ESTUDO MICROESTRUTURAL EM SOLDAS DISSIMILARES COM O AÇO INOXIDAVÉL AUSTENITÍCO 316L EM UM AÇO ABNT 1020

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1 ESTUDO MICROESTRUTURAL EM SOLDAS DISSIMILARES COM O AÇO INOXIDAVÉL AUSTENITÍCO 316L EM UM AÇO ABNT 1020 H. V. M. Aguirre (1); R. M. R. Sodré (1); G. Pereira(2); A. S.do Nascimento (3) e C. A. M. da Mota (3). Universidade Federal do Pará, Rua Augusto Corrêa, 01 Guamá, Belém, CEP , humbertoaguirre23@yahoo.com.br, (1) Graduandos em Engenharia Mecânica, UFPA-Campus, Belém; (2) Msc. Engenharia Mecânica, UFPA-Campus; (3) Prof. Dr. Curso Engenharia Mecânica UFPA-Campus. RESUMO Este trabalho tem como objetivo identificar as microestruturas em soldas dissimilares pela técnica de amanteigamento no aço inoxidável austenitico 316L. A caracterização microestrutual foi realizada com o auxilio de microscopia ótica, microdureza e, também, se verificou o teor de ferrita-δ, por meio da análise por ferritoscópio. As microestruturas influenciam diretamente nas propriedades mecânica da solda. As principais microestruturas encontradas nos corpos de provas foram: austenita primária (A), ferrita primária (AF) e ferrita secundária (FA). O teor de ferrita-δ ficou dentro do esperado, ou seja, abaixo de 3% o que melhora as propriedades de resistência à corrosão. Os maiores valores de durezas foram identificados na primeira camada de amanteigamento, devido à concentração da austenita primária. Palavras Chave: Microestruturas, solda dissimilar, aço inoxidável austenítico. 1 INTRODUÇÃO A soldagem de revestimento consiste na deposição de um material dissimilar (DMW Dissimilar Metal Weld) sobre uma superfície metálica para obter propriedades que não são encontradas no material de base. Essa soldagem tem por objetivo, geralmente, melhorar a resistência à abrasão e/ou corrosão do metal base [1]. Os revestimentos por soldagem é a técnica de amanteigamento, que pode ser realizada por várias razões. Como por exemplo, dispensar o tratamento térmico pós- 5243

2 soldagem, através de procedimentos que aproveitam o ciclo térmico do passe posterior para tratar termicamente parte do passe anterior. A microestrutura da zona fundida de uma solda de um aço inoxidável austenítico dependerá do processo de solidificação do aço e das transformações subsequentes no estado sólido [5]. Esta microestrutura pode ser classificada de acordo com a morfologia da ferrita. Em austenita primária (A), ferrita primária (FA), ferrita secundária e ferrita de Widmastätten (F) [2,3,4]. Essas microestruturas são de difícil caracterização, com isso este trabalho tem como objetivo avaliar e diferenciar as principais microestruturas no metal de solda em soldagem dissimilar depositada com o aço inoxidável austenitico 316L em chapas de aço baixo carbono. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais Para a realização deste trabalho foram utilizados como substrato chapas do aço ABNT 1020 e como metal de adição o arame de aço inoxidável AWS ER316-L com diâmetro de 1,2 mm Procedimento experimental A soldagem foi realizada através do processo a arco elétrico metal inerte gás (MIG). Utilizando-se uma fonte eletrônica Inversal 300 com sistema de aquisição de dados para controle dos parâmetros. Os parâmetros utilizados neste trabalho foram selecionados através de um tratamento estatístico utilizando o Método Taguchi, tendo como critério menos diluição, e menor razão reforço largura. O desenvolvimento desse método foi realizado em outro trabalho do grupo GETSOLDA (Grupo de Estudo em Tecnologia de Soldagem). A soldagem foi executada na posição, a sobreposição entre passes foi de 50% em relação à largura do primeiro cordão para todas as camadas. O modo de corrente utilizado foi CC+ (polaridade reversa) e DBCP (distância bico de contato peça) de 16 mm. A temperatura de interpasse era sempre aplicada abaixo de 100 C e o gás utilizado foi Ar-25% CO 2 coma vazão de 20L/mim. A tabela 2.1 e 2.2 mostram os principais parâmetros de soldagem e os critérios usados para o amanteigamento dos corpos de provas. 5244

3 Para a realização das analises foi retirado amostras de cada corpo de prova da região de inicio de amanteigamento. As amostras depois de cortadas, foram lixadas com lixas 100 a 200, em seguida polidas com alumina de granulometria 1 μm até 0,3 μm. Para revelar as microestruturas do metal de solda foi utilizado o reagente ácido oxálico 10% ( 10g de ácido oxálico e 100ml de H 2 O) com 6V durante 30 s. Tabela 2.1: Parâmetros adotados para a realização do amanteigamento. Parâmetros Critérios Menor diluição Menor razão R/L V s V alim Tensão Corrente Energia (cm/mim) (m/mim) (U) (A) (KJ/mm) ,4 0, ,3 1,2 Tabela 2.2: Critérios utilizados para o amanteigamento dos corpos de provas. Corpo de prova 1ª Camada 2ª Camada 3ª Camada ACP1 Menor diluição Menor R/L X ACP2 Menor diluição Menor R/L Menor R/L Os ensaios de microdureza foram executados aplicando uma carga de 100 gramas força (gf) por 15 segundos com espaçamento entre as impressões de 200 μm da linha de fusão até a última camada de amanteigamento. Foram realizadas três linhas de medições, para a realização do ensaio utilizou-se um microdurômetro digital HMV-20 da Shimadzu. Para o registro metalográfico utilizou-se um microscópico Olympus modelo BX51, com a qual se acopla uma câmera modelo UC 30, interfase e software de captura de imagens AnalySis. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Pelas as análises por microscopia ótica verificou-se que as duas amostras apresentaram regiões de macrosegregações nas proximidades da linda de fusão as quais foram identificadas como ilha, península e praia, conforme mostra a figura 3.1a. Essas estruturas apresentam composições químicas intermediárias a do metal de base e do metal de solda, estando em conformidade com os estudos de [5,6]. 5245

4 O metal de solda das amostras apresentaram as mesmas formas de estruturas, nas primeiras camadas de amanteigamento, junto a linha de fusão foi observado como principal estrutura a austenita primária (A) em forma de celular e de dendritas, (figura 3.1b) Figura 3.1: (a) Morfologias do tipo praia, península e ilhas e (b), (c), (d) e (c) microestruturas do metal de solda. a) Ilha Metal de solda Península Praia Metal de Base b) c) d) e) De acordo com [3] a estrutura celular ocorre em altas taxas de resfriamento, em quanto que, a estrutura dendritica ocorre a taxas de resfriamento menores em 5246

5 comparação a celular. A figura 3.2c, mostra a austenita primária começa a se transformar em ferrita eutética ou ferrita de segunda fase (FA) mais austenita primária, conforme avança a solidificação. A figura 3.2d é composta pela estrutura (FA), e a figura 3.2e por ferrita de primária (AF) com austenita de segunda fase. Segundo os autores [3,7-9], essas estruturas são frequentemente encontradas na soldagem do aço inoxidáveis auteniticos. Elas influenciam na diretamente na resitencia a corrosão desses aços, sendo a mais resistente a estrutura (FA) e a mais suscetível a corrosão a austenita (A), além de a estrutura (AF) apresenta baixa resistência a corrosão [2] A ferrita-δ é proveniente da participação dos elementos formadores da ferrita, como o cromo, durante a solidificação. Uma das grandes preocupações durante a soldagem dos aços inoxidáveis austeníticos é o controle do teor de ferrita que deve ficar sempre abaixo de 3% em porcentagem, pois acima desse teor o material fica suscetível a trincas de solidificação e também a sofrer corrosões [2,10]. Pelas análises dos resultados provenientes do ferritoscópio, é possível a expectativa de que as amostras deste trabalho encontrem-se isentas desses problemas metalúrgicos, haja vista que o teor de ferrita-δ não ultrapassou os 2% (figura 3.2), ficando abaixo do teor citado para os aços inoxidáveis austeniticos. Figura 3.2: Resultado dos valores de ferrita-δ das amostras. Os resultados das médias das microdurezas, do desvio pradão das amostras estao repesentado pela tabela 3.1, assim como o numero das endentações. Observa-se que os valores das médias variam entre as linhas, sendo mais acentuado na amostra 2, que de acordo [11] com os ciclos térmicos podem inferir as tensões residuais e as deformações inerentes às operações de soldagem, que pode 5247

6 contribuir na elevação da dureza do metal de solda. Também, verifica-se variação nos valores de dispersão das amostras que pode estar relacionado com o número de endentações, assim como pela variação das microdurezas entre as camadas de amanteigamento. Tabela 3.1: Valores das médias, desvio padrão e do numero de entações das amostras. Valores das microdurezas ACP1 ACP2 Linhas x σ N de N de Linhas x σ Endentações Endentações L ,46 30 L ,15 45 L ,91 30 L ,27 44 L3 200,5 31,23 30 L ,00 45 A figura 3.3 mostra os perfis de microdureza das amostras, das três linhas analisadas, nelas observa-se que os maiores níveis de dureza foram identificados em uma região denominada de zona parcialmente mistura, a qual não foi discutida neste trabalho. Também, verifica-se que a primeira camada das amostram exibiram os maiores valores de dureza, devido a presenta mais acentuada da austenita primaria nessa camada, e a partir da segunda camada a dureza diminui em função da transformação de fase da austenita para ferrita primária e ferrita secundária, sendo que a variação das durezas na camadas subsequentes está relacionada com a presenta da ferrita vermicular. Figura 3.3: Resultados das microdurezas das amostras. 5248

7 4 CONCLUSÕES O metal de solda das amostras apresentou nas proximidades da linha de fusão regiões de macrosegregaçoes denominadas de ilha, península e praia. As principais estruturas presentes no metal de solda foram: austenita (A), ferrita secundária com austenita primária (FA) e ferrita primária com austenita secundária (AF). A austenita foi mais acentuada na primeira camada das amostras, e com o avanço da solidificação essa austenita se transformava nas estruturas (FA) e (AF) que também foram as estruturas majoritárias das camadas subsequentes. O teor de ferrita-δ ficou abaixo de 3%. Os níveis de dureza mais elevados foram identificados na primeira camada das amostras, devido a maior concentração de autenita primária nessa região. 5 REFERÊNCIAS [1] MAGALHÃES, S. G. Avaliação do revestimento a base de liga de níque l em aço estrutural, empregando o metal de adição ernicrmo-3através da soldagem mig/mag. Fortaleza: 2008, 120f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade federal do Ceará, Fortaleza, [2] LIPPOLD, J. C., KOTECK, D. J., Welding metallurg y and weldability of stainless steels, Hoboken: New Jersey, John Wiley & Son, [3] ELMER, J.W., ALLEN, S.M., EAGAR, T.W. Microst ructural Development During Solididication of Stainless Steel Alloys. Metallurgical Transactions, v 20A, nº 10, p , 1989 [4] MONDENESI, Paulo J. Soldabilidade dos Aços Inoxidáveis. Coleção Tecnologia dasoldagem, Vol 1, SENAI- Nadir Dias de Figueiredo, Osasco, SP, 2001a. [5] KEJELIN, NORTON ZANETTE, Influência dos parâmetros de soldagem na formação de zonas parcialmente diluídas em soldas de metais dissimilares f. Dissertação de mestrado (em Ciência e Engenharia e de Materiais), Universidade Federal de Santa Catarina, FLORIANÓPOLIS, [6] KOU, S.; YANG, K.. Fusion-Boundary Macrosegregation in Dissimilar-Filler Welds. Welding Journal, Miami, v. 86, n. 10, Oct [7] PEREIRA, G., SILVA, F. P., DIAS FERRÃO, T. H. F., NASCIMENTO, A. S., MOTA, C. A. M. Influence of Welding on Microstructure Parameter Buttering on a Carbon Steel with Addition of austenitic stainless steel 316L. In XXXIX Consolda (Congresso Nacional de Soldagem), Curitiba PR, [8] MELO, R. H. F., COSTA, J., SANTA, R. A. C., MACIEL, T. M. Efeito do Processo de Soldagem na Microestrutura, Microdureza e Composição Química de Revestimentos de Aço Inoxidável Aplicados por Soldagem. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, v. 7, nº 3, p , [9] INOUE, H., KOSEKI, T. Clarification of Solidification Behaviors in Austenitic Stainless Steels Based on Welding Process. Nippon Steel Technical Report, n 95, p, 62 70, January [10] DAVIS, J. R. Corrosion of Dissimilar Metal Weldments. In: ASM American Society for Metals, Corrosion of Weldments,

8 [11] QUINTANA, F. L. Perez. Desempenho Metalúrgico de Weld Overlay Aplicado sobre Clad de Aço UNSS30400 pelo Processo MIG-CCEN Pulsado e Convencional f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), Universidade Federal do Pará. Belém, MICROSTRUCTURAL STUDY IN DISSIMILAR WELDS WITH STAINLESS AUSTENITÍCO STEEL 316L IN STEEL ABNT 1020 ABSTRACT This work aims to identify the microstructures in dissimilar weld by buttering technique in austenitic stainless steel 316L. The microestrutual characterization was performed with the of optical microscopy, hardness and microscopy and, also found content δ-ferrite content, by analysis ferritoscope. The microstructures directly influence the mechanical properties of the weld. The main microstructures found in the test samples were primary austenite (A), primary ferrite (AF) and secondary ferrite (AF). The δ-ferrite content was within the expected range, i.e., below 3% which improves the corrosion resistance properties. The higher values of hardness were identified in the first buttering layer, due to the concentration of primary austenite. Keywords: Microstructures, dissimilar welding, austenitic stainless steel. 5250