA NO LUGAR ESCOLHIDO

Tudo que foi dito na técnica e preparação do CDP para a macrografia aplica-se

também a da micrografia, acrescido evidentemente de alguns cuidados especiais, pois

neste caso a superfície se destina a ser examinada ao microscópio.

A técnica de lixamento consiste em se lixar a amostra sucessivamente com lixas

granulometria cada vez menor, mudando a direção (90º) em cada lixa subseqüente até

desaparecerem os traços da lixa anterior.

A prática indica que a seqüência mais adequada para o trabalho metalográfico é

220, 320, 400 e 600, sendo o tempo de lixamento o dobro para cada estágio até que

todos os riscos desapareçam. Podendo usar lixadeiras manuais e elétricas.

MANUAL

Lixadeira manual por via úmida de amostras metalográficas cerâmicas ou petrográficos. Fornecida com área de lixamento em forma de 4 pistas de 245x45 mm, permitindo a rápida intercambialidade das lixas nas granas 220, 320, 400 e 600. Sistema de aspersão de água corrente, dreno e molas de fixação das lixas. MOTORIZADO

Lixadeira-politriz motorizada: pode ser transformada em lixadeira com a adaptação do disco de lixamento propriamente dito e o anel de proteção do rebordo da lixa.

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Este sistema emprega o famoso princípio de lixamento a úmido Knuth desenvolvido pela Struers, o qual usa a própria centrifugação da água para a correta fixação da lixa ao disco, eliminando a necessidade de qualquer outro método de fixação e facilitando a sua intercambialidade na sucessão das granas 220,320,200 e 600.

Polimento:

Consiste na obtenção de uma superfície isenta de riscos, de modo a se obter uma

imagem clara e perfeita ao microscópio, da estrutura em observação.

O polimento é feito em politrizes sobre um disco giratório de feltro sobre o qual se

aplica um agente polidor (alumina ou diamante).

Para verificar se o polimento já está suficientemente bom, examina-se a superfície

ao microscópio, depois de lavá-la em água e secá-la imediatamente passando-se na

superfície um pouco de algodão com álcool. Esta última fase de secagem pode ser

substituída por um jato de ar, de preferência quente, o que sem dúvida é melhor, porque

evita manchas às vezes provocadas pelo álcool.

Quando a superfície tiver um aspecto especular e praticamente sem riscos

perceptíveis com aumento de umas 100 ou 200 vezes, estará em condições de ser

examinada ao microscópio para a observação das inclusões, escórias, trincas ou outras

ocorrências visíveis sem ataque. Mas é somente depois do ataque que se pode ter

certeza de que o polimento foi bem conduzido.

A alumina para o polimento metalográfico, é conhecida como um agente polidor

convencional, fornecida em forma de pasta ou suspensão.

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Agentes polidores: pasta de diamante e alumina

Reativos mais usuais:

NITAL Solução de ácido nítrico a 1% em álcool etílico.

Aplicação: Pode ser empregada para todos os produtos siderúrgicos comuns. Não ataca a

ferrita nem a cementita, mas delineia os seus contornos e colore de escuro a perlita.

PICRAL Solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico.

Mesmas indicações anteriores.

ATAQUE

O ataque é feito agitando o corpo de prova com a superfície polida mergulhada no

reativo ou aplicando o reativo com um chumaço de algodão.

A duração do ataque depende de concentração do reativo e da natureza e textura

do material examinado.

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Terminando o ataque, lava-se imediatamente a superfície com álcool. Em

seguida, procede-se a secagem, passando um pequeno chumaço de algodão umedecido

com álcool e submetendo o corpo de prova a um jato de ar quente.

Um operador experimentado, observando de vez em quando a superfície polida

enquanto está atacando pode acompanhar a ação do reativo e reconhecer quando deve

interromper o ataque.

Estrutura:

Maneira característica em que se apresenta um metal ou uma fase de um liga

metálica com referência ao reticulado cristalino. Por extensão é empregado para designar

os agregados de uma liga metálica.

Exemplo: estrutura ferrítica, estrutura perlítica, etc.

Textura:

Termo usado para exprimir o aspecto em que se apresenta em seção plana uma

liga metálica, seja quanto a sua disposição de seus constituintes, quanto à forma que

assumem seus constituintes, quanto ao estágio do processo de fabricação.

Exemplo: Textura alinhada, textura bruta de fusão, textura acicular, etc.