metalografia1

Metalografia

Prof. Márcio Mafra

Bibliografia:ASM International – ASM Handbook

COLPAERT, Hubertus – Metalografia dos produtos

siderúrgicos comuns – São Paulo - Edgard Blücher

Importância do Estudo

Correlação entre Microestrutura e Propriedades

Composição

Processamento

Estrutura

Microestrutura{ {Propriedades

Ambiente

Solicitações

Desempenho

Metalografia: análise da estrutura dos metais(microestrutura)

No exame metalográfico correlacionamos aestrutura do material com propriedadesfísicas, mecânicas, composição, processo defabricação, tratamentos térmicos, etc.

Análise de falha em implantes cirúrgicos

a) Falha de uma placa-pino p/fêmur(seta) fabricada em aço inoxidável.

b) Presença de defeitos de fabricação como cantos vivos e marcas de usinagem (seta)

c) Visão geral da superfície de fratura, apresentando sinais de estriais de fadiga.

Efeito da ampliação

Exame Macrograficos:

Exame Visual ou com ampliações de até 10x.

Informações de caráter geral:

Homogeneidade do material

Processo de fabricação

Aspecto da Fratura, etc.

Exame Micrográfico: Exame com ampliações superiores a 10x.

Observa-se:Granulação do material;Natureza, quantidade, distribuição e forma

dos diversos constituintes, inclusões,...

Preparação Metalográfica

Seqüência de Preparação

1. Determinação da quantidade de Amostras

i. Representatividade

ii. Tipo de Distribuição

iii. Possibilidades x Exigências

2. Determinação da região de corte

i. Regiões Específicas de Interesse

ii. Tipos de Análises

iii. Dimensões da Peça

iv. Anisotropia

v. Possibilidades


3. Corte Metalográfico

i. Objetivos

i. Formas

ii. Dimensões

iii. Regiões de Análise

ii. Métodos

i. Fratura

ii. Tesoura

iii. Serra

iv. Policorte

v. Cut-off Saw

iii. Cuidados

i. Aquecimento

ii. Deformação


Corte Metalográfico

Cut-off Saw

Preparação Metalográfica4. Embutimento

i. Dimensões da amostra

ii. Forma da Amostra

iii. Possibilidade de múltiplas amostras

iv. Cuidados

A Frio

A quente

Embutimento

Corpos de prova de pequenas dimensões;

Circundar a amostra já seccionada com um material adequado, formando um corpo único;

Tipos: À frio;

À quente.

Evita: Cantos vivos;

abaulamento.

Embutimento à Frio

Realizado com resina auto-polimerizante;

Reação de polimerização:

Temperatura - 50º a 120ºC;

Tempo - 0,2 a 24 h

Processo de moldagem:

Resina em pó com acelerador líquido;

Com resina líquida.

Embutimento à Frio - Processos

Embutimento à Quente

Prensa de embutimento:

Polimerização utilizando pressão e aquecimento;

Partes: Sistema hidráulico;

unidade de embutimento;

Anel de refrigeração.

Variável é o tempo (resinas termofixas mínimo 7

minutos);

Temperatura e pressão constantes (observar

valores estabelecidos pelo fabricante).

Embutimento à Quente

prensa

esquema

CP embutido


5. Identificação

i. Objetivo

ii. Formas de Identificação – Codificação

iii. Aspectos Práticos


6. Lixamento

i. Redução da rugosidade

ii. Progressivo

iii. Evitar deformação

iv. Evitar Aquecimento

v. Relacionado à ampliação

vi. Mudanças de direção – Lógica de preparação

Lixamento

Objetivo:

Remoção de sulcos e riscos;

Realização de uma superfície plana;

Pouco desbaste.

Tipos:

A seco;

A úmido.

Profundidade dos Riscos

Camada Deformada

Fatores de preparo:

Dureza do abrasivo;

Processo de lixamento;

Pressão de corte;

Velocidade de lixamento;

Quantidade de calor envolvida.

Lixadeiras

Tipos:

Lixamento - Procedimento

Identificar direção de lixamento;

Lixamento com emprego sucessivo de lixas de granulometria 220, 320, 400 e 600;

Pequeno fluxo de água;

Limpeza do CP a cada lixa;

Observar acabamento superficial;

Rotacionar a amostra 90º de lixa para lixa.


220

320

400

600

Não adianta querer apressar!!!!


7. Polimento

i. Ampliação

ii. Redução final da rugosidade

iii. Mecânico

iv. Eletrolítico

Processos de polimento:

Polimento mecânico manual;

Polimento mecânico automático;

Polimento eletrolítico;

Polimento mecânico-eletrolítico;

Polimento químico;

Polimento vibratório.

Polimento mecânico manual:

Utiliza politrizes circulares;

Agentes polidores (diamante, óxidos);

Pano para polimento.

Espelhamento e remoção da película residual encruada deixada pelo lixamento.


Politrizes:


Agentes polidores mais empregados:

• Pasta de diamante (0,25 a 15 m);

• Alumina (0,5 a 1 m);

• Sílica Coloidal;

• Óxido de Cromo.

Obs. Apresentam elevada dureza.


Panos para polimento


Procedimentos:

Movimentos aleatórios entre partículas e amostra;

Refrigeração – evitar alteração microestrutural;

Evitar pressões elevadas – deformação.

Polimento mecânico automático:

Polimento simultâneo de até 12 CP;

Vantagens:

Rotação uniforme do CP no sentido inverso da rotação da politriz;

Aplicação de pressão ajustável;

Preservação das bordas do CP;

Preservação de inclusões e micro-constituintes;

Minimização do encruamento superficial.

Polimento mecânico automático:

Polimento eletrolítico:

Polimento eletrolítico:

Anodo, Catodo, solução eletrolítica;

redução (+é) no catodo e

oxidação (-é) no anodo (Mo –né ↔ M+n).

Polimento – amostra metálica » anodo.

Polimento eletrolítico - eletrólitos:

Polimento mecânico-eletrolítico:

Melhoria da qualidade de acabamento

superficial;

Diminuir tempo de polimento;

Ligas não ferrosas, metais preciosos e

Quando necessita-se preservar as inclusões e

constituintes não metálicos (menores deformações).

Polimento químico:

• Imersão do CP em solução apropriada, devidamente aquecida;

• Aplicado a superfícies de dimensões maiores;

Polimento

vibratório:

• Defeitos de polimento:

Cometas

Riscos

Após o polimento:No aços:

Observação de microinclusõesNos Ferros Fundidos

Observação da grafita

O Metal polido reflete a luz de forma homogênea

Sem o ataque podem ser observados:

Trincas, Inclusões Porosidade e

Grafita (FoFo)

Observação de microinclusões

ABNT – 9208

Sulfeto de manganês Silicatos Óxido de alumínio

Observação da grafita

Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Tipo E

Classificação quanto ao tamanhodas lamelas de grafita, segundo norma ASTM A247.

Determinação de Micro Inclusões

•Importância

•Utilização

•Norma ABNT 9208

• Condições

• Ampliação

• Quadro de referência

• Número de imagens

•Execução Prática

Tipos de Ataques Metalográficos

• Óptico: Aumento do contraste sem interferência de corrosão da superfície da amostra.

» Luz Negra

» Luz Polarizada

» Lâmina de Quartzo


• Químico: Corrosão controlada da superfície por uma substância química adequada

» Por Imersão

» Por umedecimento

» Seletivo ou por Tingimento


Eletrolítico: Corrosão controlada pela ação de uma substância química em conjunto com uma DDP


• Térmico: Corpo de prova polido (ou mesmo atacado) é aquecido, controlando-se a atmosfera

» Matização ou Oxidante

» A Vácuo

» Plasma de Argônio (catódico)

Microscópios Metalográficos

Observação direta:

Platina

invertida:

Partes Principais:

Objetivas;

Oculares;

Filtros;

Iluminação.

Apresentação MEV – Prof. Ana Maria Maliska - UFSC

../../../../../MEV_Apresentacao.pdf












METALOGRAFIA QUANTITATIVA(Estereologia Quantitativa)

Objetivo:

Quantificar a microestrutura;

Determinar a quantidade, forma, tamanho e distribuição de fases e defeitos;

Fornecer subsídios para a compreensão das propriedades dos materiais.

Medidas e Equações Básicas:

Pp – Método de contagem de pontos (%Área)

Consiste em se dispor uma rede de pontos sobre uma determinada área da microestrutura O o valor de pontos interceptados pela fase em análise dividido pelo total de pontos é o valor Pp).

Recomendações:

1- Os pontos que parecem estar em um contorno devem ser contados como ½.

2- A rede selecionada deve ser de forma que na média não mais que um ponto incida sobre o objeto de interesse e que o espaçamento da rede seja próximo do espaçamento entre os objetos de interesse.

Medidas e Equações Básicas:

PL – Método de contagem de intersecções (Área de Contorno de grão)

Consiste em se dispor um arranjo de linhas retas ou de circunferências sobre uma determinada área da microestrutura. Quando da análise de estruturas orientadas o arranjo de circunferências é mais indicado. Os comprimentos das linhas são prefixados para facilitar o calculo. O valor de pontos interceptados pela fase em análise dividido pelo total de pontos é o valor PL).

Recomendações:

1- Quando as linhas teste tangenciam as linhas de interesse deve se considerar como 1 intersecção e

2- quanto a intersecção for uma junção tripla deve se considerar 1 e ½.

Sv=2PL (Sv= Área de Contorno de grão)

Exercícios

•Metais, cerâmicas, ...

•Materiais porosos: formados, pelo menos, por uma fase

sólida e uma fase fluídica (poros)

•As propriedades macroscópicas dos materiais multifásicosdependem das propriedades de suas fases bem como da suageometria (forma) e da organização espacial

Materiais Multifásicos

Por quê a utilização de imagens digitais?

•Uniformidade e repetibilidade das análises

•Maior produtividade e representatividade nas

análises

•Redução de custos se comparado aos métodos

experimentais

•Determinados parâmetros só podem ser obtidos

diretamente a partir da imagem

•Obtenção de vários parâmetros através da mesma

amostra

•Fração de fases

•No caso específico de materiais porosos chamamosa fração da fase fluídica de porosidade

totalV

V

Determinação de

Determinação de

Com considerações da estereologia pode-se demonstrar:

totaltotaltotaltotal P

P

L

L

A

A

V

V

Hipótese: estrutura randômica

Pré-processamento

Segmentação Binária

Granulometria

Estudo da distribuição de tamanho dos objetos

A origem do termo se deve ao procedimento de separação por tamanhos de uma amostra de grãos

com peneiras de malhas diferentes

Granulometria

Organização Espacial

Fatores de forma

•Área

•Perímetro

•Esfericidade

•Calibres

•Etc...

Fatores de Forma - aplicação

Classificação automática de grafita em ferros fundidosGomes, Monteiro, Marinkovic, Paciornik (2000)

Parâmetros descritores de forma Classificação

“Limitação”

Estaremos quase sempre trabalhando

com seções planas do material

partículas de grafita em ferro fundido

Modelos Microestruturais 3-D

Criação de sistemas 3-D de tal maneira que suas seções planasconservem parâmetros geométricos medidos em imagens 2-D

Aplicação: Simulação de fenômenos físicos

Caracterização microestrutural

Modelos microestruturais 3D

Amostra materialAquisição de

imagens

Imagem digital

Propriedades macroscópicas

Lâmina delgada

Tamanho de Grão

Réplica Metalográfica

• Peças de grandes dimensões

• Peças que não podem ser cortadas para análise

• Componentes montados e/ou em serviço

Seqüência de Execução

Preparação da superfície (até o polimento)

Ataque Químico

Execução da Réplica Metalográfica

Observação Metalográfica

Exames Adicionais

Espectroscopia

Microdureza

Raios X

Microscopia eletrônica

Micro-sonda

A legenda deve incluir

- Barra de dimensão

- Identificação da amostra

- Comentários que facilitem a interpretação da microestrutura

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