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Metalografia do aço

2. FUNDAMENTOS DA
METALOGRAFIA DOS AÇOS
Elizeu Ferreira dos Santos

3. ESTRUTURA CRISTALINA
•O aço compõe-se de átomos arranjados
ordenadamente, formando o que se
chama de estrutura cristalina.
•Ao conjunto de átomos que ocupam
posições fixas e formam uma estrutura dá
se o nome de célula unitária.

4. ESTRUTURA CRISTALINA

5. ESTRUTURA CRISTALINA
•As células unitárias organizam-se em três
dimensões, apresentando um contorno de
agregado de cristais irregulares.
•Um conjunto de células unitárias forma o
cristal com contorno geométrico, o qual
adquire contornos irregulares pelo seu
crescimento passa a chamar se de grão.

6. ESTRUTURA CRISTALINA
•Cada grão é constituído por milhares de
células unitárias que são grupos de átomos
que se dispõe em posições fixas que dão
origem aos reticulados.

7. ESTRUTURA CRISTALINA
•Existem 7 sistemas cristalinos: Triclínico,
monoclínico, ortorômbico, Hexagonal,
trigonal, tetragonal e cúbico.
•De acordo com a disposição dos átomos,
desses originam se desse sistema 14
disposições dos átomos formando os
reticulados.

8. ESTRUTURA CRISTALINA

9. ESTRUTURA CRISTALINA

10. ESTRUTURA CRISTALINA
•Os principais reticulados cristalinos, segundo
os quais cerca de dois terços dos metais se
cristalizam:
•Cúbico de Corpo Centrado (CCC): os
átomos se dispõe nos vértices e um no centro
de um cubo. Os metais que se cristalizam
nessa forma são: ferro na temperatura
ambiente (forma alotrópica alfa), cromo, lítio,
molibdênio, tântalo, tungstênio entre outros.

11. ESTRUTURA CRISTALINA

12. ESTRUTURA CRISTALINA
•Cúbico de Face Centrada (CFC): os
átomos se dispõe nos vértices e nos
centros das faces dos cubos. É o caso do
ferro acima de 912°C (forma alotrópica
gama), alumínio, cobre, chumbo, etc.

13. ESTRUTURA CRISTALINA
•Hexagonal Compacta (HC): apresenta
doze átomos nos vértices de um prisma
de base hexagonal, dois átomos nos
centros das bases e três no seu interior.
Ex.: zinco e titânio.

14. CONSTITUINTES DO AÇO
•Duas amostras de aço ao carbono
•Mesmo tipo de tratamento térmico
•Uma com baixo teor de carbono (0,1%)
•Outra com teor médio de carbono (0,5%),

15. CONSTITUINTES DO AÇO
•Ao observar a amostra de baixo carbono
distinguem-se em maior quantidade grãos
claros, com pouco carbono, e alguns
grãos escuros com bastante carbono.

16. CONSTITUINTES DO AÇO
•Na amostra de médio carbono identificam-
se mais grãos escuros do que claros.
Portanto, ela contém mais carbono.

17. CONSTITUINTES DO AÇO
•Identificam-se dois constituintes da
estrutura do aço: grãos claros, chamados
ferrita, e grãos escuros, chamados perlita.
•A ferrita apresenta uma estrutura (CCC).
Os átomos que compõem essa estrutura
organizam-se bem juntos entre si, de modo
que fica difícil a acomodação de átomos de
carbono na rede cristalina.

18. CONSTITUINTES DO AÇO
•A estrutura de ferrita consegue acomodar,
no máximo, 0,025% de átomos de
carbono a 723°C.

19. CONSTITUINTES DO AÇO
•Ao ampliar várias vezes o tamanho do
grão escuro, vê-se uma sequencia de
linhas ou lâminas claras e escuras. As
lâminas claras chamam-se ferrita, e as
escuras recebem o nome de cementita.

20. CONSTITUINTES DO AÇO

21. CONSTITUINTES DO AÇO
•A cementita constitui-se de 12 átomos de
ferro e 4 átomos de carbono. É, portanto,
um carboneto de ferro com dureza
elevada e é um dos responsáveis pela
dureza do aço. É representada por Fe3C.
•A perlita é formada de lâminas alternadas
com 88% de ferrita e 12% de cementita.

22. CONSTITUINTES DO AÇO

23. DIAGRAMA Fe-C
ALOTROPIA DO FERRO PURO
•A alotropia é a propriedade que certos
metais apresentam de possuírem
reticulados cristalinos diferentes, conforme
a temperatura.
•Na temperatura ambiente, o ferro puro
apresenta estrutura cristalina cúbica de
corpo centrado (CCC), denominada ferro
alfa (α).

24. DIAGRAMA Fe-C
•A partir de 912°C a estrutura CCC sofre
uma transformação alotrópica para a
estrutura (CFC), denominada ferro gama
(γ) ou austenita.
•Na temperatura de 1394°C ocorre uma
nova transformação alotrópica na qual a
estrutura CFC da austenita transforma-se
novamente em CCC, denominada ferro
delta (δ).

25. DIAGRAMA Fe-C
•O ferro delta (δ) CCC é estável até a
temperatura de 1538°C, que é a temperatura
de fusão do Fe puro.
•Acima de 1538°C a estrutura cristalina CCC
da ferrita δ torna-se amorfa, sem ordenação
cristalina, caracterizando o estado líquido.
•O ferro líquido (L) é estável até a
temperatura de 2880°C, temperatura na qual
este passa para fase vapor.

26. DIAGRAMA Fe-C
Existem dois tipos de diagramas Fe-C:
•o diagrama Fe-C estável, que mostra o
equilíbrio entre o Fe e a grafita,
•e o diagrama Fe-Fe3C, metaestável, que
apresenta o equilíbrio entre o ferro e a
cementita (Fe3C).

28. DIAGRAMA Fe-C

30. Aços
•Aço eutetóide tem o teor de carbono de
0,77%. (Esta é composição particular
encontrada no diagrama de ferro-carbono em
que existe a transformação de austenita para
ferrita e cementita).
•Aço hipoeutetóide com teor de C entre 0
a 0,77% .
•Aço hipereutetóide com o teor de C
entre 0,77% a 2,11%.

31. Ferros Fundidos
•Ferro fundido eutético – quando o teor
de carbono corresponde ao ponto eutético
ou seja 4,30 % de C.
•Ferro fundido hipoeutético – quando o
teor de carbono esta entre 2,11% a
4,30%.
•Ferro fundido hipereutético – quando o
teor de carbono esta acima de 4,30%.

32. RESFRIAMENTO LENTO DOS AÇOS
HIPOEUTETÓIDES

33. RESFRIAMENTO LENTO DE UM AÇO
EUTETÓIDE

34. RESFRIAMENTO LENTO DOS AÇOS
HIPEREUTETÓIDES

35. PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITU-
INTES PRESENTES EM AÇOS AO
CARBONO
•Austenita (do nome do metalurgista
inglês Robert Austen) - Consiste em uma
solução sólida intersticial de C (com até
2,11%) no ferro CFC. Em aços ao carbono
e aços baixa liga só é estável acima de
727°C. Apresenta resistência mecânica
em torno de 150 MPa e elevada
ductilidade e tenacidade. A austenita não
é magnética.

36. PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITU-
INTES PRESENTES EM AÇOS AO
CARBONO
•Ferrita (do latim "ferrum")- Consiste em
uma solução sólida intersticial de C (com
até 0,022%) no ferro CCC. A ferrita é
magnética e apresenta baixa resistência
mecânica, cerca de 300 MPa, excelente
tenacidade e elevada ductilidade.

37. PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITU-
INTES PRESENTES EM AÇOS AO
CARBONO
•Cementita (do latim "caementum")-
Denominação do carboneto de ferro Fe3C
contendo 6,7% de C e estrutura cristalina
ortorrômbica. Apresenta elevada dureza,
baixa resistência, baixa ductilidade e
baixa tenacidade.

38. PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITU-
INTES PRESENTES EM AÇOS AO
CARBONO
•A perlita é mistura mecânica das fases
ferrita (88% em peso) e cementita (12%
em peso) formada pelo crescimento
cooperativo destas fases. Apresenta
propriedades intermediárias entre a ferrita
e a cementita dependendo do tamanho e
espaçamento das lamelas de cementita.

39. METALOGRAFIA
•A Metalografia consiste do estudo dos
constituintes e das estruturas dos metais
e suas ligas. A apropriada preparação de
amostras para análise metalográfica, para
a caracterização dos materiais metálicos
requer que um rígido procedimento
seja seguido.

40. MACROGRAFIA
•O exame macrográfico verifica o
aspecto de uma superfície após
devidamente polida e atacada por um
reagente adequado. Por seu intermédio
tem-se uma ideia do conjunto, referente à
homogeneidade do material, a distribuição
e natureza das falhas, impureza e ao
processo de fabricação.

41. MACROGRAFIA
•A analise é feita a olho nu,com lupa
ou com utilização de microscópios
estéreos que favorecem a profundidade
de foco e dão, portanto, visão
tridimensional da área observada com
aumentos que podem variar de 5x a 64X.
Em geral as observações são feitas até
10X.

42. MICROGRAFIA
•Consiste no estudo dos produtos
metalúrgicos, com o auxílio do microscópio,
onde se pode observar e identificar
algumas características dos metais como a
granulação do material, a natureza, a forma, a
quantidade, e a distribuição dos diversos
constituintes ou de certas inclusões. O
microscópio ótico é suficiente na maioria
das vezes para observação de propósito geral.

43. Corpo de prova
•Parte do material ou produto com
forma e dimensões especifica da
superfície a ser analisada podendo está
ser embutida ou não.

44. Corpo de prova embutido
•O embutimento é de grande importância
para o ensaio metalograficos, pois alem
de facilitar o manuseio de peças
pequenas, evita que amostras com
arestas rasguem a lixa ou o pano de
polimento; bem como o abaulamento
durante o polimento. Existem dois tipos
de embutimento o embutimento a frio
e o embutimento a quente.

45. Corpo de prova embutido a
quente
•No embutimento a quente, a amostra a
ser analisada é colocada em uma prensa
de embutimento com uma resina, sendo
que o mais comumente utilizado é a
baquelite; de baixo custo e dureza
relativamente alta.

46. Corpo de prova não embutido
•É o corpo de prova cujas dimensões da
superfície a analisar são suficientemente
grandes a ponto de não ser necessário o
embutimento.

47. Corte
•Às vezes é necessário particionar o
corpo de prova para obterem-se
amostras que servirão para análise
metalográfica. Operações mecânicas
como torneamento aplainamento e
outras, impõem severas alterações
microestruturais devido ao trabalho
mecânico a frio.

48. Corte
•O corte abrasivo oferece a melhor
solução para este seccionamento, pois
elimina por completo o trabalho mecânico
a frio, resultando em superfícies planas
com baixa rugosidade, de modo rápido e
seguro.
•O equipamento utilizado para o corte
conhecido como policorte, com discos
abrasivos intensamente refrigerados.

49. Embutimento
•A montagem da amostra é realizada
para facilitar o manuseio de peças
pequenas. O embutimento consiste em
circundar a amostra com um material
adequado, formando um corpo único. O
embutimento pode ser a frio e a quente,
dependendo das circunstâncias e da
amostra a ser embutida.

50. Embutimento a frio
•A frio, quando se usam resinas
sintéticas de polimerização rápida.
•Este embutimento é feito com resinas
auto-polimerizáveis, as quais consistem
geralmente de duas substâncias
formando um líquido viscoso quando
misturadas.

51. Embutimento a frio
•Esta mistura é vertida dentro de um molde
plástico onde se encontra a amostra,
polemizando-se após certo tempo. A reação
de polimerização, a despeito do nome que é
a operação de embutimento a frio tem, é
fortemente exotérmica, atingindo
temperaturas entre 50 e 120° C, comum
tempo de endurecimento que varia de 0,2 a 24
h, dependendo do tipo de resina empregada e
do catalisador.

52. Embutimento a quente
•Quando a amostra é embutida em
materiais termoplásticos por meio de
prensas, utilizando-se pressão e
aquecimento para efetuar a polimerização.
•O método consiste em colocar o corpo de
prova com a face que se quer analisar em
contato com o êmbolo inferior da máquina
de embutimento.

53. Lixamento
•Operação que tem por objetivo eliminar
riscos e marcas mais profundas da
superfície dando um acabamento a
esta superfície, preparando-a para o
polimento.
•Existem dois processos de lixamento:
manual (úmido ou seco) e automático.

54. Lixamento
•A técnica de lixamento manual consiste
em se lixar a amostra sucessivamente
com lixas de granulometria cada vez
menor, mudando-se de direção (90°)
em cada lixa subsequente até
desaparecerem os traços da lixa anterior.

55. Lixamento
•A sequencia mais adequada de lixas para
o trabalho metalográfico com aços é 100,
220, 320, 400, 600 e 1200.
•Para se conseguir um lixamento eficaz é
necessário o uso adequado da técnica de
lixamento.

56. Lixa
•Geralmente, para os trabalhos metalográficos
as lixas utilizadas têm como grão abrasivo
o óxido de alumínio, em casos especiais, são
utilizados o diamante e o carbeto de boro.
•A granulometria é relatada em números.
Portanto, o número de grãos abrasivos é
definido pela quantidade de grãos mais grossos
que passam na malha de uma peneira na área
de uma polegada.

57. Lixa

58. Polimento
•Operação pós lixamento que visa um
acabamento superficial polido isento de
marcas, utiliza para este fim pasta de
diamante ou alumina.
•Antes de realizar o polimento deve-se
fazer uma limpeza na superfície da
amostra, de modo a deixá-la isentam de
traços abrasivos, solventes, poeiras e
outros.

59. Polimento mecânico
•É quando o mesmo é realizado através de
uma Politriz.
•Pode ser manual, quando a amostra é
trabalhada manualmente no disco de
polimento e automática quando as
amostras são lixadas em dispositivos
especiais e polidas sob a ação de cargas
variáveis.

60. Polimento mecânico
•O agente polidor mais utilizado para o
polimento mecânico é o diamante, devido
as suas características de granulometria,
dureza, forma dos grãos e poder de
desbaste.

61. Limpeza e secagem
•Antes de a amostra sofrer o ataque, a
mesma deve estar perfeitamente limpa e
seca, por isso utilizam-se líquidos de
baixo ponto de ebulição como o
álcool, éter, etc., os quais são
posteriormente secados rapidamente
através de um jato de ar quente fornecido
por uma ventoinha elétrica ou secador.

62. Limpeza e secagem
•Uma amostra lixada e polida está pronta
para o exame macro ou microscópico
desde que os seus elementos estruturais
possam ser distinguidos uns dos outros.
•Ao incidir a luz sobre a superfície
metálica polida faz-se necessário um
contraste para distinguirem-se os
detalhes de sua estrutura. Tal contraste
é obtido por meio do ataque.

63. Ataque óptico
•O contraste é conseguido variando-se
apenas o sistema de iluminação
empregado. Os principais métodos são:
•iluminação campo escuro – largamente
empregado para observação de fendas,
poros, riscos, e inclusões.
•luz polarizada - indica para observação de
cristais isotrópicos (sistema cúbico) e
anisotrópicos (sistema hexagonal).

64. Métodos de ataque com modifi-
cação da superfície preparada
•Eletrolítico ou anódino – um ataque
seletivo para certos tipos de fases do
corpo de prova, colocado como ânodo
(perda de elétrons) em um determinado
eletrólito.
•Potenciostático – um ataque anódino,
onde a diferença de potencial é ajustada
para que certas fases da amostra sejam
evidenciadas de maneira bem definida.

65. Métodos de ataque com modifi-
cação da superfície preparada
•Físico – baseado na remoção de átomos
através da aplicação de energia suficiente
para separá-los da rede atômica. A energia
pode ser fornecida através de calor
(térmico) ou de elevada d.d.p (catódico).
•Térmico (gasoso) – a amostra é aquecida
sob vácuo para permitir rápida evaporação
dos elementos estruturais energizados.

66. Métodos de ataque com modifi-
cação da superfície preparada
•Ataque químico – a superfície sofre uma
série de transformações eletroquímicas
baseadas no processo de óxido-redução,
cujo aumento do contraste se deve ás
d.d.p. eletroquímico. São formadas
células locais onde os constituintes
quimicamente pobres atuam como um
ânodo, reagindo com o meio de ataque de
maneira mais intensa que os mais nobres.

67. Métodos de ataque com modifi-
cação da superfície preparada
•Ataque por imersão
•Ataque por gotejamento
•Ataque por lavagem
•Ataque alternativo por imersão
•Ataque por esfregação

68. Reativos

69. Reativos

70. Reativos

71. Exemplos de Macrografia
•O trilho rompeu em serviço. Nota-se nitidamente, nesta seção como
a fratura acompanhou o contorno da zona segregada. Ataque: iodo.
Tamanho natural.

72. Exemplos de Macrografia
•Elo de corrente. Seção longitudinal. Ataque: iodo. 1,5 X.

73. Exemplos de Macrografia
•Solda oxiacetilênica de duas barras laminadas de aço doce. Ataque:
iodo. Tamanho natural.

74. Exemplos de Micrografia
•Aço hipereutetóide. Ataque: picrato de sódio. 200 X

75. Exemplos de Micrografia
•Ataque:picrato de sódio. 730 X.

76. Exemplos de Micrografia
•Aço com cerca de 0,5% de carbono esfriado lentamente. Ataque: nítrico. 160 X.

77. Exemplos de Micrografia
•Aspecto com maior aumento da área delimitada na figura anterior. Ataque: nítrico. 800 X

78. Exemplos de Micrografia
•0,1% de C – ferrita + perlita

79. Exemplos de Micrografia
•0,4% de C – ferrita + perlita

80. Exemplos de Micrografia
•0,8% de C - perlita

81. Exemplos de Micrografia
• 1,3% de C – perlita + cementita