5 Discussão dos Resultados

Transcrição

1 79 5 Discussão dos Resultados É possível comparar visualmente o ponto de solda nas macrografias mostradas da Figura 21 a Figura 26. Na comparação entre as diferentes velocidades de rotação da ferramenta, observa-se que para maiores velocidades obtêm-se maiores pontos de solda. Pôde-se observar também que para maiores tempos de espera com a mesma velocidade de rotação da ferramenta obtêm-se maiores ponto de solda. Isto ocorre devido ao aumento da energia gerada pelo atrito da ferramenta e pelo aporte de energia para o material quando são aumentados tanto a velocidade de rotação da ferramenta quanto o tempo de espera. A Figura 21 mostra as três diferentes zonas observadas em uma macrografia. A zona I é denominada zona de mistura, pois é a região que entra em contato com a ferramenta gerando a mistura mecânica e grande deformação plástica. Além disso, grande energia foi gerada devido ao atrito entre a ferramenta e o material a ser soldado. Pressupõe-se que esta zona foi afetada por temperaturas acima de A 3, onde a microestrutura é austenitizada e sofre altas taxas de resfriamento. Portanto, como esperado, no presente caso a microestrutura desta zona consiste principalmente de martensita. A zona II representa a zona termicamente afetada (ZTA), presente em todos os processos de soldagem, onde ocorre apenas o efeito do ciclo térmico na microestrutura. Pressupõe-se que esta zona foi afetada por temperaturas intercríticas, entre A 1 e A 3, e ao resfriar, resultou em uma microestrutura composta de ferrita, bainita, austenita retida e martensita. A microestrutura da zona III é composta de ferrita, bainita e austenita retida.

2 80 Deve ser lembrado que o ciclo térmico do processo não foi medido neste trabalho e pretende-se medir em trabalho futuro. Portanto, as afirmações aqui colocadas em relação à temperatura são suposições baseadas na microestrutura encontrada e no conhecimento que houve um ciclo térmico e nas conseqüências deste fato. Na Figura 38 e na Figura 42 mostra-se a microestrutura utilizando as microscopias óptica e eletrônica de varredura, respectivamente. Ambas as microestruturas representam a zona de mistura, caracterizada por martensita. Como mencionado acima, esta zona foi afetada por temperaturas acima de A 3, a microestrutura foi quase totalmente austenitizada e após isto sofreu um resfriamento rápido transformando toda a austenita em martensita e pequenas ilhas de ferrita. Como pode ser observado na Figura 52, esta zona apresenta um patamar de dureza superior a 500 HV, condizente com a microestrutura martensítica. É observada na Figura 39 e na Figura 43, a transição entre a zona de mistura e ZTA. Esta transição se caracteriza microestruturalmente pelo aumento de ferrita (que de acordo com a Figura 46 apresenta-se praticamente nula na zona de mistura e na faixa de 20 a 30% na ZTA), e correspondente diminuição de martensita. Em relação à dureza, indica não haver uma transição clara entre as zonas, a média é superior a 500 HV. A transição entre a ZTA e o metal de base pode ser observada na Figura 40 e na Figura 44, onde o refino microestrutural é mais acentuado e o aumento da fração de área de ferrita é mostrado da Figura 46 até a Figura 49. É observada uma transição brusca na dureza entre estas zonas devido à presença de martensita. Foi obtida uma dureza média de 500 HV na ZTA e de 275 HV no metal de base, como é visto na Figura 52. Não foi possível quantificar as outras fases, além da ferrita (mostrado da Figura 46 a Figura 49), devido à dificuldade de se fazer uma diferenciação microestrutural neste nível de observação. Sugere-se, portanto, a aplicação de outras técnicas como a microscopia eletrônica de transmissão, por exemplo, para melhor caracterização.

3 81 Na Figura 50 é apresentada uma comparação da fração de ferrita entre as velocidades de rotação da ferramenta para um mesmo tempo de espera (2 seg), onde se observa que a velocidade de 2000 rpm apresentou uma zona de mistura mais larga que as outras velocidades, pois a transição entre esta zona e a ZTA se deu a 1300 µm da borda, o que confirma a maior extensão do ligamento em relação às outras velocidades de rotação. Baseado nisso, verifica-se que quanto mais larga a zona de mistura, maior a extensão do ligamento e as outras velocidades de rotação seguem o mesmo comportamento. Na Figura 51 é mostrada a comparação da fração de ferrita entre os tempos de espera para uma mesma velocidade de rotação da ferramenta (2000 rpm). Pode ser observado um comportamento semelhante entre os tempos de espera. Entretanto, a condição de 2s apresenta a zona de mistura mais larga que a condição de 3s, confirmando também uma maior extensão do ligamento. Pode-se observar o refino microestrutural nestas zonas e este pode ser comparado com os processos convencionais, como o de resistência, por exemplo, que gera microestruturas brutas típicas de processos de soldagem por fusão. Embora a seção resistente seja maior, a microestrutura contém maior fração de martensita e conseqüentemente, maior dureza. Os níveis de dureza obtidos no processo FSSW em aço TRIP 800 atingem em média 500 HV, valores considerados altos, porém, aceitáveis se comparados com o processo de soldagem por resistência a ponto para o mesmo aço, no qual se obtém durezas médias de 600 HV. 59 Na Figura 52 mostra-se um exemplo dos perfis de microdureza de cada amostra. Com a macrografia da respectiva amostra podemos observar que um patamar inferior no perfil de dureza representando a região do metal de base com durezas inferiores a 300 HV, neste caso. A seguir, uma região de transição brusca e um patamar superior, este último representa a zona de mistura e a ZTA da junta soldada. Nos perfis de dureza em que a velocidade de rotação da ferramenta é variada, percebe-se que nos gráficos de tempo de espera de 2s (Figura 53 a Figura

4 82 55) os pontos de dureza mais elevados são na rotação de 1600 rpm, isto já não ocorre nos gráficos de tempo de espera de 3s (Figura 56 a Figura 58). Sendo assim, pode-se concluir que a condição de s contém mais martensita na sua microestrutura. Os gráficos comparativos da terceira linha para ambos os tempos de espera e velocidade de rotação da ferramenta (Figura 55 e Figura 58) não apresentam patamar superior de dureza, isto é, como o tamanho da zona de mistura e ZTA são menores para esta linha a transição se dá de forma mais suave. Pode-se observar na comparação das linhas dos perfis de microdureza variando os tempos de espera exibidas da Figura 59 a Figura 61, comportamentos bem semelhantes entre as amostras, mostrando que o parâmetro de tempo de espera pouco influencia na microestrutura e nas propriedades mecânicas destas amostras. Até o presente momento, não há nenhuma norma publicada estabelecendo um padrão de qualidade para soldas executadas pelo processo FSSW. Segundo a norma AWS D8.1M, 60 aplicável à solda por resistência elétrica a ponto, a resistência de uma solda é quantificada pela carga máxima atingida durante os ensaios de cisalhamento e cross-tension. Esta norma estabelece um critério de aceitação para soldas por resistência a ponto em estruturas automotivas e exibe equações para o cálculo da carga mínima exigida nos ensaios de cisalhamento e cross-tension. Apesar da norma AWS tratar do processo por resistência elétrica e este trabalho utilizar o processo FSSW e haver diferença na dimensão da sessão resistente dos pontos de solda de cada processo, foi feita uma comparação para situar os resultados obtidos neste trabalho. A Figura 66 exibe a média das cargas máximas de ruptura obtidas nos ensaios de cisalhamento e cross-tension e compara com os valores mínimos exigidos pela norma para cada ensaio. Pode ser observado que para todas as condições, as cargas máximas de ruptura obtidas no ensaio de cross-tension foram superiores ao valor mínimo exigido pela norma. Já para o ensaio de cisalhamento, apenas as condições s e s não apresentaram resultados iguais ou superiores ao exigido pela norma e com isso,

5 83 não são aceitáveis. Estes resultados podem ter sido afetados pelo comprimento do ligamento e também pela largura da zona de mistura. É importante lembrar que a dimensão da seção resistente do corpo de prova neste processo é muito pequena quando comparada à seção resistente do ponto de solda do processo por resistência, portanto, sugere-se um aumento da extensão do ligamento neste processo ou um estudo de viabilidade da soldagem de um aço TRIP 800 utilizando o processo FSpW, o qual é citado na revisão bibliográfica deste trabalho e por não deixar o furo característico, aumenta a extensão do ligamento Cisalhamento AWS Cisalhamento Cross Tension AWS Cross Tension s s s s s s Figura 66 Comparação das médias das cargas máximas (N) obtidas nos ensaios de cisalhamento e cross-tension com a norma AWS. A condição s apresentou resultado mínimo exigido pela norma para o ensaio de cisalhamento embora tenha apresentado a segunda maior extensão do ligamento e a segunda zona de mistura mais larga, como pode ser observada na Figura 48. Isto pode ter tido influência de um resultado inferior no ensaio de cisalhamento, que pode ser visto na Tabela 6, uma vez que foram ensaiados apenas três corpos de prova de cada condição para cada ensaio e por isso, não foi obtida uma base estatística extensa e conseqüentemente, confiável para cada condição.

6 84 A Tabela 7 compara os valores obtidos nos ensaios de cisalhamento e crosstension de um estudo publicado na literatura 59 utilizando o processo de resistência elétrica a ponto em aço TRIP 700 com o requisito da norma AWS acima mencionada. Foram calculados os valores mínimos aceitáveis para cada ensaio em função da espessura e do limite de resistência do aço utilizado neste trabalho. Pode ser observado que os resultados obtidos são superiores ao valor mínimo exigido pela norma e assim, são aceitáveis na indústria. Tabela 7 Comparação dos resultados obtidos no estudo (literatura) de soldas por resistência de um aço TRIP 700 como requerido pela norma AWS. Cisalhamento (N) Norma AWS Cisalhamento (N) Cross tension (N) Norma AWS Cross-tension (N) Mínimo Máximo , (a) 1.391,64 Média Nota: (a) único valor obtido no estudo. Todas as comparações acima foram feitas em relação à carga máxima suportada. As seções resistentes das soldas obtidas pelos processos por resistência e fricção são muito diferentes, porém, a tensão de ruptura foi calculada estimando as seções resistentes obtidas nestes estudos, como mostra a Tabela 8. As seções resistentes foram calculadas a partir das dimensões dos pontos de solda informados no estudo (literatura) e no presente trabalho. Tabela 8 Comparação dos valores de tensão entre os processos de resistência a ponto 59 e FSSW do presente trabalho. Processo de resistência a ponto em aços TRIP700 Processo FSSW em aços TRIP800 Cisalhamento (MPa) Cross tension (MPa) Cisalhamento (MPa) Cross-tension (MPa) Embora duas das seis condições estudadas tenham sido reprovadas pela norma, pode ser observado que o processo FSSW obteve um desempenho superior ao processo de resistência a ponto, uma vez que apresentou tensões de cisalhamento maiores.

7 85 Apesar do processo de soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica necessitar de um maior desenvolvimento, do ponto de vista dos fenômenos termomecânicos e da maximização da extensão do ligamento, demonstra ser um processo promissor e com isso, ser um bom candidato a substituir os processos convencionais no futuro.