Metalografia aplicada a sinterizados - Parte I - Industrial Heating
Publicado por Marco A. T. Pallini em 19 de setembro de 2015
Um dos requerimentos mais importantes do processo de metalurgia do pó é o controle da microestrutura. Isto é feito por uma técnica chamada metalografia, que consiste na preparação adequada do material que será analisado e o uso de microscópios óticos ou eletrônicos para observar a microestrutua. Em um novo desenvolvimento ou em melhorias de processo, a metalografia é uma ferramenta poderosa para investigarmos os detalhes do mecanismo de sinterização ou analisarmos falhas e desvios de especificação do material [1].
A preparação metalográfica de componentes sinterizados difere de materiais convencionais, principalmente devido aos poros. Se as etapas corretas não forem seguidas, o resultado pode ser desastroso, levando o analista a erros de interpretação. Normalmente, as amostras são cortadas com discos de carbeto de silício ou diamantados, dependendo da dureza do material, sob refrigeração abundante e avanço lento para evitar-se sobreaquecimento da amostra. Na sequência, ocorre o embutimento da mesma em material polimérico, em matriz cilíndrica aquecida, que garante uma face plana para análise. Depois desse processo, segue-se as etapas de lixamento (sequência de lixas, da mais grossa até a mais fina ou com discos de lixamento sintéticos) e polimento (mais comumente alumina ou diamante). A referência [3] sugere rotas de preparação metalográfica, falhas comuns neste processo, e mostra exemplos de microestruturas de diversos materiais sinterizados. Na Fig.1 e 2 observam-se duas fotos da mesma amostra mostrando porosidades completamente diferentes, devido apenas ao processo de preparação metalográfica. A Fig.3 mostra um erro comum visível após o ataque e processo de secagem da amostra. A preparação inadequada pode dificultar a interpretação da microestrutura e levar a erros grosseiros.
No controle da matéria-prima, que no caso dos sinterizados são pós metálicos, a metalografia nos auxilia a inferir o tamanho e forma de partículas e os constituintes da microestrutura (fases, inclusões, porosidade interna da partícula etc.), além de permitir identificar os tipos de pós utilizados em uma determinada mistura (mistura elementar de pós, pó de ferro pré-ligado a outros elementos ou pó de ferro com elementos pré-difundidos na superfície deste). Permite também identificar se o pó foi atomizado, reduzido ou obtido por precipitação, por exemplo. O entendimento de todas estas variáveis permitirá a previsão tanto do comportamento na moldagem (compressibilidade, por exemplo), e sinterização (variação dimensional esperada, por exemplo), como também das propriedades mecânicas esperadas em uma determinada composição.
Um componente sinterizado a metalografia possibilita avaliarmos o grau de sinterização/arredondamento de poros, presença de elementos livres, segregações, impureza, porcentagem de poros e fases presentes na microestrutura; etc., como podemos ver nos exemplos das Figs.4, 5 e 6.
Na segunda parte deste artigo, mostraremos microestruturas típicas de algumas ligas sinterizadas e seu efeito nas propriedades físicas e mecânicas de um determinado componente.
[1] MACCALL, J. L., et all, "Metallography as a Quality Control Tool", 1980, Plenum Press, NYC;
[2] MURPHY, THOMAS, "Quantifying the Degree-of-Sinter in Ferrous P/M Materials", 2004, Euro-PM, EPMA;
[3] STRUERS, "Metallographic Preparation of Powder Metallurgy Parts", 2008, Struers, Denmark;
[4] PALLINI, Marco A. T., "Base de Dados Metalográficos Particular" – Atualização Junho 2015.
Fig.1. Aço sinterizado que foi preparado até a fase de polimento com diamante 3µm utilizando tempo de polimento de 4 minutos [3]. Por análise de imagem estima-se 7% de poros ou densidade de 7,3 g/cc
Fig.2. Amostra da Fig.1 após polimento de 8 minutos [3]. Por análise de imagem estima-se 13% de poros ou densidade de 6,8 g/cc. Dobrar o tempo de polimento, abriu os poros e revelou a porosidade real
Fig.3. Aço sinterizado atacado com Nital. As manchas em cima dos poros (setas vermelhas) são manchas originadas após ataque, lavagem e secagem (resto de líquidos saindo dos poros) [3]
Fig.4. Liga FC0205 sem ataque, aumento aproximado 200X. Tempo insuficiente de sinterização. Existe pouca difusão entre as partículas de ferro (áreas claras), visto que os contornos entre elas são bem visíveis e ainda existem partículas de cobre
Fig.5. FC0205 atacado com Nital, aumento aproximado 500X. Falha de forno que permitiu entrada de oxigênio (atmosfera de sinterização inadequada), causando perda de carbono na superfície do componente (áreas claras) [4]
Fig.6. Liga FC0205 atacada com Nital, aumento aproximado 1000X. A microestrutura mostra ferrita (áreas claras), perlita (áreas com carbonetos em forma lamelar sobre a matriz ferrítica), e poros (áreas pretas) [3]
Olá, eu estava lendo o artigo e tenho um questionamento a respeito do sinterizado, porem no ensaio de analise química via oes spark. Porque alguns elementos tipo carbono, tem resultados imprecisos…