Ataque por coloração em aço ferramenta, coloração de carbonetos e austenita

Uma micrografia em preto e branco de um aço ferramenta mostra o carboneto como formas escuras, e não indica qual carboneto é nem quanto de austenita ainda permanece na matriz. O ataque por coloração responde a ambas as perguntas ao aplicar cor em uma fase e deixar as outras intactas, de modo que a cementita, o carboneto de liga, a ferrita e a austenita retida podem ser distinguidos em uma única imagem. Esta página reúne as lâminas de aço ferramenta atacadas por coloração preparadas para O1, W1, W2 e D2, os reagentes que as produziram e os tempos de imersão correspondentes a cada reagente.

Por que um aço ferramenta é atacado por coloração em vez de ataque simples

Um ataque simples como nital ou picral remove metal a uma taxa que depende da fase, de modo que mostra a estrutura por relevo e contraste em cinza. Um ataque por coloração funciona de maneira diferente. Ele deposita um filme fino ou um produto de reação sobre uma fase específica, e o filme produz cor por interferência, de modo que a fase que recebe o filme sai colorida e todo o resto permanece cinza ou branco. Em um aço ferramenta isso importa em três situações: quando o tipo de carboneto precisa ser identificado, quando uma faixa de segregação precisa ser confirmada e quando a austenita retida precisa ser comprovada ou descartada.

Os filmes são finos e o tempo é curto, razão pela qual a ficha de reagentes abaixo traz um tempo de imersão para cada receita, em vez de uma faixa que abranja tudo. Um corpo de prova deixado tempo demais adquire cor em toda a superfície e a leitura se perde, e um corpo de prova retirado cedo demais não mostra nada.

Coloração da cementita em um aço ferramenta recozido

A estrutura recozida de um aço ferramenta ao carbono ou de baixa liga é carboneto esferoidal em matriz ferrítica, e ambas as fases são cinza sob ataque simples. O picrato de sódio alcalino aplica a cor sobre a cementita e deixa a ferrita intacta, o que transforma a população de carbonetos em um conjunto contável de partículas marrons. A primeira lâmina abaixo é um aço ferramenta de alto carbono atacado dessa forma, e os carbonetos mais claros dentro da faixa de segregação são visíveis contra os mais escuros no metal ao redor, o que é uma diferença na composição do carboneto que um ataque simples não mostra.

O reagente de molibdato de sódio de Beraha colore a mesma cementita em laranja escuro ou vermelho amarronzado, e no corpo de prova W1 abaixo ele também coloriu a ferrita, de modo que as duas fases são separadas na imagem, mas não da mesma forma. A receita é definida pelo teor de carbono do aço e pelo que precisa ser separado, e a tabela a seguir apresenta as quatro versões impressas para ele.

Reagente	Composição	O que ele colore em um aço ferramenta
Klemm’s I	50 mL de Na2S2O3 aquoso saturado a frio com 1 g de K2S2O5	Colore ferrita e martensita em aços ao carbono e de baixa liga e revela segregação. Imersão de até 3 min. Funciona melhor sob luz polarizada com placa de tonalidade sensível.
Beraha’s B0	Solução estoque de 6 mL de HCl em 994 mL de água, com 1 g de K2S2O5 adicionado por 100 mL de solução estoque	Misturado para aços ao ferro, ao carbono, de liga e ferramenta. Imersão de até 60 s, agitar fortemente para iniciar o ataque e depois deixar o corpo de prova imóvel para que a cor se forme.
Molibdato de sódio de Beraha	Solução estoque de 10 g de Na2MoO4 · 2H2O em 1000 mL de água, com adições de NH4FHF e o pH ajustado conforme a tabela abaixo	Colore cementita e fosfeto em amarelo-alaranjado com a ferrita inalterada, ou colore os carbonetos em vermelho-violeta com a ferrita em amarelo em pH mais alto. O pré-ataque com nital é recomendado, mas não obrigatório.

O que está sendo colorido	Adição à solução estoque	Tempo de imersão
Cementita e fosfeto em amarelo-alaranjado, ferro fundido	HNO3 para levar o pH a 2,5 a 3,0	45 a 60 s
Cementita em amarelo-alaranjado, aço de baixo carbono	pH ajustado, 0,1 g de NH4FHF por 100 mL de solução estoque	45 a 60 s
Cementita em amarelo-alaranjado, aço de médio e alto carbono	pH ajustado, 0,3 g de NH4FHF por 100 mL de solução estoque	30 a 45 s
Carbonetos em vermelho-violeta e ferrita em amarelo, todos os aços	0,5 g de NH4FHF, pH ajustado a 3,0 a 3,5	20 a 30 s em aço de baixo carbono, 45 a 90 s em aço de médio e alto carbono

Dois atacantes no mesmo corpo de prova W2

A demonstração mais clara do que um reagente acrescenta é o mesmo corpo de prova sob atacantes sucessivos. Os dois conjuntos abaixo são de W2 recozido para esferoidização, e entre eles o mesmo campo é mostrado sob picral, nital, Klemm’s I, picrato de sódio alcalino em ebulição, reagente de tiossulfato metabissulfito de Beraha e reagente de molibdato de sódio de Beraha. O picral delineia a cementita e deixa a ferrita plana, o nital revela os contornos de grão da ferrita, e o Klemm’s I colore grãos inteiros de ferrita, de modo que grãos individuais podem ser distinguidos. O picrato de sódio e o molibdato de sódio ambos colorem a cementita, e o reagente de metabissulfito colore a ferrita em uma faixa de cores mais ampla que o Klemm’s I.

Revelando filmes de cementita que um ataque simples não detecta

A cementita que precipitou como um filme em um contorno de grão é a estrutura mais fácil de não ser detectada e mais difícil de conviver, porque é um caminho de trinca em uma ferramenta acabada. O picral mostrará a cementita de Widmanstätten dentro dos grãos de um aço alto carbono laminado a quente e não mostrará os filmes nos contornos. O Klemm’s I colore a ferrita e deixa a cementita como um filme de cor diferente, de modo que tanto a cementita intergranular quanto a intragranular aparecem na mesma imagem, e o corpo de prova é examinado sob luz polarizada com uma placa de tonalidade sensível. O aço temperável em água laminado a quente abaixo é o exemplo, e o mesmo reagente é o que deve ser usado quando um recozimento para esferoidização precisa ser verificado quanto a uma rede de carbonetos que não se desfez.

Tornando a austenita retida visível

A austenita retida é invisível sob um ataque simples até que uma quantidade substancial esteja presente, geralmente mais de 10%. Uma segunda rota para mostrá-la em um corpo de prova polido é um filme fino de seleneto de zinco, depositado por vapor na superfície após o corpo de prova ter sido atacado. O filme produz cores por interferência e separa as três fases de uma só vez, com o carboneto saindo em violeta escuro, a austenita retida em branco e a martensita em escuro. A placa abaixo é um corpo de prova de D2 temperado e revenido tratado dessa forma, e é a verificação a ser usada quando uma oficina de tratamento térmico e um cliente discordam sobre se um lote foi superaustenitizado.

A alternativa a um revestimento é um revenido a uma temperatura controlada ao ar, que em vez disso forma um filme de óxido na superfície. A coloração térmica após um ataque com nital a 540 °C por 5 minutos foi usada para revelar a austenita retida no corpo de prova de D2 na microestrutura do aço ferramenta página. As temperaturas de coloração térmica são definidas por liga e mantidas baixas, porque um corpo de prova mantido muito quente adquire cor em toda a superfície e deixa de ser seletivo.

Onde o ataque de coloração se encaixa em uma verificação de qualidade

Um ataque de coloração não é um teste de rotina de oficina. É o método a ser usado quando a questão é o tipo de carboneto em uma substituição de grau, se uma faixa de segregação de uma barra carrega uma população de carbonetos diferente, se um recozimento para esferoidização deixou uma rede de cementita no lugar, ou quanto de austenita retida sobreviveu à têmpera. Os ataques simples e a prática de preparação para os mesmos corpos de prova estão descritos na microestrutura do aço ferramenta página, e o carboneto que cada cor representa está listado na tipos de carbonetos e dureza página.

Compilado do ASM Handbook, Volume 9, Metallography and Microstructures, dos artigos Metallographic Techniques for Tool Steels e Color Metallography (G.F. Vander Voort), ASM International, 2004. As placas Fig. 5, 6 e 9 vêm do artigo sobre aço ferramenta e as Fig. 19, 26 e 48 do artigo sobre metalografia colorida; as tabelas de reagentes reproduzem as Tabelas 1, 2 e 5 do artigo sobre metalografia colorida, com as receitas de molibdato de sódio reestruturadas do layout impresso em duas colunas para uma linha por receita, valores inalterados. Cada legenda foi lida da camada de texto pesquisável do arquivo e verificada contra a placa impressa, e cada placa foi recortada do arquivo a 1,5 vezes sua largura em pixels impressa. As placas e os reagentes são um resumo de referência da prática publicada e não uma especificação da Aobo Steel, portanto confirme o reagente, o pH e o tempo de imersão em um corpo de prova do grau real antes que o método seja escrito em uma ficha de inspeção.