FUNDAMENTOS DA

METALOGRAFIA DOS AOS

Elizeu Ferreira dos Santos

ESTRUTURA CRISTALINA
O ao compe-se de tomos arranjados
ordenadamente, formando o que se
chama de estrutura cristalina.
Ao conjunto de tomos que ocupam
posies fixas e formam uma estrutura d
se o nome de clula unitria.

ESTRUTURA CRISTALINA

ESTRUTURA CRISTALINA
As clulas unitrias organizam-se em trs
dimenses, apresentando um contorno de
agregado de cristais irregulares.
Um conjunto de clulas unitrias forma o
cristal com contorno geomtrico, o qual
adquire contornos irregulares pelo seu
crescimento passa a chamar se de gro.

ESTRUTURA CRISTALINA

Cada gro constitudo por milhares de

clulas unitrias que so grupos de tomos
que se dispe em posies fixas que do
origem aos reticulados.

ESTRUTURA CRISTALINA
Existem 7 sistemas cristalinos: Triclnico,
monoclnico, ortormbico, Hexagonal,
trigonal, tetragonal e cbico.
De acordo com a disposio dos tomos,
desses originam se desse sistema 14
disposies dos tomos formando os
reticulados.

ESTRUTURA CRISTALINA

ESTRUTURA CRISTALINA

ESTRUTURA CRISTALINA
Os principais reticulados cristalinos, segundo
os quais cerca de dois teros dos metais se
cristalizam:
Cbico de Corpo Centrado (CCC): os
tomos se dispe nos vrtices e um no centro
de um cubo. Os metais que se cristalizam
nessa forma so: ferro na temperatura
ambiente (forma alotrpica alfa), cromo, ltio,
molibdnio, tntalo, tungstnio entre outros.

ESTRUTURA CRISTALINA

ESTRUTURA CRISTALINA
Cbico de Face Centrada (CFC): os
tomos se dispe nos vrtices e nos
centros das faces dos cubos. o caso do
ferro acima de 912C (forma alotrpica
gama), alumnio, cobre, chumbo, etc.

ESTRUTURA CRISTALINA
Hexagonal Compacta (HC): apresenta
doze tomos nos vrtices de um prisma
de base hexagonal, dois tomos nos
centros das bases e trs no seu interior.
Ex.: zinco e titnio.

CONSTITUINTES DO AO
Duas amostras de ao ao carbono
Mesmo tipo de tratamento trmico
Uma com baixo teor de carbono (0,1%)
Outra com teor mdio de carbono (0,5%),

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

CONSTITUINTES DO AO
Na amostra de mdio carbono identificamse mais gros escuros do que claros.
Portanto, ela contm mais carbono.

CONSTITUINTES DO AO
Identificam-se dois constituintes da
estrutura do ao: gros claros, chamados
ferrita, e gros escuros, chamados perlita.
A ferrita apresenta uma estrutura (CCC).
Os tomos que compem essa estrutura
organizam-se bem juntos entre si, de modo
que fica difcil a acomodao de tomos de
carbono na rede cristalina.

CONSTITUINTES DO AO
A estrutura de ferrita consegue acomodar,
no mximo, 0,025% de tomos de
carbono a 723C.

CONSTITUINTES DO AO
Ao ampliar vrias vezes o tamanho do
gro escuro, v-se uma sequencia de
linhas ou lminas claras e escuras. As
lminas claras chamam-se ferrita, e as
escuras recebem o nome de cementita.

CONSTITUINTES DO AO

CONSTITUINTES DO AO
A cementita constitui-se de 12 tomos de
ferro e 4 tomos de carbono. , portanto,
um carboneto de ferro com dureza
elevada e um dos responsveis pela
dureza do ao. representada por Fe3C.
A perlita formada de lminas alternadas
com 88% de ferrita e 12% de cementita.

CONSTITUINTES DO AO

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

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

DIAGRAMA Fe-C
O ferro delta () CCC estvel at a
temperatura de 1538C, que a temperatura
de fuso do Fe puro.
Acima de 1538C a estrutura cristalina CCC
da ferrita torna-se amorfa, sem ordenao
cristalina, caracterizando o estado lquido.
O ferro lquido (L) estvel at a
temperatura de 2880C, temperatura na qual
este passa para fase vapor.

DIAGRAMA Fe-C
Existem dois tipos de diagramas Fe-C:
o diagrama Fe-C estvel, que mostra o
equilbrio entre o Fe e a grafita,
e o diagrama Fe-Fe3C, metaestvel, que
apresenta o equilbrio entre o ferro e a
cementita (Fe3C).

DIAGRAMA Fe-C

Aos
Ao eutetide tem o teor de carbono de
0,77%. (Esta composio particular
encontrada no diagrama de ferro-carbono em
que existe a transformao de austenita para
ferrita e cementita).

Ao hipoeutetide com teor de C entre 0

a 0,77% .
Ao hipereutetide com o teor de C
entre 0,77% a 2,11%.

Ferros Fundidos
Ferro fundido euttico quando o teor
de carbono corresponde ao ponto euttico
ou seja 4,30 % de C.
Ferro fundido hipoeuttico quando o
teor de carbono esta entre 2,11% a
4,30%.
Ferro fundido hipereuttico quando o
teor de carbono esta acima de 4,30%.

RESFRIAMENTO LENTO DOS AOS

HIPOEUTETIDES

RESFRIAMENTO LENTO DE UM AO
EUTETIDE

RESFRIAMENTO LENTO DOS AOS

HIPEREUTETIDES

PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES EM AOS AO

CARBONO

Austenita (do nome do metalurgista

ingls Robert Austen) - Consiste em uma
soluo slida intersticial de C (com at
2,11%) no ferro CFC. Em aos ao carbono
e aos baixa liga s estvel acima de
727C. Apresenta resistncia mecnica
em torno de 150 MPa e elevada
ductilidade e tenacidade. A austenita no
magntica.

PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES EM AOS AO

CARBONO

Ferrita (do latim "ferrum")- Consiste em

uma soluo slida intersticial de C (com
at 0,022%) no ferro CCC. A ferrita
magntica e apresenta baixa resistncia
mecnica, cerca de 300 MPa, excelente
tenacidade e elevada ductilidade.

PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES EM AOS AO

CARBONO

Cementita (do latim "caementum")Denominao do carboneto de ferro Fe3C

contendo 6,7% de C e estrutura cristalina
ortorrmbica. Apresenta elevada dureza,
baixa resistncia, baixa ductilidade e
baixa tenacidade.

PROPRIEDADES DAS FASES E CONSTITUINTES PRESENTES EM AOS AO

CARBONO

A perlita mistura mecnica das fases

ferrita (88% em peso) e cementita (12%
em peso) formada pelo crescimento
cooperativo destas fases. Apresenta
propriedades intermedirias entre a ferrita
e a cementita dependendo do tamanho e
espaamento das lamelas de cementita.

METALOGRAFIA
A Metalografia consiste do estudo dos
constituintes e das estruturas dos metais
e suas ligas. A apropriada preparao de
amostras para anlise metalogrfica, para
a caracterizao dos materiais metlicos
requer que um rgido procedimento
seja seguido.

MACROGRAFIA
O exame macrogrfico verifica o
aspecto de uma superfcie aps
devidamente polida e atacada por um
reagente adequado. Por seu intermdio
tem-se uma ideia do conjunto, referente
homogeneidade do material, a distribuio
e natureza das falhas, impureza e ao
processo de fabricao.

MACROGRAFIA
A analise feita a olho nu,com lupa
ou com utilizao de microscpios
estreos que favorecem a profundidade
de foco e do, portanto, viso
tridimensional da rea observada com
aumentos que podem variar de 5x a 64X.
Em geral as observaes so feitas at
10X.

MICROGRAFIA
Consiste no estudo dos produtos
metalrgicos, com o auxlio do microscpio,
onde se pode observar e identificar
algumas caractersticas dos metais como a
granulao do material, a natureza, a forma, a
quantidade, e a distribuio dos diversos
constituintes ou de certas incluses. O
microscpio tico suficiente na maioria
das vezes para observao de propsito geral.

Corpo de prova
Parte do material ou produto com
forma e dimenses especifica da
superfcie a ser analisada podendo est
ser embutida ou no.

Corpo de prova embutido

O embutimento de grande importncia
para o ensaio metalograficos, pois alem
de facilitar o manuseio de peas
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 colocada em uma prensa
de embutimento com uma resina, sendo
que o mais comumente utilizado a
baquelite; de baixo custo e dureza
relativamente alta.

Corpo de prova no embutido

o corpo de prova cujas dimenses da
superfcie a analisar so suficientemente
grandes a ponto de no ser necessrio o
embutimento.

Corte
s vezes necessrio particionar o
corpo de prova para obterem-se
amostras que serviro para anlise
metalogrfica. Operaes mecnicas
como torneamento aplainamento e
outras, impem severas alteraes
microestruturais devido ao trabalho
mecnico a frio.

Corte
O corte abrasivo oferece a melhor
soluo para este seccionamento, pois
elimina por completo o trabalho mecnico
a frio, resultando em superfcies planas
com baixa rugosidade, de modo rpido e
seguro.
O equipamento utilizado para o corte
conhecido como policorte, com discos
abrasivos intensamente refrigerados.

Embutimento
A montagem da amostra realizada
para facilitar o manuseio de peas
pequenas. O embutimento consiste em
circundar a amostra com um material
adequado, formando um corpo nico. O
embutimento pode ser a frio e a quente,
dependendo das circunstncias e da
amostra a ser embutida.

Embutimento a frio
A frio, quando se usam resinas
sintticas de polimerizao rpida.
Este embutimento feito com resinas
auto-polimerizveis, as quais consistem
geralmente de duas substncias
formando um lquido viscoso quando
misturadas.

Embutimento a frio
Esta mistura vertida dentro de um molde
plstico onde se encontra a amostra,
polemizando-se aps certo tempo. A reao
de polimerizao, a despeito do nome que
a operao de embutimento a frio tem,
fortemente exotrmica, 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.

Embutimento a quente
Quando a amostra embutida em
materiais termoplsticos por meio de
prensas, utilizando-se presso e
aquecimento para efetuar a polimerizao.
O mtodo consiste em colocar o corpo de
prova com a face que se quer analisar em
contato com o mbolo inferior da mquina
de embutimento.

Lixamento
Operao que tem por objetivo eliminar
riscos e marcas mais profundas da
superfcie dando um acabamento a
esta superfcie, preparando-a para o
polimento.
Existem dois processos de lixamento:
manual (mido ou seco) e automtico.

Lixamento
A tcnica de lixamento manual consiste
em se lixar a amostra sucessivamente
com lixas de granulometria cada vez
menor, mudando-se de direo (90)
em cada lixa subsequente at
desaparecerem os traos da lixa anterior.

Lixamento
A sequencia mais adequada de lixas para
o trabalho metalogrfico com aos 100,
220, 320, 400, 600 e 1200.
Para se conseguir um lixamento eficaz
necessrio o uso adequado da tcnica de
lixamento.

Lixa
Geralmente, para os trabalhos metalogrficos
as lixas utilizadas tm como gro abrasivo
o xido de alumnio, em casos especiais, so
utilizados o diamante e o carbeto de boro.
A granulometria relatada em nmeros.
Portanto, o nmero de gros abrasivos
definido pela quantidade de gros mais grossos
que passam na malha de uma peneira na rea
de uma polegada.

Lixa

Polimento
Operao ps 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 superfcie da
amostra, de modo a deix-la isentam de
traos abrasivos, solventes, poeiras e
outros.

Polimento mecnico
quando o mesmo realizado atravs de
uma Politriz.
Pode ser manual, quando a amostra
trabalhada manualmente no disco de
polimento e automtica quando as
amostras so lixadas em dispositivos
especiais e polidas sob a ao de cargas
variveis.

Polimento mecnico
O agente polidor mais utilizado para o
polimento mecnico o diamante, devido
as suas caractersticas de granulometria,
dureza, forma dos gros 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 lquidos de
baixo ponto de ebulio como o
lcool, ter, etc., os quais so
posteriormente secados rapidamente
atravs de um jato de ar quente fornecido
por uma ventoinha eltrica ou secador.

Limpeza e secagem
Uma amostra lixada e polida est pronta
para o exame macro ou microscpico
desde que os seus elementos estruturais
possam ser distinguidos uns dos outros.
Ao incidir a luz sobre a superfcie
metlica polida faz-se necessrio um
contraste para distinguirem-se os
detalhes de sua estrutura. Tal contraste
obtido por meio do ataque.

Ataque ptico
O contraste conseguido variando-se
apenas o sistema de iluminao
empregado. Os principais mtodos so:
iluminao campo escuro largamente
empregado para observao de fendas,
poros, riscos, e incluses.
luz polarizada - indica para observao de
cristais isotrpicos (sistema cbico) e
anisotrpicos (sistema hexagonal).

Mtodos de ataque com modificao da superfcie preparada

Eletroltico ou andino um ataque
seletivo para certos tipos de fases do
corpo de prova, colocado como nodo
(perda de eltrons) em um determinado
eletrlito.
Potenciosttico um ataque andino,
onde a diferena de potencial ajustada
para que certas fases da amostra sejam
evidenciadas de maneira bem definida.

Mtodos de ataque com modificao da superfcie preparada

Fsico baseado na remoo de tomos
atravs da aplicao de energia suficiente
para separ-los da rede atmica. A energia
pode ser fornecida atravs de calor
(trmico) ou de elevada d.d.p (catdico).
Trmico (gasoso) a amostra aquecida
sob vcuo para permitir rpida evaporao
dos elementos estruturais energizados.

Mtodos de ataque com modificao da superfcie preparada

Ataque qumico a superfcie sofre uma
srie de transformaes eletroqumicas
baseadas no processo de xido-reduo,
cujo aumento do contraste se deve s
d.d.p. eletroqumico. So formadas
clulas locais onde os constituintes
quimicamente pobres atuam como um
nodo, reagindo com o meio de ataque de
maneira mais intensa que os mais nobres.

Mtodos de ataque com modificao da superfcie preparada

Ataque por imerso

Ataque por gotejamento
Ataque por lavagem
Ataque alternativo por imerso
Ataque por esfregao

Reativos

Reativos

Reativos

Exemplos de Macrografia

O trilho rompeu em servio. Nota-se nitidamente, nesta seo como

a fratura acompanhou o contorno da zona segregada. Ataque: iodo.
Tamanho natural.

Exemplos de Macrografia

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

Exemplos de Macrografia

Solda oxiacetilnica de duas barras laminadas de ao doce. Ataque:

iodo. Tamanho natural.

Exemplos de Micrografia

Ao hipereutetide. Ataque: picrato de sdio. 200 X

Exemplos de Micrografia

Ataque:picrato de sdio. 730 X.

Exemplos de Micrografia

Ao com cerca de 0,5% de carbono esfriado lentamente. Ataque: ntrico. 160 X.

Exemplos de Micrografia

Aspecto com maior aumento da rea delimitada na figura anterior. Ataque: ntrico. 800 X

Exemplos de Micrografia

0,1% de C ferrita + perlita

Exemplos de Micrografia

0,4% de C ferrita + perlita

Exemplos de Micrografia

0,8% de C - perlita

Exemplos de Micrografia

1,3% de C perlita + cementita