Figura 67, observa-se uma descarbonetação devido ao processo de tratamento térmico de normalização com um consequente aumento da fase ferrítica.

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1 94 Figura 67, observa-se uma descarbonetação devido ao processo de tratamento térmico de normalização com um consequente aumento da fase ferrítica. Figura 67 - Análise em MEV e MO da borda do aço 300M, na condição CR. As Figuras 68 e 69 mostram imagens do material base do aço 300M obtidas por meio de microscopia óptica, MEV e EDS. A constituição é basicamente ferríticaperlítica. Figura 68 - Análise microestrutural via MO e MEV do meio do MB do aço 300M. Elem. W% At% C Si Cr Mn Fe Ni Figura 69 - Análise de EDS, referente ao meio do MB do aço 300M, condição CR.

2 95 A Figura 70 mostra a análise por EDS, de um glóbulo branco, presente na microestrutura do aço 300M, indicando que este é um composto rico em cromo e também mostra traços de vanádio, sendo provavelmente um carboneto. Elem. Weight% Atomic% C Si S V Cr Mn Fe Ni Figura 70 - Análise composicional dos precipitados dispersos na matriz perlitica do aço 300M Material soldado (S) A Figura 71 revela a sessão transversal do cordão de solda das chapas de aço 300M. A soldagem a laser autógena levou a formação de uma ZTA pequena para ambos os materiais quando comparadas com outros processos de soldagens convencionais. Podese notar a ocorrência de gradiente térmico, sendo diferenciado pela distância do centro da solda até o metal base. Na região central da ZF ocorreu fusão e solidificação rápida, apresentando fases frágeis como a martensita, ferrita e austenita retida. Com a passagem do feixe, têm-se a ocorrência de austenitização na transição ZF/ZTA, nesta região encontramos fases como a martensita e bainita, juntamente com a segregação de elementos de ligas. Os processos de macro e segregação presentes no cordão e ZTA estão relacionados com as correntes convectivas proveniente da fusão e solidificação rápida. Após análises de EDS, na horizontal (em x) e na vertical (em y), da transição ZF/ZTA, foi possível observar o aumento de elementos tais como o cromo, silício e molibdênio e aparecimento de vanádio, as Figuras 72 a 74 mostram alguns desses resultados. Com a aproximação da ZTA ao MB encontramos material composto por bainita, perlita e carbonetos, contudo na transição ZTA/MB observa-se o aumento de fases duras como a cementita e redução da fase ferrítica.

3 96 MB ZF ZTA ZF ZTA MB Figura 71 - Análise de MO e MEV das transições da ZF, ZTA e MB, do aço 300M. Figura 72 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. Elem C Si S Cr Mn Fe Ni W% Figura 73 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. At%

4 97 Elem W% At% C Si Cr Mn Fe Ni Figura 74 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. O cordão de solda dos aços 300M, na região fundida, encontra-se martensita, conforme mostrado nas Figuras 75 e 76 e a presença de microsegregação nas redes dendríticas, conforme Figuras 77 e 78. Figura 75 - Início (topo) e região central do CS do aço 300M. A região da ZF é caracterizada pela presença de dendritas equiaxiais (no centro do cordão de solda) ou colunares (no topo).

5 98 Figura 76 - Análise de MEV da formação dendrítica na ZF do aço 300M. Figura 77 - Análise composicional da ZF do aço 300M. Figura 78 EDS da ZF, no aço 300M.

6 Material soldado e revenido (SR) O aço 300M também foi revenido a 400ºC durante 2 horas no qual com microestruturas mostradas nas Figuras 79 a 81, observa-se visualmente o crescimento de grãos proveniente da temperatura de tratamento (MUJICA et al., 2010) e presença de ferrita em alguns contornos do MB, conforme mostrado na Figura 79. ZTA ZF Ferrita no Contorno Figura 79 - Análise do MB e transição ZTA/ZF do aço 300M, após revenimento. ZF MB ZTA ZF Figura 80 - Análise da ZTA e ZF em MO do aço 300M, após revenimento. ZTA ZF ZF Figura 81 - Análise da ZTA e ZF em MEV do aço 300M, após revenimento.

7 Material soldado nitretado (SN) e soldado, revenido e nitretado (SRN) A Figura 82 mostra a CN, formada na superfície do aço 300M, após tratamento superficial de nitretação a plasma, na qual foi utilizada a temperatura de 500ºC por 3 horas. Na Figura 83, observa-se o trincamento da superfície do material nitretado, evidenciando a ocorrência de baixa tenacidade. Durante as análises em MO, foi possível verificar a espessura da camada nitretada, que apresentou 3 a 5µm para ambos os materiais, na condição SN. A camada difusa apresentou profundidade de 100 a 126µm para o aço 300M e de 109 a 139µm para o aço Na condição SRN a espessura da camada nitretada foi de 5 a 8µm para ambos os materiais. A camada difusa apresentou profundidade de 86 a 111µm para o aço 300M e de 87 a 119µm para o aço CN Figura 82 - Análise em MEV e MO da CN e CD, do aço 300M, soldado e nitretado. Nos estudos de Nicolett (1996) observou-se a precipitação de nitretos e a difusão de nitrogênio na superfície do aço, no caso do aço 300M a precipitação e difusão causaram trincamento no material, esta fragilização também pode ser proveniente da precipitação de segunda fase em função da temperatura escolhida. Os ensaios de tração e análise microestrutural corroboram a observação de que este tratamento superficial de nitretação a plasma, com a temperatura de 500º C, não é ideal para o aço 300M.

8 101 Figura 83 - Análise em MO da CD do aço 300M, na condição SRN Caracterização da austenita retida Foram feitos ataques químicos, Klenn e Metabissulfito no aço 300M, com intuito de revelar a austenita no material. As Figuras 84 e 85 mostram alguns pontos brancos na transição ZF/ZTA e na ZF, revelando a presença de austenita retida e/ou microconstituinte MA (BHADESHIA, 2001). Ao compararmos os dois materiais observou-se, na transição ZF/ZTA do aço 300M, o aumento da fração volumétrica (5%) da fase austenítica em função da maior quantidade de silício presente nesta região. A ZF apresentou uma queda na fração volumétrica de austenita retida (1,6% em média). ZF ZF/ZTA Figura 84 - Ataque Klenn da ZF e transição ZF/ZTA do aço 300M, respectivamente.

9 102 ZF ZF/ZTA Figura 85 - Ataque com metabissulfito 10%, na ZF e transição ZF/ZTA, do aço 300M.

10 103 6 CONCLUSÕES Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que: Os aços SAE 4340 e 300M na condição CR apresentam microestrutura típica dos aços com médio teor de carbono, sendo que no aço 300M verificou-se a presença de precipitados provenientes da adição de elementos químicos, o que conferiu ao aço 300M maiores limites de escoamento e resistência à tração, maior dureza e menor ductilidade medida pelo alongamento, quando comparado ao aço A soldagem a laser autógena dos aços (condição S) leva à fusão (ZF) e ao tratamento térmico local (ZTA) do material. Na ZF, ocorreram fusão e solidificação rápida, apresentando fases frágeis como a martensita. Na ZTA ocorreu a austenitização e com a troca de calor, a matriz apresentou-se predominantemente multifásica. Nos ensaios de tração observou-se que os cdps romperam no MB e os resultados foram superiores à condição CR. Na ZF e ZTA observou-se o aumento da dureza, sendo que o aço 300M apresentou valores superiores ao aço O ganho adicional que apareceu no aço 300M, com relação ao aço 4340, pode ser justificado pela composição química, que favoreceu a formação de carbonetos e precipitados de Cromo, Vanádio e Molibdênio. Na condição SR observou-se queda de dureza na ZF, mostrando que ocorreu alívio de tensão local, sendo que a ZTA e ZF mostraram resultados com valores próximos. As propriedades mecânicas em tração da condição SR foram próximas à condição S para o aço 300M; já o aço 4340 na condição SR apresentou melhoria das propriedades mecânicas, indicando que o revenimento melhorou a microestrutura do MB deste aço. Na condição SN os aços 4340 e 300M apresentaram aumento de dureza próximo às superfícies, onde foram observadas as camadas nitretada e difusa. Após a nitretação, o aço 4340 apresentou aumento na resistência mecânica sem perda significativa de ductilidade. Quando revenido e nitretado após a soldagem, o aço 4340 apresentou resistência mecânica ligeiramente inferior à do material apenas soldado e nitretado, mostrando ser desnecessário o tratamento de revenimento antes da nitretação. A nitretação do aço 300M, com a temperatura e tempo escolhidos, levou à fragilização do material em ambas as condições (SN e SRN), resultando em uma piora significativa das

11 104 propriedades mecânicas, o que indica que os parâmetros de nitretação para este aço devem ser revistos. O trabalho mostrou que a solda a laser dos aços 300M e 4340 é viável, com a manutenção das propriedades de tração em níveis elevados. Com esta finalidade os parâmetros da aplicação da solda a laser e da aplicação de tratamentos térmicos ou termoquímicos é de fundamental importância.

12 105 7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Comparar a vida em fadiga dos aços 4340 e 300M após soldagem a laser (autógena), com posteriores tratamentos, térmico e de superfície a plasma e a laser CO 2. Estudo do aço 300M, após soldagem a laser e tratamentos, térmico e termoquímico, visando encontrar temperatura ideal para tratamento termoquímico de nitretação a plasma. Comparação dos tratamentos de superfície a plasma e a laser CO 2 dos aços SAE 4340 e 300M.

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