Análise metalográfica
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Direcção de Formação
Módulo 2.26Análise Metalográfica
Materiais e seu comportamento em soldadura
Curso de Engenharia de Soldadura EWFIIW Guideline – doc. IAB-002-2000/EWF-409 (Revisão 1)
Módulo 2.26 – Metalografia – 2Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
ObjectivoCompreender as estruturas metalográficas e suas aplicações
Módulo 2.26 – Metalografia – 3Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Plano de aula - Sexta,19
(teórica, sala da formação)
1. Preparação metalográfica para análise por microscopia óptica:1.1 Amostras Metalográficas1.2 Réplicas Metalográficas
Exemplos de aplicação
Módulo 2.26 – Metalografia – 4Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Plano de aula – Sábado, 20
(teórica, sala da formação)
2. Outros Ensaios2.1 Ensaio Macrográfico de Baumann2.2 Durezas
3. Análise Macrográfica em Juntas SoldadasExemplos(prática, laboratório de Materiais e Metalurgia)Análise macroscópica e microscópica
Módulo 2.26 – Metalografia – 5Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Resultados Esperados
• Conhecimento das diversas técnicas metalográficas
• Efectuar um exame metalográfico
• Conhecimento dos cuidados a ter no exame metalográfico
• Aplicações da análise metalográfica (apoio à decisão)
Módulo 2.26 – Metalografia – 6Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
1. Metalografia – Exame Micrográfico
⇒Análise de áreas muito reduzidas (50 a 1000× em microscopia óptica)
Módulo 2.26 – Metalografia – 7Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Exemplos:- Certificação deProcedimentos de soldadura - Certificação de soldadores
1. Metalografia – Exame Macrográfico
⇒ Exame de grandes superfícies (<10×)
Módulo 2.26 – Metalografia – 8Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Principais etapas de preparação Amostras Metalográficas:
Amostragem⇓
Montagem de amostras⇓
Desbaste e polimento⇓
Contrastação⇓
Observação⇓
Conservação
1. Metalografia – Técnicas de preparação
Módulo 2.26 – Metalografia – 9Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
1. Preparação de amostras metalográficas
Objectivo:Objectivo: escolher uma amostra metalográfica representativa do que se pretende analisar
Selecção da amostra no âmbito de:Selecção da amostra no âmbito de:– Análise de rotina ou de controle de produção– Requisitos normativos– Análise de fracturas ou defeitos– Trabalho de investigação
AMOSTRAGEM
⇓
Corte
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Montagem de amostras
⇓
Desbaste
⇓
Polimento
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
Módulo 2.26 – Metalografia – 10Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
CUIDADOSCUIDADOS1) Lubrificar → Evitarencruamento; sobreaquecimento
2) Temperatura →Evitar técnicascom elevada entrega térmicaEx: oxicorte
TIPOS DE CORTETIPOS DE CORTE•Disco de abrasivo (mais rápido e que menos altera a microestrutura)•Por serra mecânica•Erosão por arco-erosão•Arc-air•Jacto de água
Amostragem
⇓
CORTE
⇓
Montagem de amostras
⇓
Desbaste
⇓
Polimento
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
1. Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 11Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
OBJECTIVO: OBJECTIVO:
Suportar amostras pequenasDetenção de bordosPolimento automático
TIPOS DE MONTAGEM MAIS USADAS:TIPOS DE MONTAGEM MAIS USADAS:1.1.Montagem mecânica2. Montagem c/ produtos moldáveis:
a) Montagem a quente ⇒ pressão + temperatura(resinas termoendurecíveis e termoplásticas)
b) Montagem a frio ⇒ resina + endurecedor⇒PolimeraçãoExotérmicas
3. Montagens condutoras
Amostragem
⇓
Corte
⇓
MONTAGEM
⇓
Desbaste
⇓
Polimento
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
1. Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 12Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
OBJECTIVO: OBJECTIVO: Obtenção de uma superfície plana, isenta de riscos e sem deformação
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
⇓
DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
TIPOS DE DESBASTE / POLIMENTO: TIPOS DE DESBASTE / POLIMENTO:
•Mecânico•Químico•Electroquímico
1. Preparação de amostras metalográficas
Polideiras de bancada
Módulo 2.26 – Metalografia – 13Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
DESBASTE E POLIMENTO MECÂNICODESBASTE E POLIMENTO MECÂNICOAmostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
⇓
DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
PÂRAMETROSPÂRAMETROS:• Abrasivos - Lixas ( 80 a 4000 mesh)
- Alumina (1 a 6 µ m) - Pasta Diamante
(1 a 6 µ m)• Lubrificantes - Suspensão OPS
- Óleos- Água
FUNDAMENTOFUNDAMENTO: Etapas de desbaste com abrasivos sucessivamente mais finosAPLICAÇÕESAPLICAÇÕES: Maior parte dos metais e ligas
1. Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 14Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
DESBASTE GROSSEIRO DESBASTE FINO
80 8 120 8 220 8 320 8 500 8 800 8 1000 LAVAGEM COM ÁGUA
POLIMENTO CONTRASTAÇÃO
6 µ m 8 1 µ m observação
LAVAGEM COM ALCOOL + SECAGEM
DESBASTE E POLIMENTO MECÂNICODESBASTE E POLIMENTO MECÂNICO
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 15Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
DESBASTE E POLIMENTO MECÂNICODESBASTE E POLIMENTO MECÂNICOAmostragem
⇓
Corte
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Montagem
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DESBASTE E POLIMENTO
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Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 16Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
CUIDADOS: CUIDADOS:
• Eliminar a camada deformada
•Mudar para outra granulometriasomente quando os riscos foremparalelos•Lubrificação abundante
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
⇓
DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
DESBASTE E POLIMENTO MECÂNICODESBASTE E POLIMENTO MECÂNICO
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 17Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
FUNDAMENTO: FUNDAMENTO: obtenção de uma superfície plana, sem
abrasivos, por imersão de superfície pré-polida numa
solução na qual ocorre a dissolução das irregularidades.
APLICAÇÕESAPLICAÇÕES: Metais macios e ligas de Pb, Al e Zn.
PÂRAMETROS: natureza e composição da solução, PÂRAMETROS: natureza e composição da solução,
temperatura, tempo e agitação.temperatura, tempo e agitação.
Amostragem
⇓
Corte
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Montagem
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DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
POLIMENTO QUÍMICOPOLIMENTO QUÍMICO
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 18Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
FUNDAMENTO: FUNDAMENTO: obtenção de uma superfície plana isentade riscos, através da dissolução anódica dum metal num banho electrolítico.
APLICAÇÕESAPLICAÇÕES: Soluções sólidas e ligas resistentes à corrosão: aço inoxidável, ligas de Ni, Al. Ti, etc.
PÂRAMETROS: PÂRAMETROS: natureza e composição da solução, natureza e composição da solução, temperatura, tensão aplicada, densidade de corrente, temperatura, tensão aplicada, densidade de corrente, tempo e agitação.tempo e agitação.
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
⇓
DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
POLIMENTO ELECTROLÍTICOPOLIMENTO ELECTROLÍTICO
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Equipamento de polimento electrolítico
Módulo 2.26 – Metalografia – 19Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
CARACTERÍSTICAS DO ELECTRÓLITOCARACTERÍSTICAS DO ELECTRÓLITO
1. Mínima viscosidade, a qual é determinante na
qualidade do filme de polimento
2. Bom dissolvente do material anódico nas condições da
electrólise
3. Não deve atacar a amostra na ausência de corrente de
ionização
POLIMENTO ELECTROLÍTICOPOLIMENTO ELECTROLÍTICOAmostragem
⇓
Corte
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Montagem
⇓
DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 20Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
VANTAGENS:VANTAGENS:– Remoção do material encruado pelo corte, desbaste e
polimento– Para observação em MEV– Rapidez de operação e flexibilidade– Contrastação com o mesmo electrólito ( 1/10 tensão)
DESVANTAGENS:DESVANTAGENS:– Superfícies apresentam ligeira ondulação
dificultando a análise em microscopia óptica– dificuldade de obter bordos nítidos– efeito de ataque excessivo de fases não metálicas ou
vazios
POLIMENTO ELECTROLÍTICOPOLIMENTO ELECTROLÍTICOAmostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
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DESBASTE E POLIMENTO
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 21Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
OBJECTIVO: OBJECTIVO: Evidenciar as características do material por diferenciação entre os elementos estruturais.Recomenda-se a observação da amostra polida antes de contrastadaPROCESSOS:PROCESSOS:
•Coloração a quente•Polimento em relevo•Ataque:
- Químico- Electrolítico
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
⇓
Polimento e desbaste
⇓
CONTRASTAÇÃO
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 22Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Junta soldada em aço duplex
MB: X2CRNI23-4100ml HCL 1:5 H2O + 2g Na2S2O5 + 2g NH4FHF
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 23Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Microestrutura de austenite (fase mais clara) e ferrite (fase mais escura).
ZTA MF
1.1 Preparação de amostras metalográficasJunta soldada em aço duplex
MB: X2CRNI23-4100ml HCL 1:5 H2O + 2g Na2S2O5 + 2g NH4FHF
Módulo 2.26 – Metalografia – 24Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
CONTRASTAÇÃO POR ATAQUE QUÍMICOCONTRASTAÇÃO POR ATAQUE QUÍMICOVelocidade desigual da dissolução das diferentes fases criando diferença de nível ⇒ contraste ópticoPOCEDIMENTOPOCEDIMENTO: imersão da superfície polida em reagente apropriado. Para parar o ataque lava-se o provete.
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
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Polimento e desbaste
⇓
CONTRASTAÇÃO
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
CUIDADOS:CUIDADOS:Superfície polida tem de Superfície polida tem de estar bem limpa antes da estar bem limpa antes da contrastaçãocontrastaçãoUsar sistema de Usar sistema de exaustação de gasesexaustação de gases
Sistema de exaustão de gases
Módulo 2.26 – Metalografia – 25Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
CONTRASTAÇÃO POR ATAQUE ELECTROLÍTICOCONTRASTAÇÃO POR ATAQUE ELECTROLÍTICO
Ataque por electrólise; o provete faz de ânodo e certas
zonas são atacadas ⇒ contraste óptico
PROCEDIMENTOPROCEDIMENTO: imersão da superfície polida em
reagente apropriado e impõe-se um potencial. Para parar o
ataque retira-se o potencial.
Amostragem
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Corte
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Montagem
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Polimento e desbaste
⇓
CONTRASTAÇÃO
⇓
Observação
⇓
Conservação
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 26Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Amostragem
⇓
Corte
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Montagem
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Polimento e desbaste
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Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
OBJECTIVO: Caracterização OBJECTIVO: Caracterização microestruturalmicroestrutural
Exame por:-Microscopia Óptica (MO)-Microscopia Electrónica (MEV)
1.1 Preparação de amostras metalográficas
MO
MEV
Módulo 2.26 – Metalografia – 27Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Fotomicrografia obtida em MEV –Microestrutura de ferrite, perlitelamelar e bainite fortemente revenida.
Fotomicrografia obtida em Microscopia Óptica-Microestrutura de ferrite perlitelamelar
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 28Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem
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Polimento e desbaste
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
Protecção durante curto
intervalo de tempo ⇒ uso
de exsicadores
Protecção para longos
períodos ⇒ uso de
verniz, lacas, óleos
minerais
1.1 Preparação de amostras metalográficas
Exsicador
Módulo 2.26 – Metalografia – 29Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Exemplos de aplicação
Bandas de segregação Caracterização da morfologia da fractura (Caracterização da morfologia da fractura (exex: : transgranulartransgranular ou ou
intergranularintergranular))Caracterização de inclusões não metálicasGrau de descarbunação superficialProfundidade de defeitos superficiaisEspessura da camada endurecidaDeterminação de fracção volúmica por contagem pontual em materiais metálicoDeterminação qualitativa e quantitativa da grafite em ferros fundidos
Determinação do tamanho médio de grão
Direcção de Formação
1 Preparação Metalográfica
1.2 Réplicas Metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 31Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
1.2 Preparação de Réplicas Metalográficas
• Remover uma camada superficial (1-1,5 mm) para garantir a eliminação das camadas oxidada e descarbonada.
• Etapas semelhantes à preparação metalográfica de provetes + extracção da réplica metalográfica
• Uso de equipamentos portáteis
Amostragem
⇓
Corte
⇓
Montagem de amostras
⇓
Desbaste
⇓
Polimento
⇓
Contrastação
⇓
Observação
⇓
Conservação
Módulo 2.26 – Metalografia – 32Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
EXTRACÇÃO DA RÉPLICAEXTRACÇÃO DA RÉPLICA
Cobrir a superfície preparada com acetona e aplicar a película de
acetato. Deixar secar.
1.2 Preparação de Réplicas Metalográficas
Módulo 2.26 – Metalografia – 33Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
MONTAGEM DA RÉPLICAMONTAGEM DA RÉPLICAMontar a réplica em bases próprias e
metalizadas para posterior análise ao Microscópio Óptico e/ou Microscópio Electrónico de Varrimento (S.E.M.).
1.2 Preparação de Réplicas Metalográficas
Réplica montada
Metalizador
Direcção de Formação
2. Outros Ensaios
2.1 Ensaio Macrográfico de Baumann
Módulo 2.26 – Metalografia – 35Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
2.1 ENSAIO MACROGRÁFICO DE BAUMANN
OBJECTIVOOBJECTIVO
O ensaio macrográfico de Baumann (impressão sulfurosa) tem comoobjectivo a apreciação da distribuição de enxofre existente sob a forma de sulfuretos metálicos num provete de um produto siderúrgico.
NP - 689 - Produtos Siderúrgicos. Ensaio macrográfico de Baumann.
Módulo 2.26 – Metalografia – 36Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
Aplica-se a produtos siderúrgicos. Observa-se e interpreta-se a distribuição e as
diferenças de tonalidade das manchas obtidas na imagem fotográfica resultante, após contacto directo de uma superfície polida do provete, com papel fotográfico humedecido com solução de ácido sulfúrico
2.1 ENSAIO MACROGRÁFICO DE BAUMANN
Módulo 2.26 – Metalografia – 37Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
-Solução de ácido sulfúrico (d= 1.84), a 3% em volume;
-Solução de tiosulfato de sódio a 20 g/dm3 ;
-Álcool etílico a 95%;
-Papel fotográfico tipo cloro-brometo, branco.
2.1 ENSAIO MACROGRÁFICO DE BAUMANN
REAGENTESREAGENTES
Direcção de Formação
2.2 Ensaios de dureza
Durezas Vickers:- Método
- Ensaios em juntas soldadas
Módulo 2.26 – Metalografia – 39Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
2.1 Ensaios de dureza: Princípio
Aplicação de uma carga Q à superfície de um metal através de um penetrador de diamante de forma piramidal de base quadrada com um ângulo de 136° entre as faces opostas, durante um tempo t
HV= 1,8544Q / d2
1,8544 = 2sen136º/2Q = carga de ensaio em quilograma-força cargas (0,015kg a 100kg)d = diagonal média da impressão em milímetros
Módulo 2.26 – Metalografia – 40Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
2.1 Ensaios de dureza
• A carga deve ser a maior possível, de modo a ensaiar uma área o mais representativa do material.
• A carga deve ser escolhida de modo a que a impressão fique contida na área que se pretende ensaiar
• Acabamento superficial que garanta uma nítida visualização da impressão. Quanto menor for a impressão melhor deve ser o acabamento superficial.
• Um acabamento superficial inadequado poderá conduzir a erros que irão comprometer a fiabilidade dos resultados.
CUIDADOSCUIDADOS
Módulo 2.26 – Metalografia – 41Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
2.1 Durezas em juntas soldadasMétodo de filiação
≤2 mm
≤2 mm
Junta topo a topo com soldadura de um só lado
≤2 mm
≤2 mm
Junta topo a topo com passe de confirmação
≤2 mm
≤2 mm
Junta topo a topo soldada dos dois lados sem penetração
Módulo 2.26 – Metalografia – 42Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
2.1 Durezas em juntas soldadas
≤2 mm
≤2 mm≤2 mm ≤2 mm≤2 mm
≤2 mm ≤2 mm
Método de filiaçãoJunta de canto
Módulo 2.26 – Metalografia – 43Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
VALORES DE DUREZA HARDNESS MEASUREMENTS HV10 LOCALIZAÇÃO
LOCATION INDENTAÇÃO
INDENT 1ª filiação 1st row
2ª filiação 2nd row
3ª filiação 3th row
4ª filiação 4th row
1 171 175 178 179 2 171 179 176 179 MB1/PM1 3 171 177 179 177 4* 253 244 258 243 5* 259 243 260 241 ZTA/HAZ 6* 254 237 259 231 7 221 216 214 223 8 218 219 216 219 MF/WM 9 223 222 217 212 10* 215 245 245 234 11* 223 234 261 234 ZTA/HAZ 12* 229 221 228 219 13 158 160 158 159 14 162 160 163 163 MB2/PM2 15 169 162 161 162
* - Estas indentações distam ≤ 0,5 mm da linha de fusão / These indents are within ≤ 0,5 mm from the fusion line
1 2 3• • •
1 2 3• • •
1 2 3• • •
13 14 15• • •
13 14 15• • •
13 14 15• • •
7 8 9 • • •
7 8 9 • • •
7 8 9 • • •
6 •5 •
4 •
6•5 •4 •
• 12• 11
• 10
• 12• 11
• 10
1 2 3• • •
7 8 9 • • •
13 14 15• • •
4 •5 •
6 •
• 10
• 11• 12
4 •5 •
6 •
• 10• 11
• 12
2 mm
2 mm
Processo de Soldadura 111; After Wazau
≤2 mm
≤2 mm
2.1 Durezas em juntas soldadasJunta topo a topo soldada dos dois lados sem penetração
Direcção de Formação
3 Análise macrográfica em juntas soldadas
ISO 6520
Módulo 2.26 – Metalografia – 45Rev. 0 (20-10-2003) Fátima Leal
3. Análise Macrográfica em juntas soldadas
• 1 Fissuras• 2 Cavidades ou porosidades• 3 Inclusões sólidas• 4 Falta de fusão ou penetração• 5 Defeitos de forma• 6 Outros defeitos
ISO 6250-1