Projeto de Iniciação Científica
Caracterização metalográfica de um aço
revestido com processo de soldagem GMAW
Orientado : Igor Augusto Bonin
Orientador(a) : Verônica Oliveira
Co-orientador: Eduardo Canetti
Relatório Parcial de Iniciação Científica referente aos meses de Março à
Outubro de 2015.
Pindamonhangaba
2015
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Fatec Pindamonhangaba
Resumo do ProjetoCom a crescente exploração do petróleo, cada vez mais precisam-se de materiais
para a fabricação de tubulações, tanques e equipamentos de destilação resistentes ao
desgate sofrido em alto-mar ou à ação corrosiva do petróleo. Os aços carbono de
baixa liga são bastante aplicados por apresentarem baixo custo e boa resistência
mecânica. Contudo, esta classe de material não oferece resistência à corrosão no
ambiente de uma petrolífera. Uma maneira de aumentar a resistência à corrosão é
utilizar a técnica de revestimento por soldagem dos tubos utilizados para extração,
adicionando um material que sofre menos com a ação corrosiva do petróleo. Desta
forma, aumenta-se a vida útil do equipamento sem a necessidade de trocar o aço
base. Assim, faz-se necessário buscar excelência na aplicação destes revestimentos,
buscando o máximo em desempenho e qualidade. Logo, o projeto aqui explanado visa
aumentar a produtividade do processo de revestimento de liga Inconel 625 em
tubulação de aço SAE 4130 por meio da troca do atual processo de soldagem
utilizado, o GTAW, para o processo GMAW (com maior potencial de deposição e
produtividade). Entretanto, para tal, é necessário que se garanta a qualidade do
material depositado, assim o projeto também prevê a análise microestrutural de todas
as amostras soldadas, visando suprimir qualquer defeito proveniente dos novos
procedimentos desenvolvidos.
Palavras-chave – SAE 4130, Caracterização microestrutural
Resumo Março / Outubro de 2015Nesta primeira etapa do trabalho foi feita a análise microestrutural do material
base, o aço SAE 4130. Após a preparação de varias amostras foram produzidos em
laboratório ataques químicos com Nital 2%, Solucão de metabissulfito de sódio 7% e
Le Pera,visando, via microscópio óptico, obter a caracterização microestrutural das
amostras como recebidas. Também foi feito o ensaio de Microdureza Vickers. Todas
estas etapas foram realizadas em laboratórios da Fatec Pindamonhangaba.
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1 Introdução (Breve revisão bibliográfica)1.1 Caracterização Microestrutural
O processo metalográfico foi criado com o objetivo de determinar a quantidade,
a morfologia e composição química de estruturas presentes em metais de variados
tipos, sendo estas oriundas de processos que envolvem aporte térmico e/ou
deformação.
Portanto, o estudo dessas estruturas é de extrema importância, pois elas
determinaram o comportamento do material em diversas situações, podendo dar
noções bastante confiáveis de tenacidade, ductilidade, resistência à corrosão,
comportamento em temperaturas elevadas e muitos outros parâmetros essências para
escolha de processos e matérias que atendam requisitos específicos de projeto.
Ainda dentro da área metalográfica, o projeto de pesquisa pretende abordar
quatro processos distintos de analise, por microscopia ótica, microscopia eletrônica de
varredura (MEV), microscopia eletrônica de transição (MET) e espectroscopia de
energia dispersiva de raios-x.
1.2 Processo MIG/MAG
O processo MIG/MAG tem por característica a sua grande produtividade, em
relação a outros processos de proteção gasosa similar. É um processo aplicado na
indústria em grande e pequena escala, para produção de produtos em série
(estruturas, peças, revestimentos, etc) e para manutenção de equipamentos, podendo
ser estes de várias espessuras, ferrosos ou não, dentre eles alumínio, aços de alta
resistência, aços inoxidáveis, cobre entre muitos outros.
Sua grande vantagem esta no fato de ser um processo semi automático,
havendo também a possibilidade de ser completamente automatizado com emprego
de equipamento para deslocamento e posicionamento.
Entretanto, para a obtenção de cordões de solda com a maior qualidade
possível é necessário que alguns parâmetros sejam compreendidos e bem afinados,
“como intensidade de corrente, tensão e comprimento de arco, velocidade de
soldagem, stick-out, gases de proteção, diâmetro do eletrodo, posição da tocha, seus
tipos, vazão” e sentido de soldagem. (POEPCKE; JOSE SATURNINO. 2013)
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1.3 Aço SAE 4130
O aço SAE 4130 é uma liga que apresenta propriedades como, boa
soldabilidade, média temperabilidade, resistência a altas temperaturas e corrosão,
entre outras provenientes de seus elementos de liga (composição química
especificada na Tabela 1) e que lhe conferem um bom comportamento a diversos tipos
de tratamento térmico.
Em função dessas propriedades essa liga é utilizada em vários setores da
indústria entre eles a fabricação de uma infinidade de peças mecânicas para o setor
automobilístico, estruturas aeroespacial, tubos de extração de petróleo ,etc.
Elemento C Mn P S Si Ni Cr Cu Mo% peso Min
0,28 0,40 --- --- 0,15 --- 0,80 --- 0,15
% peso Max
0,33 0,60 0,03 0,04 0,35 0,25 1,10 0,35 0,25
Tabela 1 - Composição química aço SAE 4130, % em peso.(MACEDO; MARCIANO
QUITES. 2007)
1.4 Inconel 625
A liga Inconel 625 (composição química na Tabela 2) consiste em um material
de alta liga com propriedades de resistência a corrosão, temperatura e fluência muito
apreciáveis às indústrias que trabalham com equipamentos em ambientes com alto
nível de intempéries, além de várias outras aplicações como na esfera aeroespacial e
marítima, equipamentos de controle de poluição, reatores nucleares e indústria
química.
Entretanto esse material pode perder propriedades se em meio ao processo de
soldagem adquirir altos níveis de diluição em aços, tornando-se necessária a
aplicação do diagrama de Schaeffler e os devidos ajustes de parâmetros e elaboração
de procedimento soldagem para que o material ainda atenda os requisitos de projeto e
não apresente potenciais defeitos nos cordões.
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Ni Cr Fe Mo Nb C58,0 mín. 20,0 - 23,0 5,0 máx. 8,0 – 10,0 3,15 – 4,15 0,1 máx.Mn Si P S Al Ti0,5 máx. 0,5 máx. 0,015 máx. 0,015 máx. 0,4 máx. 0,4 máx.
Tabela 2- Composição química liga Inconel 625, % em peso.(SIMÕES; THIAGO
MESQUITA. 2014)
2 Objetivos
O projeto aqui estudado visa analisar a nível microestrutural, amostras de SAE
4130 revestidas por liga de Níquel Inconel 625 por meio de processo GMAW,
buscando analisar, identificar, entender e suprimir possíveis alterações
microestruturais indesejáveis a aplicação do produto.
3 Materiais e Métodos para o
desenvolvimento do projeto
3.1 Análise Microestrutural
Para a realização da análise microestrutural, foi necessário que o material
fosse cortado, pois se encontrava no formato de barra, inviabilizando o embutimento.
Logo após o corte, com o material já na medida adequada, o mesmo teve suas
rebarbas retiradas.
A etapa seguinte consistiu no lixamento da amostra. Este foi feito em várias
lixas com granulometrias distintas, sendo elas 180, 320, 400, 600, 1200, 1500 e 2000
#. Para este processo utilizou-se as técnicas apropriadas, sempre tombando a
amostra 90° após cada lixamento. Nesta fase foi utilizado primeiro lixa circular e
depois uma pista de lixamento com granulometria 1200, 1500 e 2000. O passo
seguinte foi o polimento da amostra, para a remoção dos últimos riscos. Nesta etapa
foi usado pano de polimento circular e pasta de alumina 1 µm e 0,3 µm. As etapas de
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lixamento e polimento foram realizadas sempre com o auxílio de um estereoscópio
com capacidade de ampliação que varia de 6 a 50 vezes.
3.2 Ataque químico
Foram definidos 3 ataques a se fazer nas amostras do aço 4130, o primeiro foi
realizado com solução de NITAL 2%, o segundo com metabissulfito de sódio 7%, e o
terceiro com Le Pêra. No primeiro, a amostra ficou imersa na solução por 18 segundos
até que atingisse o estado desejado. Segundo COLPAERT (2008), o nital ataca
contornos de grão. O segundo ataque químico, realizado com solução de
metabissulfito de sódio 7%, foi feito por imersão durante um período de 30 segundos.
Este ataque diferencia ferrita e martensita em aços multifásicos (COLPAERT, 2008). O
terceiro ataque, chamado de Le Pêra é uma solução de metabissulfito de sódio e acido
pícrico diluídos em agua e etanol, respectivamente, e tem o objetivo de diferenciar a
fase bainita da fase ferríta e também destaca martensita + austenita retida, mas não
as diferencia entre si.
Com o ataque concluído, foi utilizado um microscópio ótico com um maior
poder de ampliação, para realizar 60 fotografias. Para tal, foram realizadas 30 fotos
em ampliação 500x e mais 30 fotos em ampliação 1000x para cada tipo de ataque.
Como foram realizados 3 tipos de ataques, totalizou-se 180 fotos.
3.3 Ensaio de dureza
Depois de analisar a microestrutura do material foram feitas medidas de
microdureza Vickers no aço SAE 4130.
4 Resultados Parciais
4.1 Ataque NITAL 2%O ataque com nital teve como objetivo revelar as fases presentes e contornos de
grão.
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Figura 1- Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Nital 2% aumento de
500x.
Figura 2- Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Nital 2% aumento de
1000x.
É possível observar nas Figuras 1 e 2, uma área mais clara e uma área mais
escura. A área mais clara é constituída de ferrita + austenita retida, em algum lugares
pode se ver nitidamente um agregado de ferrita, já nas áreas mais escuras temos
martensita revenida. Pode-se perceber ainda, regiões onde a coloração é mais escura
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de forma concentrada (evidenciado na Figura 2 por círculos). Apesar de outras
análises serem necessárias, acredita-se que esta região seja composta por
carbonetos. Este ataque revela também contornos de grão. Usando o programa
“Image J”, pode-se calcular a porcentagem de martensita revenida + carbonetos na
amostra foi igual a 49%.
4.2 Ataque METABISSULFITO DE SÓDIO 7%
O ataque realizado em solução de metabissulfito de sódio (7%) tem por
objetivo revelar duas fases, sendo elas austenita retida e martensita.
Figura 3- Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Metabissulfito de Sódio
7% aumento de 500x.
Figura 4- Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Metabissulfito de Sódio
7% aumento de 1000x.
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4.3 Ataque Le Pera
Neste ataque químico são utilizados dois reagentes: I – solução de 1g de
metabissulfito de sódio diluído em 100ml de água e II – 4g de ácido pícrico diluído em
100 ml de etanol. A proporção propostas por Le Pêra é 1:1. Este reagente possibilita
distinguir principalmente a fase bainita (marrom) da fase ferrita (azul ou marrrom
clara). A fase martensita e a austenita retida aparecem com coloração clara. Contudo,
esta coloração é característica de materiais que passaram por tratamento isotérmico,
como a austêmpera. No caso deste presente trabalho, a amostra foi revenida e,
portanto não apresenta estrutura bainítica. Desta forma o que podemos ver nas
Figuras 5 e 6 é ferrita e carbonetos na fase escura e martensita + austenita retida na
fase clara.
Figura 5 - Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Le Pera, aumento 500x
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Figura 6 - Micrografia dos constituintes no metal base, ataque Le Pera, aumento 1000x
4.4 Dureza Vickers
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Foram realizadas 5 medições, sendo os resultados: 288, 260, 250, 251 e 338.
Como as medidas foram realizadas sem definição de fases na amostra, a última
medição deve ter sido realizada em um ponto com alguma inclusão ou estrutura com
uma dureza mais elevada do que o material em questão.
5 Conclusões Parciais
Nesta primeira etapa do trabalho foi feita uma caracterização microestrutural do
material como recebido que estava na condição revenida. As microestruturas
encontradas estão de acordo com a literatura (MACEDO, 2007; RANIERI, 2005).
Estas análises servirão de base para a caracterização microestrutural que será feita
nas amostras revestidas por soldagem que fazem parte da próxima etapa deste
trabalho.
6 Dificuldades encontradas no trabalhoAlgumas das dificuldades encontradas no projeto foram: demora para
disponibilização de materiais para análise metalográfica, demora na preparação de
soluções para ataques químicos e falta de material para revestimento do metal de
base, entre outras.
Referências
BAIXO, C. E. I. , Dutra, J. C. EFEITO DO GÁS DE PROTECÃO E DO MODO DE TRANSFERÊNCIA NA APLICACÃO DA LIGA 625 EM ACO CARBONO. SOLDAGEM E INSPECÃO. Vol. 14, n 4, p. 313-319, Local. 2009
BUENO, R. S. ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE JUNTA SOLDADA DE ACO BAIXA LIGA. Monografia. UFRJ. Rio de janeiro, 2010
SIMÕES, T. M. CURVAS S-N DA CAMADA DE INCONEL 625 DEPOSITADA POR SOLDAGEM EM TUBOS CLADEADOS. Monografia. UFRJ. Rio de Janeiro, 2014.
CALLISTER, W. D., CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS: UMA INTRODUCÃO. John Wiley & Sons, INC., S.L. 2002.
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CHIAVERINI, Vicente. ACOS CARBONO E ACOS LIGA. 2. Local.:Ed São Paulo 1965.
COLPAERT, H., METALOGRAFIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS COMUNS, 3. ed. São Paulo, Edgar Blucher, 2008.
KEJELIN, N. Z. INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM NA FORMACÃO DE ZONAS PARCIALMENTE DILUÍDAS EM SOLDAS DE METAIS DISSIMILARES. UFSC. 127p. S.L. 2006
KEJELIN, N. Z. SOLDAGEM DE REVESTIMENTOS DE ACOS COMUNS C-Mn COM SUPERLIGA A BASE DE NIQUEL INCONEL 625. UFSC. 187P. S.L. 2012
PFINGSTAG, M. E. AVALIACÃO EM RELACÃO À FADIGA DE JUNTAS SOLDADAS DA LIGA INCONEL 625, COMO MATERIAL DE INTERESSE PARA A INDÚSTRIA PETROLÍFERA. UFRGS, Porto Alegre, 2009.
POEPCKE, J. S. et al. SOLDAGEM: ÁREA METALURGIA. São Paulo: Senai-SP, 2013
MACEDO, M. Q. EFEITO DOS PARÂMETROS DE AUSTENITIZAÇÃO SOBRE A MICROESTRUTURA E AS PROPRIEDADES DO AÇO SAE4130 SUBMETIDO A
TRATAMENTOS TÉRMICOS POR INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA. Dissertação
de Mestrado. REDEMAT. Ouro Preto-MG, 2007
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