Metalografia

FUNDAMENTOS DA
METALOGRAFIA DOS
AÇOS
Elizeu Ferreira dos Santos

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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

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%),

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

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

• 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.

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

• 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.

• 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.

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).

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).

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.

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).

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%.

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%.

RESFRIAMENTO LENTO DOS AÇOS
HIPOEUTETÓIDES

RESFRIAMENTO LENTO DE UM AÇO
EUTETÓIDE

RESFRIAMENTO LENTO DOS AÇOS
HIPEREUTETÓIDES

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

• 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.

• 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.

• Ataque por imersão
• Ataque por gotejamento
• Ataque por lavagem
• Ataque alternativo por imersão
• Ataque por esfregação

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.

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

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

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

• Ataque:picrato de sódio. 730 X.

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

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

• 0,1% de C – ferrita + perlita

• 0,4% de C – ferrita + perlita

• 0,8% de C - perlita

• 1,3% de C – perlita + cementita

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