AVALIAÇÃO DOS FATORES DE TRINCAMENTO NA SOLDAGEM FLASH-BUTT NO AÇO DP600

AVALIAÇÃO DOS FATORES DE TRINCAMENTO NA SOLDAGEM FLASH-BUTT NO AÇO DP600 Aluno: Sergio Cordero Calvimontes. Professor: Antonio José Cabral de Oliveira. Matéria: Comportamento Mecânico dos materiais. Palavras chave: DP600, aço bifásico, solda centelhamento topo a topo, Flash-Butt.

RESUMO: Pretende-se estudar quais e como interatuam os fatores que facilitam o processo de trincamento nas regiões afetadas pela soldagem por centelhamento topo a topo (Solda FB) nos aços bifásicos de grau 600 (DP600). A primeira abordagem contempla a interação mecânica entre os microconstituintes do aço DP600, basicamente Ferrita e Martensita, e a dependência que possuem frente aos tratamentos termomecânicos dos processos de fabricação e também frente as diferentes possibilidades de composição química do material. Posteriormente, os ciclos térmicos aos quais o material é submetido na hora da soldagem são apresentados, além disso, também é apresentada a maneira em que os parâmetros técnicos da solda FB estão vinculados com a tenacidade à fratura das regiões termicamente afetadas pelo aporte de calor na soldagem. Finalmente, estuda-se o efeito negativo das impurezas e inclusões como contaminantes nas regiões frágeis da solda. Apresenta-se o tratamento térmico como uma alternativa de solução aos problemas de fragilidade nas regiões soldadas.

1. INTRODUÇÃO No setor automobilístico, existe uma necessidade de melhorar a eficiência energética e diminuir o nível de emissões, mantendo ou melhorando os parâmetros de seguridade; nas novas gerações de veículos se aplicarão materiais mais leves para alcançar este alvos. Aços Avançados de Alta Resistência (Advanced High Strength Steels AHSS, em inglês) permitem a montagem de um chassis leve com acetáveis características mecânicas (Cardoso M., 2016). Os AHSS bifásicos possuem um favorável equilíbrio entre custos de fabricação, boa conformabilidade (ductilidade) e boa capacidade de absorção de energia (tenacidade, resistência mecânica); porém, com problemas de fragilização (aparição de trincas) na região da soldagem, na hora da solicitação mecânica (Chenyao X., 2016). O presente trabalho estuda os fatores que fragilizam a região da soldagem por centelhamento de topo a topo (Flash-Butt Welding FBW, solda FB, em inglês) no aço bifásico DP600 (Dual Phase 600 Grade, em inglês). Soluções ao problema são brevemente discutidas, porém não se apresenta uma solução potencial seria.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. AÇO DUAL PHASE: DP600 2.1.1. E STADO DA ARTE O aços bifásicos (Dual Phase DP, em inglês), de maneira geral, possuem um alto limite de resistência à tração e elevadas capacidades de alongamento, resultado de uma complexa interação entre escoamento e encruamento dos componentes microestruturais destes materiais (Cardoso M., 2016). Estas propriedades mecânicas são diretamente vinculadas às frações volumétricas das principais fases presentes na microestrutura: Ferrita e Martensita. A microestrutura também contém pequenas porções de Bainita e Austenita retida (Avramovic C. G., 2009).

A Martensita, presente em forma de ilhas, constitui a fase com maior dureza e resistência, porém com alongamento limitado; enquanto que a matriz composta de Ferrita é responsável pela ductilidade e tenacidade do material (Diego L. R., 2015). Na hora das solicitações mecânicas, é comprovado na literatura que independentemente do tipo de aço bifásico, a maior porção de fratura dúctil é alveolar na matriz ferrítica, e contrastadamente clivagem na fase dura martensítica (Luiz Maurício V. T., 2011). A maior o tamanho das ilhas da Martensita, menor o alongamento do aço; porém, fibras finas de Martensita ao longo dos contornos dos grãos da Ferrita permitem maiores alongamentos. Existe uma grande quantidade de discordâncias móveis produzidas na interface Ferrita–Martensita, devido à expansão de volume e à deformação cisalhante que acontecem durante a transformação da Austenita para Martensita no resfriamento, na hora da produção ou fabricação do aço. No aço bifásico, em quanto mais elevada for a sua capacidade de encruamento maior será a sua capacidade de distribuição das deformações durante a conformação, retardando o aparecimento da estricção (Uthaisangsuk V., 2011). Desde um ponto de vista mais quantitativo, o teor de Carbono na fase martensítica é um parâmetro extremamente importante na ora de controlar as propriedades de deformação e controlar também a capacidade de absorção de energia do aço. (Rosenberg G., 2013). Os parâmetros que controlam as propriedades mecânicas dos aços bifásicos em geral são: (Rosenberg G., 2013) a) Tamanho de grão da Ferrita. b) Tamanho, forma, distribuição e fração volumétrica das partículas da Martensita. c) Energia ou resistência da interface. d) Diferença de tensão de fluxo entre os dois constituintes.

Na processo de fabricação do aço bifásico, tem-se normalmente as seguintes etapas: Laminação a quente de desbaste e de acabado (aonde as temperaturas são superiores que a temperatura na região intercrítica, aproximadamente 870°C), com controle rigoroso da composição química, logo um recozimento intercrítico (transformação de fases) e por último uma etapa de têmpera, normalmente usando água como fluido para esfriar bruscamente até chegar aproximadamente a os 599°C (aqui tingue-se a microestrutura desejada) (Llewellyn D.T., 1996); depois seguem etapas de bobinado, transporte ou decapagem química, etc. aonde não existem operações para transformar a microestrutura (Caetano R. A., 2015). Neste processo de fabricação, os parâmetros que determinam a microestrutura dos aços bifásicos de grau 600 são: (Güngör O. E., 2010) 1. 2. 3. 4. 5.

Tempo de recozimento. Microestrutura inicial. Temperatura de tratamento térmico. Taxa de resfriamento a partir do recozimento. Composição química.

FIGURA 1: MICROESTRUTURA DO AÇO DP600

Algumas desvantagens relativas da aplicação dos aços DP600, ou semelhantes, são as seguintes: Propensão à apresentar variação dimensional, distorção angular após prensagem, além da exigência de prensas mais robustas, com maior capacidade de aplicação de carga; Desgaste maior das matrizes; Flangeabilidade, a borda de corte é bastante solicitada mecanicamente; Fragilização na região de solda (Oliveira D. C., 2013). O estudo deste último item, é o foco do presente trabalho.

2.1.2. C OMPOSIÇÃO QUÍMICA

A Figura 1, apresenta no lado esquerdo uma imagem do aço bifásico de grau 600 (microestrutura, tratamento com Nital) usando um microscópio eletrônico de varredura MEV (Scanning Electron Microscope SEM, inglês), aonde as características morfológicas da Martensita são reveladas; E no lado direito, claramente pode-se observar a Martensita de cor marron, incorporada na Bainita de cor preto, ambas no meio de uma matriz ferrítica de cor branco. (Avramovic C. G., 2009)

Como foi mencionado anteriormente, um parâmetro importante que determina as propriedades mecânicas dos aços é a composição química da liga. Os aços bifásicos são caracterizados pelo baixo teor de Carbono, com adições de Manganês, Cromo e Molibdênio, entre outros. A adição de elementos de liga é importante para obter uma temperabilidade adequada e uma taxa de resfriamento ideal para evitar a formação de constituintes indesejáveis (Oliveira F. C., 2013). A Tabela 1 oferece uma compilação das composições químicas mais usadas segundo vários pesquisadores.

TABELA 1: COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO DP600 EM PERCENTAGEM POR PESO

ELEMENTO Carbono, C Manganés, Mn Molibdénio, Mo Silício, Si Fósforo, P Enxofre, S Alumínio, Al Níquel, Ni Nitrogênio, N Cromo, Cr Cobre, Cu Titânio, Ti Nióbio, Nb Vanadio, V Estanho, Sn Cobalto, Co Volfrâmio, W Zinco, Zn

1 0.120 2.000 0.200 0.500 0.090 0.015 0.020 0.012 1.000 1.500 -

2 0.070 1.840 0.150 0.900 0.010 0.030 0.010 -

0.106 1.530 0.220 0.201 0.030 0.190 0.018 -

3 0.093 1.930 0.880 0.014 0.034 0.022 -

4 0.062 1.150 0.020 0.045 0.004 0.028 0.550 -

5 0.051 1.025 0.059 0.287 0.009 0.002 0.035 0.139 0.406 0.160 0.003 0.001 0.014 0.009 0.002 0.003

6 0.072 1.180 0.010 0.017 0.060 0.057 0.005 0.001 0.002 0.003 -

7 0.070 1.660 0.160 0.010 0.019 0.005 0.043 0.020 0.006 0.030