Tecnologia dos Materiais - IFBA

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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.

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?

Introdução

O controle de qualidade dos metais e ligas metálicas pode ser desenvolvido por três métodos diferentes que são: ¾ Ensaios físicos e mecânicos

¾ Análise química

¾ 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.

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.

Esses são feitos em uma secção do material devidamente plana e polida e, em regra, atacada por um reativo químico apropriado.

processos de fabricação da peça etc

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

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.

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

¾ Verificar qual a finalidade do exame, isto é, qual o tipo de estrutura procurada, descontinuidade esperada, etc.

¾ Proceder ao exame visual da peça antes do corte, procurando identificar por aquecimento, mossas, trincas, porosidades etc. ¾ Região da peça onde deve se localizar o corte e qual a posição de corte.

¾ Fotografar ou desenhar a peça antes do corte.

Os cuidados expostos acima têm como objetivo garantir que:

¾ Foram obtidas todas as informações sobre o material a ser ensaiado. ¾ Foram verificadas as condições de acabamento antes de se determinar a retirada dos corpos de prova.

¾ Se tenha em documento (fotografia ou desenho), da peça original, para nele assinalar os pontos que se tenha de fazer referência mais tarde. ¾ Se facilite a correta interpretação dos resultados.

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: ¾ Se a secção é inteiramente homogênea ou não

¾ A natureza do material (aço, ferro fundido, etc.)

¾ A existência de vazio

¾ A profundidade de têmpera ou cementação

¾ Determinação de um tubo é com ou sem costura

¾ A posição, forma e dimensões das bolhas

Um corte longitudinal será preferível quando se quer verificar, por exemplo: ¾ O método de fabricação de uma peça (fundida, laminada ou forjada)

¾ Se a peça foi estampada ou torneada

¾ A solda de barras

¾ A extensão de tratamentos térmicos superficiais

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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

Água - 50ml

Ácido clorídrico (conc.) – 50ml

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 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.

Iodo sublimado10g
Iodeto de potássio20g
Água100g

¾ 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.

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:

¾ Proteção da face ensaiada do corpo de prova com uma camada de verniz transparente.

¾ Fotografia em tamanho natural dos resultados do ensaio, seguido de laudo ou relatório.

¾ Escolha de localização da secção a ser estudada ¾ Realização de uma superfície plana e polida

¾ Ataque

¾ 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.

Processo moderno de fixação de pequenas peças

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.

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 m, 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.

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.

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.

aplica um agente polidor (alumina ou diamante)

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

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.

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.

Solução de ácido pícrico a 4% em álcool etílico. Mesmas indicações anteriores.

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.

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