Protótipo de Dispositivo Politriz para Análise Micrográfica Metalografia - TCC Engenharia Mecânica

UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA JOÃO GABRIEL SIMÕES BATALINE PROTÓTIPO DE DISPOSITIVO POLITRIZ PARA CONTROLE UNIFORME DE CARGA EM AMOSTRAS PARA A ANÁLISE MICROGRAFICA NA METALOGRAFIA DOURADOSMS 202 3 JOÃO GABRIEL SIMÕES BATALINE PROTÓTIPO DE DISPOSITIVO POLITRIZ PARA CONTROLE UNIFORME DE CARGA SOBRE AMOSTRAS PARA A ANÁLISE MICROGRAFICA NA METALOGRAFIA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade Federal da Grande Dourados como requisito para a obtenção do Grau de Bacharel em Engenharia Mecânica sob orientação do Prof Dr E dilson Nunes P ollnow Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade Federal da Grande Dourados como requisito para a obtenção do Grau de Bacharel em Engenharia Mecânica sob orientação do Prof Dr E dilson Nunes P ollnow DOURADOSMS 202 3 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Este trabalho de conclusão de curso TCC faz parte de um projeto de protótipo de dispositivo politriz desenvolvido pelo próprio acadêmico a fim de demonstrar a importância do padrão de carga sobre amostras a serem lixadas e polidas para análises de micrografia O TCC foi elabora do no formato de artigo científico então para ficar um documento melhor estruturado o autor resolvera deixar no formato ABNT para apresentação neste trabalho de conclusão de curso Os anexos e apêndices também foram incluídos neste trabalho LISTA DE FIGURAS Figura 1 Fluxograma do estudo 20 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3 2 3 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AGRADECIMENTOS Desejo expressar meus sinceros agradecimentos a todos que contribuíram diretamente ou indiretamente para que minha trajetória acadêmica e meu trabalho de conclusão de curso se concretizasse Dedico primeiramente a Deus por me conduzir nos momentos difíceis que me deparei ao longo desses anos As células Emaús por t oda compreensão e conselhos passados A minha família os meus pais Jair Mauro e Rosimeire por serem essenciais na minha vida por todas as oportunidades de estudo que me proporcionaram e por me incentivarem a ser uma pessoa melhor e não desistir dos meus sonhos Ao meu professor e orientador Edilson Pollnow por todo conhecimento re passado e me fazer através de suas aulas criar muito gosto e curiosidade pelo ci ência dos matérias na engenharia mecânica Obrigada por toda dedicação atenção paciência e amor pelo ensino que você transmitiu durante esses anos Aos meus amigos do Grupo Campanários Acampamento Emaús Pe Éverton e Pe Marcos Roberto por toda torcida amparo palavras de conforto e incentivo para que eu chegasse até aqui Meu muito obrigad o Sumário 1 ARTIGO 10 RESUMO 11 ABSTRACT 12 INTRODUÇÃO 13 METODOLOGIA 15 RESULTADOS 20 DISCUSSÃO 20 CONCLUSÃO 21 REFERÊNCIAS 22 APÊNDICES 23 ANEXOS 25 1 ARTIGO TÍTULO PROTÓTIPO DE DISPOSITIVO POLITRIZ PARA CONTROLE UNIFORME DE CARGA EM AMOSTRAS PARA A ANÁLISE MICROGRAFICA NA METALOGRAFIA João Gabriel Simões Bataline a Edilson Nunes Pollnow b a Curso de Engenharia Mecânica Faculdade de Engenharia Universidade Federal da Grande Dourados Dourados MS b Coordenação do Curso de Engenharia Mecânica Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Federal da Grande Dourados Dourados MS Autor correspondente Prof Dr Edilson Nunes Pollnow Faculdade de Engenharia F AEN Rodovia DouradosItahum Km 12 Unidade II Caixa Postal 364 CEP 79804 970 Contato 55 67 9 9644 1621 edilsonpollnowufgdedubr RESUMO Antecedentes e objetivos A falta de controle de carga ou esforço empregado durante o lixamento e polimento sobre amostras de análises metalográficas por microscópio é um fator determinante na qualidade de imagem e observação de suas estruturas Portanto o objetivo deste protótipo é tornar controlado e padronizado o modo como as amostras serão lixadas e polidas nas dependências do laboratório de Engenharia do Materiais da Universidade Federal da Grande Dourados UFGD M etodologia e resultados Utilizando um software de modelagem tridimensional mais especificamente o SolidWorks se empreenderá o desenvolvimento do modelo conceitual do Dispositivo Politriz cujo propósito consiste na simulação de cargas aplicadas nos cantos vivos d o mesmo a fim de assegurar sua integridade mecânica frente às demandas operacionais a que est ar á sujeita além de auxiliar em sua construção realista A fabricação do dispositivo será conduzida a partir da seleção de ligas de aço de custo acessível disponíveis na região de Dourados Mato Grosso do Sul A confecção do protótipo poderá ser realizada tanto nas instalações da universidade como em ambiente externo a cargo do estudantepesquisador incumbido do projeto Com o equipamento finalizado e devidamente instalado no laboratório serão conduzidos experimentos de lixamento e polimento em amostras representativas de diferentes ligas de aço Estas amostras serão subsequentemente submetidas a análise metalográfica permitindo a avaliação das características microestruturais Num segundo momento o processo de preparação das amostras para ataque químico será realizado manualmente de maneira comparativa Por fim a partir dos resultados obtidos nas imagens das amostras preparadas nos dois processos de preparação para o ataque químico será instaurada uma discussão acerca da pertinência relevância e validade da utilização do Dispositivo Politriz visando a obtenção de imagens mais nítidas e precisas no contexto das análises metalográficas das ligas de aço em estudo Conclusão Palavraschave Software de modelagem 3D Protótipo D ispositivo Politriz Lixamento Polimento Análises Metalográficas Micrografia ABSTRACT Background and aim The lack of load control or effort applied during sanding and polishing on metallographic analysis samples under a microscope is a determining factor in the quality of image and observation of their structures Therefore the aim of this prototype is to make the way samples are sanded and polished in the Materials Engineering laboratory at the Federal University of Grande Dourados UFGD controlled and standardized Methods and Results sing threedimensional modeling software specifically SolidWorks the conceptual model of the Polishing Device will be developed with the purpose of simulating loads applied to its sharp corners to ensure its mechanical integrity in the face of operational demands and to assist in its realistic construction The manufacturing of the device will be carried out by selecting costeffective steel alloys available in the Dourados Mato Grosso do Sul region The prototypes construction can be performed either within the university facilities or externally under the responsibility of the studentresearcher in charge of the project Once the equipment is completed and properly installed in the laboratory experiments involving sanding and polishing will be conducted on representative samples of different steel alloys Subsequently these samples will undergo metallographic analysis to evaluate their microstructural characteristics In a second phase the sample preparation process for chemical etching will be carried out manually for comparative purposes Finally based on the results obtained from the images of the samples prepared using the two sample preparation processes for chemical etching a discussion will be initiated regarding the relevance importance and validity of utilizing the Polishing Device to achieve clearer and more accurate images within the context of metallographic analysis of the steel alloys under study Conclusion Keywords 3D modeling software Prototype Polishing device Sanding Polishing Metallographic analysis Micrography INTRODUÇÃO Na engenharia em diversos campos é de grande importância e funcionalidade os conhecimentos da morfologia e estrutura de metais utilizados em projetos estruturas e sistemas de produção no anseio de alinhar as necessidades as características fornecidas pelo material Na nutrição por fazendo uma correlação é indispensável o conhecimento das características e propriedades dos alimentos para ser feita uma dieta alinhada as carências de um paciente Tendo o cenário da engenharia de materiais e da metalurgia a compreensão das propriedades e comportamentos dos materiais metálicos desempenha um papel fundamental na garantia da qualidade segurança e eficiência de diversas aplicações industriais A metalografia ramo da ciência dos materiais surge como uma ferramenta imprescindível para a análise micrografia desses materiais permitindo a investigação detalhada de suas estruturas internas em níveis microscópicos Através da observação e interpretação das microestruturas é possível obter informações cruciais sobre características como a composição química a distribuição de fases a presença de defeitos e a relação entre processos de fabricação e propriedades finais O objetivo principal das análises metalográficas é revelar os constituintes e a estrutura de metais e suas ligas por meio de um microscópio óptico de luz ou microscópio eletrônico de varredura Em casos especiais o objetivo da análise pode requerer menos detalhes do que em outros casos mas em quase todas as condições a seleção e preparação adequadas da amostra são de grande importância 11 A luz do que foi exposto este estudo tem por objetivo d evido à necessi dade de análises com padrão de qualidade refinado e resultados claros o presente trabalho possui como objetivo primeiro para fins de conhecimento e orientação do metalógrafo a demanda por um equipamento que assegure um padrão de lixamento e polimento assim apresentar um protótipo de Dispositivo para Polimento e Lixamento similar ao da FIGURA 1 afim de auxiliar nas atividades em laboratori ais acadêmicas e de pesquisa da Universidade Federal da Grande Dourados tornando possível maior padronização do lixamento ao polimento realizados na Politriz metalográfica PL02E presente em laboratório das amostras de metais a serem estudadas Tendo assim menores erros e necessidade s de retrabalho sobre amostra s para visualização de suas microestruturas Para tornar possível a realização do objetivo fim será mandatória a busca de ferramentas c omo Software CAD 3D SolidWorks para desenvolvimento de croqui desenhos técnicos testes computacionais de esforços Além de máquinas para corte s furos e soldage ns de chapas a fim de construir o dispositivo M ETODOLOGIA O presente trabalho é uma pesquisa de natureza descritiva e terá a metalografia de aços como meio para seus resultados essa que é uma técnica importante na metalurgia que permit irá a análise microestrutural de amostras de aço Para isso e fi m comparativo de resultados qualitativos dispondo do Software de código fechado SOLIDWORKS o acadêmico desenvolverá desenho técnico e simulações de esforços mecânicos para fabricação do protótipo de polimento por meios próprios para a posterior utilização no lixamento e polimento das amostras Os ensaios laboratoriais micográficos serão uma parte fundamental desse processo e envolve ram a preparação das amostras e sua observação sob um microscópio óptico e eletrônico além da comparação entre as imagens micográficas obtidas de amostras lixadas e polidas a mão em relação a s do protótipo para o mesmo processo T endo como fundamentação teórica de fonte primária dados coletados em laboratório pelo autor e fonte secundária informações e estudos tratad os por Colpaert em Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns 4ª Edição Por conseguinte uma explicação detalhada do processo de ensaios laboratoriais micográficos a ser utilizado pelo a utor Coleta d e amostra s O primeiro passo fora a obte nção de duas amostr as representativa s do aço de interesse da pesquisa para análise Essa s amostra s ser ão retirada s de componente ou peça de aço ligas tratadas térmica e quimicamente que falharam ou foram substituídos devido manutenções de rotina em uma indústria de esmagamento de s oja da soja como correntes de redlers volutas de bombas ou uma chapa Preparação da amostra A amostra bruta geralmente não está em condições adequadas para análise microestrutural por isso ser á preparada Isso inclui cortar a amostra em um tamanho adequado geralmente em forma de discos ou retângulos usando uma serra de corte abrasivo ou esmerilhadeira presentes em laboratório FAEN Montagem da amostra Após o corte a amostra é revestida em resina epóxi específica para aplicação em laboratórios com a fim de preench er os espaços vazios Isso ajuda a manter a amostra estável durante o processo de lixamento e polimento Lixamento e polimento Tendo as amostra s montada s estas serão lixada s para remover qualquer irregularidade na superfície seguida de um processo de polimento fino para obter uma superfície lisa e espelhada Importante frisar que cada amostra de um determinado aço passará por circunstâncias diferentes desta etapa uma feita a mão e outra com protótipo Isso é essencial para uma observação microestrutural precisa além da evidenciação das diferenças de resultados obtidos Ataque químico A s superfície s polida s são submetida s a um ataque químico que pode rão serem feito s com ácidos ou reagentes específicos a depender do que estará disponível em laboratório do tipo de aço e da estrutura que se deseja r revelar nos estudos O ataque químico remove uma fina camada da superfície revelando a microestrutura subjacente Coloração Após o ataque químico a amostra ser á colorida usando reagentes específicos para destacar diferentes constituintes da microestrutura Isso ajuda na visualização e na identificação de fases como ferrita perlita martensita bainita entre outras Microscopia A s amostra s preparada s são então colocada s em um microscópio óptico e eletrônico O microscópio óptico é usado para observações em baixa ampliação enquanto o microscópio eletrônico permite uma análise em maior detalhe incluindo ampliações muito altas e imagens em alta resolução Análise Durante a observação microscópica o acadêmico examina rá a microestrutura da amostra identificando riscos poros abaulamentos as fases presentes possíveis de observar suas distribuições e orientações Isso fornece rá informações cruciais sobre as o desempenho d o protótipo politriz em relação ao trabalho realizado a mão Documentação Os resultados da análise microestrutural s er ão do cumentados neste presente texto por meio de fotografias microscópicas para análises comparativas e discussões O s ensaios laboratoriais micográficos na metalografia de aços envolvem a preparação cuidadosa da amostra a observação microscópica e a análise da microestrutura para compreender as propriedades e o comportamento do material Isso desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de materiais e na garantia da qualidade em várias aplicações industriais Por isso a apresentação de resultados comparativos da qualidade das amostras tratadas em diferentes métodos mostrando a importância de processos bem definidos e controlados tendo assim a obtenção de boas imagens e análise m ais precisas RESULTADOS DISCUSSÃO CONCLUSÃO DECLARAÇÃO DE FINANCIAMENTO Não houve apoio financeiro de terceiros para esta pesquisa CONFLITOS DE INTERESSES O será doado p ar a o professor Dr Edilson Nunes Pollnow sem conflito de interesse com o pesquisador CONTRIBUIÇÕES DOS AUTORES REFERÊNCIAS 1 ASTM International Aug 2023 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens ASTM E311 U FG D Universidade Federal da Grande Dourados pursuant to License Agreement Acesso em 17 agosto 202 3 2 Colpaert H da Costa e Silva A L V 2008 Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns 4ª Edição Editora Blucher APÊNDICES APÊNDICE A ANEXOS ANEXO A 2