Metalografia: o que e para que é utilizada essa análise?

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).

Leia também: O que é resistência ao desgaste?

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.

Veja também: Ensaio de Dureza Brinell – Conheça esse método

Quais as etapas desse processo de análise?

O processo de análise metalográfica envolve várias etapas. A seguir, estão as etapas principais do processo de análise metalográfica:
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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?

A metalografia desempenha um papel importante na tribologia, que é o estudo das interações entre superfícies em movimento relativo. Através da análise metalográfica, é possível obter informações valiosas sobre a estrutura e as propriedades dos materiais metálicos que estão em contato, o que pode ajudar a compreender e otimizar o desempenho tribológico de sistemas mecânicos.

Abaixo estão algumas maneiras pelas quais a metalografia contribui para a tribologia:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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?

A metalografia desempenha um papel fundamental no aumento da vida útil de peças de máquinas. Ao analisar a estrutura microscópica dos materiais metálicos, a metalografia fornece informações importantes para o projeto, seleção de materiais, processos de fabricação e tratamentos superficiais, que podem influenciar diretamente nesse objetivo.

Aqui estão algumas maneiras pelas quais a metalografia contribui para o aumento da durabilidade das peças de máquinas:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.

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