Exame Metalográfico de Engrenagens: Princípios, Métodos e Conhecimentos Essenciais

Objetivos Principais e Itens de Detecção

• Profundidade de cementação: Um indicador chave para a resistência ao desgaste de engrenagens cementadas/temperadas (conforme exigido pela norma ISO 6336).
• Tamanho de grão: Influencia a resistência e tenacidade da engrenagem (classificado conforme ASTM E112).
• Microestrutura: As morfologias de martensita, austenita retida e carbonetos determinam o desempenho à fadiga.
• Defeitos superficiais: Detecta queimas por retificação e trincas (conforme norma AIAG CQI-9).

Constituintes Microestruturais Básicos

• Ferrita (α): Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), macia e tenaz com baixa dureza (~80HV), comum em aços de baixo carbono e ferro puro.
• Austenita (γ): Estrutura cúbica de face centrada (CFC), alta plasticidade e não magnética, presente em altas temperaturas ou em aços com alto teor de liga, como o aço inoxidável 304 e aços com alto teor de manganês.
• Cementita (Fe₃C): Sistema cristalino ortorrômbico, dura e frágil (~800HV) e melhora a resistência ao desgaste, encontrada em ferro fundido branco e aços de alto carbono.
• Martensita: Estrutura tetragonal de corpo centrado (TCC), alta dureza (500~1000HV) obtida por meio de têmpera, utilizada em aços temperados e aços para ferramentas.

Morfologias microestruturais comuns

Processo de ensaio e métodos padrão

Amostragem e Preparação de Amostras

• Posições de amostragem: Topo do dente (avalia o efeito de endurecimento superficial), raiz do dente (analisa a microestrutura em áreas de concentração de tensão), seção transversal (mede o gradiente de endurecimento superficial).
• Principais etapas de preparação: Corte → Montagem → Desgaste → Polimento → Ataque químico → Observação microscópica.
• Montagem: Utilizar resina epóxi para proteção das bordas (recomenda-se montagem a frio para evitar impacto térmico).
• Polimento: Polir até obter acabamento espelhado de 0,05μm com pasta de polimento diamantada para evitar interferência de riscos.

Seleção de Atacante

Equipamentos Principais de Teste

Microscópio Óptico (MO)

• Aplicação: Observação básica da microestrutura (por exemplo, classificação do tamanho de grão).
• Requisitos de configuração: ampliação de 500× a 1000×, equipado com software de análise de imagem (por exemplo, Olympus Stream).

Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV)

• Vantagens: Observação de alta resolução de inclusões não metálicas (por exemplo, MnS) e análise de composição por meio de EDS.
• Exemplo de caso: Trincas intergranulares causadas por segregação de enxofre detectadas na análise de fratura de caixa de engrenagens para energia eólica.

Ensaio de microdureza

• Método: Ensaio de dureza Vickers (HV0,3~HV1) em gradiente para traçar curvas de cementação.
• Padrão: ISO 2639 define a profundidade de cementação como a distância da superfície até o substrato em 550HV1.

Análise de microestrutura

Microestruturas normais

Defeitos Comuns e Causas

• Carbonetação excessiva: Carbonetos em rede na superfície, aumentando a fragilidade e o risco de lascamento da superfície dos dentes.
• Queima por retificação: Cores de revenimento reveladas por picheleamento (ASTM E1257), prevenida com controle da velocidade de avanço e uso de rodas de retificação CBN.
• Trincas de têmpera: Propagação intergranular com extremidades afiadas (confirmada por MEV).