Seja para verificar a especificação de um material, analisar o modo de falha ou nível de desgaste de peças, a Metalografia exerce um papel muito importante para a compreensão do comportamento dos materiais.
A análise metalográfica, outra designação dada à Metalografia, permite observar a microestrutura de metais e ligas e, por meio dessa observação, entender o desempenho macroestrutural de determinados componentes. Por exemplo, através da análise do tamanho de grão podemos prever o comportamento da fratura do material (dúctil ou frágil).
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O ensaio metalográfico é considerado um ensaio destrutivo pois apenas uma seção da peça é analisada. Em geral, esta seção é retirada por corte, levada para embutimento para facilitar as etapas posteriores de lixamento e polimento. A análise em si consiste em coletar informações por meio de imagem, principalmente através de Microscopia Óptica (MO) ou Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Dependendo dos objetivos da análise, é necessário um ataque químico da superfície para obter contraste na coloração de fases ou inclusões.
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A utilização dessa técnica é apropriada em todas as etapas durante a vida útil de componentes: desde o desenvolvimento inicial, produção, controle de fabricação e se necessário até na análise de falhas. Ter o controle dessas etapas garante confiabilidade ao produto.
As principais informações obtidas através da metalografia são:
- Processo de manufatura da peça, como fundição, metalurgia do pó, soldagem, extrusão, forjamento, bem como tratamentos em que o material foi submetido, como têmpera, revenimento, esferoidização, entre outros;
- Presença de tratamentos termoquímicos como nitretação, cementação e boretação;
- Revestimentos aspergidos, cromagem ou fosfatização, relacionados à engenharia da superfície;
- Distribuição e morfologia de fases intermetálicas;
- Tamanho e região de crescimento dos grãos;
- Porosidade, segregações e inclusões na microestrutura;
- Formação de carbonetos em superfícies e contornos de grãos;
- Corrosão intergranular e/ou intraganular;
- Análise do modo de falha.
Além disso, a utilização de outras técnicas em conjunto com a metalografia possibilitam aperfeiçoar a análise e obter resultados mais minuciosos, como é o caso do ensaio de dureza e de espectrometria (que fornece informações da composição química do material em análise). Esse tipo de análise tem grande importância nas atividades de pesquisa e desenvolvimento para melhoria de desempenho de superfícies quando submetidas a diversos mecanismos de desgastes.
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Quais as etapas desse processo de análise?
- Preparação da amostra: Nesta etapa, a amostra do material metálico é preparada para análise. Isso inclui o corte da amostra em tamanho adequado, geralmente por meio de serras de corte apropriadas. A amostra é então montada em uma resina ou embutida em uma resina termofixada para facilitar o manuseio durante as etapas subsequentes.
- Desbaste: A amostra embutida é desbastada para remover o excesso de material e obter uma superfície plana. Esse processo é realizado usando lixas de diferentes granulações, começando com uma granulação mais grossa e progredindo para uma granulação mais fina. O objetivo é remover as imperfeições e riscos causados pelo corte inicial.
- Polimento: Após o desbaste, a amostra é polida para obter uma superfície lisa e brilhante. Isso é feito usando uma série de abrasivos finos, como pastas de diamante ou óxido de alumínio, aplicados em panos ou discos rotativos. O polimento é feito em várias etapas, usando abrasivos com granulações cada vez menores, para remover os riscos do desbaste anterior e obter uma superfície espelhada.
- Ataque químico: Após o polimento, a amostra é atacada com reagentes químicos adequados para revelar a estrutura interna do material. Esses reagentes podem ser ácidos, como ácido nítrico, ácido clorídrico ou ácido etching, ou misturas específicas para atacar determinadas ligas. O ataque químico remove uma pequena camada superficial do material, revelando as características microestruturais.
- Observação microscópica: A amostra preparada é então examinada em um microscópio metalográfico. O microscópio permite a visualização das estruturas internas do material em diferentes ampliações. Através da observação microscópica, é possível identificar diferentes fases, grãos, inclusões, defeitos e outros aspectos relevantes da microestrutura do metal.
- Análise e interpretação: Com base nas observações microscópicas, é feita a análise e interpretação dos resultados. Isso envolve a identificação das fases presentes, a determinação do tamanho e distribuição dos grãos, a avaliação de possíveis defeitos ou inclusões e a análise das propriedades físicas e estruturais do material.
- Documentação: Por fim, os resultados da análise metalográfica são documentados em relatórios, com imagens microscópicas e descrições das características observadas. Esses relatórios são importantes para registro, controle de qualidade e referência futura.
Vale ressaltar que a análise metalográfica pode envolver etapas adicionais dependendo do objetivo e do tipo de material em análise. Técnicas avançadas, como microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de difração de raios-X, também podem ser utilizadas. Aqui na Rijeza, realizamos esse processo com equipamentos automatizados para corte, embutimento e polimento e a análise é realizada em um microscópio Zeiss.
Como a metalografia pode contribuir para a tribologia?
Abaixo estão algumas maneiras pelas quais a metalografia contribui para a tribologia:
- Caracterização da superfície: Ela permite a análise detalhada da topografia e das características microestruturais da superfície dos materiais metálicos em contato. Isso inclui a identificação de rugosidades, desgastes, trincas, inclusões e outras irregularidades que podem afetar o atrito, o desgaste e a lubrificação. Isso inclui a distribuição dos grãos, a presença de fases diferentes, a orientação dos grãos, a presença de inclusões e defeitos, entre outros. Essas informações ajudam a compreender como a microestrutura afeta o comportamento tribológico do material.
- Análise de falhas: Através da metalografia, é possível investigar as falhas e desgastes ocorridos em ambientes tribológicos. Examinar as amostras metalográficas de peças desgastadas ou danificadas pode revelar informações sobre os mecanismos de desgaste envolvidos, como abrasão, adesão, fadiga, corrosão, entre outros.
- Avaliação de revestimentos e tratamentos superficiais: A metalografia também é utilizada para avaliar a qualidade e a eficácia de revestimentos e tratamentos superficiais aplicados em componentes tribológicos. A análise metalográfica pode revelar informações sobre a espessura, a aderência, a homogeneidade e a microestrutura dos revestimentos.
Com base nas informações obtidas pela metalografia, é possível realizar melhorias no projeto de componentes, na seleção de materiais, nos processos de fabricação, nos tratamentos superficiais e nos lubrificantes utilizados, a fim de otimizar o desempenho tribológico, reduzir o desgaste e aumentar a vida útil dos sistemas mecânicos com consequente melhoria dos principais indicadores de manutenção e dos resultados da gestão da manutenção como um todo.
Você sabia que a metalografia pode contribuir para o aumento da durabilidade de peças de máquinas?
Aqui estão algumas maneiras pelas quais a metalografia contribui para o aumento da durabilidade das peças de máquinas:
- Seleção de materiais adequados: A metalografia permite avaliar a microestrutura dos materiais. Com base nessas informações, é possível selecionar de maneira mais assertiva materiais que sejam adequados para suportar as condições de operação da máquina, minimizando à exposição superficial aos principais mecanismos de desgastes.
- Identificação de defeitos e inclusões: Através da análise metalográfica, é possível identificar defeitos e inclusões presentes nos materiais, como trincas, porosidades, inclusões não metálicas e segregações. Esses defeitos podem atuar como pontos de concentração de tensões e iniciar falhas ou trincas sob cargas de trabalho. A metalografia ajuda também na identificação e entendimento de defeitos, permitindo medidas corretivas para minimizá-los ou eliminá-los.
- Avaliação da integridade estrutural: Através da metalografia, é possível avaliar a integridade estrutural das peças, verificando a presença de trincas, descontinuidades ou danos causados por processos de fabricação, tratamentos térmicos, soldagem, entre outros. A identificação precoce de tais problemas permite a tomada de medidas corretivas para evitar falhas prematuras e garantir a durabilidade das peças.
- Controle de qualidade: A metalografia desempenha um papel importante no controle de qualidade das peças de máquinas durante a fabricação. Ela permite a verificação da conformidade com as especificações técnicas, incluindo dimensões, microestrutura desejada e propriedades mecânicas requeridas. A detecção de desvios ou anomalias durante a análise metalográfica permite a correção de problemas antes que as peças sejam colocadas em serviço, garantindo sua durabilidade.
- Otimização de tratamentos superficiais : A metalografia também é utilizada para avaliar a eficácia de tratamentos superficiais, como nos tratamentos térmicos e revestimentos protetores (como os aplicados por aspersão térmica, por exemplo), entre outros. A análise metalográfica permite verificar a qualidade, a espessura, a aderência e a microestrutura dos tratamentos superficiais, garantindo que eles estejam em conformidade com os requisitos técnicos e de resistência ao desgaste.
Ao aplicar os conhecimentos da metalografia, os fabricantes e projetistas de máquinas podem tomar decisões mais asservias para selecionar materiais adequados, projetar componentes robustos, otimizar processos de fabricação e implementar tratamentos superficiais adequados. Essas ações contribuem para o aumento da durabilidade das peças de máquinas, reduzindo falhas prematuras e contribuem, no final das contas, para melhoria dos indicadores de desempenho do processo de gestão da manutenção, com confiabilidade
A Rijeza possui um Centro de Pesquisa e Tecnologia (CPT) com equipamentos de ponta para fornecer Análise Metalográfica para os diversos setores industriais com confiabilidade de análise e certificação ISO 9001:2015 de qualidade. A metalografia é uma etapa importante no processo de análise de materiais quando se fala em desenvolvimento de soluções contra desgastes. Em muitos casos, o usuário não tem conhecimento do material de fabricação da peça e esse ensaio permite a realização de uma avaliação rápida e de baixo custo, tornando o processo de seleção de materiais bastante assertivo. Boas escolhas de materiais chegam a garantir aumento do indicador de MTBF superiores a 500%, como, por exemplo, no caso de aplicação de revestimento de carboneto de tungstênio em peças de hidrelétricas. A metalografia é uma importante ferramenta para os profissionais que trabalham na gestão da manutenção.
Nosso objetivo é que você conheça mais as possibilidades de aplicação desse ensaio. Se você tem necessidade de realização de metalografia, envie uma mensagem pra nós e solicite um orçamento
Nós preparamos um material em PDF contendo todas as informações a respeito da análise metalográfica de materiais. Pra baixar o material é só acessar o link abaixo.