ENSAIO DE IMPACTO CHARPY

A Figura 5.8 apresenta o gráfico das energias absorvidas no ensaio de impacto Charpy, para as zonas de crescimento de grão da ZTA simuladas às temperaturas de 0, -20, -40 e -60°C. Tem-se 3 curvas, cada uma correspondente a um aporte térmico. Percebe-se que a -20 e 0°C tem-se alta energia absorvida (acima de 300J). O valor de 406J “limite” observado no gráfico se deve a capacidade máxima de absorção da máquina utilizada. Isso implica que o material pode absorver muito mais que esse valor.

Nota-se, entretanto, um drástico decaimento da energia absorvida à medida que o aporte térmico é aumentado (25 e 35kJ/cm) em temperaturas mais baixas (-40 e -60°C), atingindo menos que 20J. A energia absorvida pela região de crescimento de grão da ZTA no aporte

56 térmico menor não foi sensível à queda de temperatura, absorvendo praticamente a energia máxima de capacidade da máquina, mesmo quando submetido as temperaturas mais baixas deste estudo. Em aportes térmicos menores, o resfriamento é mais rápido, porém não há tempo de haver crescimento de grão austenítico, o que mantem elevada área de contornos de grãos e esse balanço diminui as chances de formar estruturas martensíticas (SANT’ANNA, 2006).

Barbaro et al. (2014) e Zhu et al. (2015 e 2016) reportam que o excelente comportamento deste material mesmo em baixas temperaturas se deve à pequena fração de constituinte M-A, estruturas bainíticas refinadas e tamanho de grão austenítico reduzido, quando comparado a aços microligados convencionais. A tendência da queda da energia de impacto absorvida nos aportes térmicos maiores em temperaturas mais baixas é condizente também com os estudos de Luo et al. (2017). A medida que se aumenta o aporte de energia, mais tempo demora o resfriamento, e maior tendência em haver o crescimento de grãos, diminuindo a área de contornos aumentando as chances de haver transformações martensíticas. Sant’Anna (2006) no entanto reporta que isso não é observado, e em vez disso, estruturas cada vez mais grosseiras e de baixa tenacidade se formam, como bainita superior ou ferrita. No presente caso, o aumento da fração e coalescimento de constituintes de menor tenacidade, como ferrita poligonal e quase-poligonal (HU et al., 2013 e ZHAO et al., 2011) devido ao maior tempo de resfriamento e maior tamanho de grão austenítico no maior aporte térmico, são razões que explicam o comportamento da baixa energia absorvida em baixas temperaturas por este material.

Figura 5.8 - Energias de absorção de impacto Charpy em função da temperatura para diferentes aportes térmicos aplicados por uma máquina Gleeble® em um aço microligado HTP.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -80 -60 -40 -20 0 20 EN ERGI A DE IM P AC TO ( J) TEMPERATURA (°C) 12 kJ/cm 25 kJ/cm 35 kJ/cm Limite da máquina: 406J

57 As Figuras 5.10 e 5.11 apresentam fratografias de alguns corpos de prova que foram analisados ao MEV. Optou-se por selecionar corpos de prova onde houve modos diferentes de fratura. Nas temperaturas mais altas de ensaio, notou-se alta absorção de energia, sem rompimento por completo, comportamento semelhante em todos os CP’s ensaiados nessas condições, conforme mostra aFigura 5.9.

Figura 5.9 - Aspecto de um dos corpo de prova sem rompimento, submetido a impacto na temperatura de 0ºC; Aço microligado HTP, aporte térmico 25kJ/cm.

A 0°C, e no aporte térmico maior (35kJ/cm) um dos corpos de prova se comportou de maneira distinta dos demais por apresentar uma energia absorvida menor, em torno de 280J, o que resultou no rasgamento do material em um dos corpos de prova. A fratografia deste CP está apresentada na Figura 5.10. Nota-se presença de “dimples”, característica da fratura dúctil, mas não na totalidade, e em uma parte pode-se observar facetas de clivagem e marcas de rios, características de fratura frágil, o que indica que nesse corpo de prova houve certa absorção de energia e a fratura ocorrendo parcialmente dúctil, ou semi-frágil.

58 Figura 5.10 - Fratografia da região de CGZTA do corpo de prova de um aço microligado HTP que passou por simulação física de soldagem em máquina Gleeble® submetido a um aporte térmico de 35kJ/cm e posterior

ensaio de impacto Charpy a 0°C.

Godefroid (2018) comenta que em baixas temperaturas um aço ferrítico tem comportamento frágil, portanto fratura 100% por clivagem. No patamar superior da curva, há fratura dúctil, desenvolvida pelo mecanismo de coalescimento de microcavidades. Porém na região de transição dúctil-frágil, um material pode iniciar o mecanismo de fratura por coalescimento de microcavidades, e terminar pelo mecanismo de clivagem, desde que a trinca que está crescendo possa eventualmente encontrar uma partícula crítica que faça amplificar tensões e favorecer a fratura por clivagem, frágil. Essa mistura e combinação de mecanismos nessa faixa de temperatura é evidenciada pela grande dispersão de resultados de energia absorvida, o que pode explicar o comportamento verificado do aço microligado HTP submetido ao maior aporte térmico estudado neste trabalho.

Para os casos onde a temperatura era mais baixa -40 e -60°C, os aportes térmicos mais altos (25 e 35kJ/cm), apresentaram fratura 100% frágil, e isso é comprovado ao se observar as fratografias da Erro! Fonte de referência não encontrada., onde se vê a presença das facetas de clivagem e marcas de rios.

59 a)

b)

Figura 5.11 - Fratografias da região CGZTA obtida via simulação física em máquina Gleeble® em um aço microligado HTP: a) 25kJ/cm a -40°C; b) 35kJ/cm a -60°C.

60 Observa-se que valores mais altos de dureza e mais altos de energia de impacto foram obtidas no aporte térmico mais baixo. Esses resultados são condizentes com valores de tamanho de grão austenítico medidos, e também das fases presentes na microestrutura, pós simulação física de soldagem. Trabalhos semelhantes como os de Zhu et al. (2015) e Barbaro et al. (2015) realizados com aços HTP também mostram essa tendência, da queda de tenacidade com o aumento do aporte térmico, ou seja, aportes térmicos maiores afetam negativamente a tenacidade da região de crescimento de grão da zona termicamente afetada de uma junta soldada nesses aços. O teor de manganês mais baixo do aço estudado, não influenciou negativamente em suas propriedades, pelo contrário, obteve-se aqui melhor propriedade de energia absorvida sob impacto em relação a aços HTP’s com alto Mn, e aços microligados convencionais mesmo em temperaturas de ensaios bastante baixas (-60°C). A título de comparação, a Tabela 2 mostra valores de tenacidade ao impacto a -20°C para aços HTP baixo Mn com outros aços referentes ao trabalho de Barbaro et al. (2016).

Tabela 5.1 - Comparativo de tenacidade ao impacto a -20°C entre aços HTP baixo Mn, HTP 1,5%Mn e aços microligados convencionais. Tenacidade ao impacto a -20 °C (J) Aporte Térmico (kJ/cm) HTP baixo Mn (BARBARO et al. 2016) HTP 1,5 Mn Microligado convencional 12 406 265 265 25 406 250 60 35 406 245 45

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