Figura 1: Diagrama Tempo-Temperatura-Transformação (contínuo), aço Ck 45

Figura 2: Diagrama Tempo-Temperatura-Transformação (isotérmico), aço Ck 45

Figura 3: Tempo-Temperatura-Transformação (contínuo), aço 50 Cr Mo 4

As faixas de transformação durante a transformação da austenita são influenciadas pelos elementos de liga tanto em sua temperatura quanto em sua situação cronológica. Portanto, os elementos ligantes, por exemplo: Cr, V e Mo levam a um aumento do estágio da perlita bem como a uma redução do estágio da bainita. Ao mesmo tempo, estes estágios de transformações são dispostos para períodos mais longos. (Figura 4).

Figura 4: Influências dos elementos de liga na transformação da austenita

As influências do Ni, Mn, Cr, e V na transformação da austenita são mostradas na Figura 5.

Figura 5: Diferentes formas de diagramas isotérmicos TTT, dependendo da concentração dos elementos de liga (de acordo com o crescimento).

A formação de perlita é modificada pela adição dos elementos de liga. Quase todos os elementos de liga levam a uma desaceleração do crescimento da perlita, sendo a única exceção o cobalto.

Figura 6: Comportamento durante a transformação no estágio de perlita e a influência de diferentes elementos de liga. Linhas do início da transformação

Figura 7: Influência do Cr na transformação isotérmica de um aço com 0,15% de C, 0,5% de Mo, X% de Cr.

Explanação de termos para o aço

A DIN EN 10020 define:

Aço: um material que contém, em peso, mais ferro que qualquer outro elemento, tendo uma porcentagem de carbono geralmente menor que 2% e contendo outros elementos. Um número limitado de aços-cromo deve conter mais que 2% de carbono, mas 2% é a linha usual de divisão entre o aço e o ferro fundido.

Figura 1: Mudança das propriedades dos aços laminados, não ligados

A avaliação de um material para soldagem é baseada na análise do material.  Além disso, o comportamento da tenacidade do material é avaliado por corpo de prova com entalhe.

O elemento mais importante para a avaliação de uma análise de material no que diz respeito a soldabilidade é o carbono. Porcentagens de carbono de até 0,22% geralmente não são críticas na conformidade de um material não ligado para soldagem. Neste caso, falamos sobre uma boa conformidade para soldagem. Isto significa que um material com espessura de até 20 mm pode ser soldado sem ser pré-aquecido. Altos teores de carbono levam a carburação do aço durante a soldagem junto com a responsabilidade por trincas por meio de trincas de têmpera e trincas induzidas por hidrogênio. Então, estes aços devem ser pré-aquecidos para soldagem, a fim de se evitar resfriamento e dureza extensiva por uma alta porção de martensita, levando então a fragilização e responsabilidade por trincas.

Aços com teor de carbono maior que aproximadamente 0,5% não são apropriados para soldas de fusão.

Efeito dos elementos de adição

A porção de silício de um material dá informações quanto ao estágio de desoxidação do material. Aços com até 0,1% de Si são chamados de não acalmados e possuem fortes zonas de segregação macroscópicas. Estas zonas contêm altíssimos teores de C, P e S, levando então a problemas durante a soldagem.

Aços com teores de Si entre 0,1 e 0,8% são semi-acalmados e não tem zona de segregação definida. Estes aços têm uma boa aplicabilidade à solda. Aços com teor de Si Maior que aproximadamente 0,8% são frágeis devido a este teor de Si e não têm boa aplicabilidade à soldagem.

A porção de manganês de um aço está ligada do teor de C e decidem a resistência e comportamento da tenacidade de um aço. Para se ter um aço soldável, este deve conter no mínimo 0,2% de Mn, a fim de se combinar com o enxofre residual tornando-se MnS, formando assim tenacidade suficiente. Aços projetados tais como os tipos S235 contém de 0,4 a 0,6% de Mn.

Como o silício, o manganês tem um efeito desoxidante, então os aços com teor de manganês acima de aproximadamente 0,6% podem ser considerados como acalmados.

Teores maiores de Mn são encontrados nos tipos S355 bem como nos aços estruturais de granulação fina onde o teor de Mn situa-se entre 1,0 e 1,6%. Com estes teores em combinação com o teor de C a soldabilidade para união é consideravelmente influenciada. Aços destes tipos têm de ser pré-aquecidos para soldagem a partir de aproximadamente 20 mm de espessura de parede.

Aços com teor de Mn elevado não são usados exceto para o Mn austenítico ligado, já que estes aços apresentam pior comportamento de tenacidade.

O fósforo pode ser dissolvido no aço em temperatura ambiente somente em pequenas porções. Em maiores porções ele é precipitado como Fe3P.

Em aços não acalmados o fósforo segrega-se muito fortemente e concentra-se no centro. O fósforo tem um efeito essencialmente negativo na tenacidade de um aço onde os parâmetros de deformação, em particular a ductilidade do entalhe é reduzida.  Em outras palavras, o fósforo reduz a transição de temperatura no entalhe da barra de teste de impacto entalhe em V. Nitrogênio e fósforo juntos reduzem a resistência ao envelhecimento de um aço.

O fósforo no aço tem uma influência positiva na propriedade de corte, usinabilidade e na resistência ao tempo.

Entretanto, o fósforo tem uma influência negativa na soldabilidade de um aço. Começando com um teor de fósforo de aproximadamente 0,6% os aços não são mais apropriados para soldagem os aços estruturais utilizados hoje contém aproximadamente de 0,02% a 0,035% de fósforo.

Figura 2: diagrama de fase ferro-fósforo

O enxofre pode ser dissolvido no aço em pequenas porções e pode frequentemente se considerado insolúvel. Junto com o ferro e o oxigênio ele forma eutética de baixo ponto de fusão que em altas faixas de temperatura (acima de aproximadamente 950°C) levam a formação de trincas a quente e em temperaturas por volta de 800°C eles são suscetíveis à trinca frágil (fragilidade à alta temperatura – rubro).

O enxofre segrega-se em aços não acalmados e se concentra no centro.

Por esta razão, o enxofre é indesejável nos aços e de um ponto de vista da soldagem ele é o elemento que restringe consideravelmente a soldabilidade de um aço ou até mesmo torna a soldagem impossível.

Nos aços estruturais o conteúdo de enxofre é então limitado a porções menores que 0,06%, em aços inoxidáveis as porções são ainda menores que 0,03%.

Entretanto, estas porções reduzidas devem ser ligadas por manganês para obter um aço usável. Em altas temperaturas, o manganês forma com o enxofre o comporto MnS que nos aços laminados podem ser visíveis como uma precipitação vermiforme no micro sessão ou torna-se visível através de uma grande magnificação. Estas precipitações, com tensões na direção da espessura média de laminação, podem possivelmente levar a uma trinca lamelar.

Figura 3: diagrama de fase ferro-enxofre

Figura 4: diagrama de fase oxidul sulfureto de ferro

O nitrogênio pode ser dissolvido no aço até certa quantidade. Em temperatura ambiente a solubilidade é, entretanto, baixa. Com o decréscimo da temperatura, entretanto, nitretos são precipitados depois de um longo tempo. Estas precipitações são relativamente lentas e continuam por um período de até 50 anos em temperatura ambiente. Este tipo de precipitação que é relacionada com uma considerável fragilização é também conhecido como envelhecimento natural. Altas temperaturas e deformações a frio, bem como porções de P, O e C incentivam este envelhecimento. A fragilização causada pelo envelhecimento pode ser removida através de recozimento. A susceptibilidade de um aço ao envelhecimento é testada através de corpos de prova com entalhe em V, deformados a frio em 10% e recozidos a 250°C por meia hora.

Na intenção de restringir ou evitar o processo de envelhecimento em aço com teor de nitrogênio menor que 0,01%, a adição de alumínio, nióbio ou vanádio para se ligar ao nitrogênio e formar nitretos é requerida.

Figura 5: diagrama de fase ferro-nitrogênio

O oxigênio pode ser dissolvido no aço até aproximadamente 0,003%, tendo então um efeito de fragilização. Teores maiores que 0.007% são presentes nos óxidos (inclusões).

Durante a fundição o aço será fervido conectado com a formação de bolhas por CO devido a reação do oxigênio com o carbono. Para evitar esta reação, um meio de desoxidação, tal como Si, Al ou Mn é adicionado ao aço. Fazendo isto, aços acalmados ou totalmente acalmados serão obtidos.

O hidrogênio leva o aço à fragilização. Em temperatura ambiente 0,0004 ml/100g de ferro é solúvel. As trincas induzidas por hidrogênio aparecem sob formas de olhos de peixe, micro caminhos, micro trincas e trincas sob o cordão.

A maioria dos aços com médio e mais elevados teores de C são susceptíveis a fragilização através de hidrogênio. O fato é que as estruturas martensíticas são mais susceptíveis que as ferríticas ou ferríticas-perlíticas.

Efeito dos elementos de liga

Elementos de liga em geral levam a um deslocamento dos pontos de transformação, à velocidade crítica de resfriamento, a limites de saturação do ferro para o carbono, à velocidade de difusão do carbono no ferro, à magnetização.

Alguns elementos de liga têm o efeito de formar carbetos. São eles o vanádio, o titânio, o nióbio, o tântalo, o cromo, o molibdênio, o tungstênio e o manganês.

Uma área aberta χ é causada pelo níquel, pelo cobalto e pelo manganês. (formação de austenita).

Uma área fechada χ é causada pelo cromo, pelo alumínio, pelo titânio, pelo silício, pelo vanádio, pelo molibdênio, pelo fósforo e pelo tungstênio (formação de ferríta).

Uma área contraída é causada pelo oxigênio, pelo enxofre, pelo boro, pelo zircônio, pelo nióbio e pelo tântalo.

Figura 6: mudança da zona χ com diferentes elementos de liga

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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