No decorrer do ensaio, algumas amostras não romperam totalmente (Figura 59), das quais a maioria correspondia ao Tipo II. Também pôde ser constatado baixa absorção de energias de impacto para algumas amostras, fato associado com a presença de descontinuidades na região fraturada tais como a escória logo abaixo do entalhe (Figura 60). Outro fenômeno observado foi o desvio do caminho esperado da superfície de fratura tendendo para o lado do Metal Base, provocando um aumento da área da fratura e, conseqüentemente, absorvendo mais energia até a ruptura. A análise metalográfica mostrou que este desvio migrou em direção ao Metal Base. Tais resultados foram desconsiderados na análise qualitativa da tenacidade da junta, para uma maior confiabilidade.
De uma forma geral as fraturas apresentaram aspecto morfológico misto na superfície, conforme pode ser observado na Figura 61, Figura 62 e Figura 63. Fazendo se o uso de microscopia eletrônica percebe se a presença de inclusões alongadas nas superfícies fraturadas. Estas inclusões foram detectadas em todas as regiões da fratura desde a linha do entalhe. Observou se também pelas macrografias, a ocorrência de deformação lateral principalmente nas amostras do Tipo II (Figura 62), que foram as que registraram os maiores valores de energias absorvidas, na faixa dos 110 J para as amostras da junta com chanfro em K e 120 J para as amostras da junta com chanfro em semi V.
Os aspectos morfológicos mistos das fraturas puderam ser facilmente identificados por diferenças sutis tais como: uma região de aspecto aqui chamado de “fibroso acinzentado”, correspondente à região com fratura dúctil, presente desde o entalhe até regiões mais inferiores; uma região “brilhante”, correspondente à fratura frágil, de aspecto facetado, geralmente centralizada na superfície de fratura, e uma região mais escurecida com localização normalmente oposta ao entalhe, que corresponde à ruptura por cisalhamento de planos. Tais regiões diferenciam se entre amostras pela proporção de sua área em relação à área total da fratura, estando este fato relacionado também com o procedimento aplicado na soldagem junta, pelo efeito dos ciclos térmicos de cada processo de soldagem sobre o material (soldagem convencional sem tratamento térmico; soldagem convencional com tratamento térmico e soldagem com a técnica da dupla camada).
Figura 59 Amostra do Tipo II não rompida no ensaio de Impacto Charpy.
a) b)
Figura 60 Escória junto ao entalhe. a) Amostra Tipo II. b) Amostra Tipo I.
Figura 61 Topografia das superfícies fraturadas nas amostras de referência (Tipo I).
As amostras correspondentes a Figura 61, apresentaram a região correspondente à fratura frágil, de posição centralizada, e que por microscopia eletrônica, pôde se confirmar que o mecanismo de fratura se deu preferencialmente por clivagem nesta região.
Foi constatada também, por meio das fractografias das amostras do Tipo I, a pouca deformação lateral (indicação das setas) sofrida durante o rompimento total da amostra, e que a região dúctil foi de pequena extensão. Estes fatos demonstram que a soldagem convencional sem TTPS é indutora de fratura frágil na ZAC, cujo mecanismo se dá por meio de clivagem.
Figura 62 Topografia das superfícies fraturadas em amostras com TTPS – Tipo II.
As amostras representadas pela Figura 62, verificadas por microscopia eletrônica, demonstraram que a fratura se deu preferencialmente pelo mecanismo de Dimple, iniciando por microcavidades de tração e migrando para as microcavidades de cisalhamento. Praticamente não foram observadas facetas de clivagem nestas amostras e o nível de deformação lateral foi significativo, demonstrado pelas linhas de deformação gravadas na projeção da superfície de fratura. Isto demonstra o efeito do TTPS no mecanismo de fratura do material na ZAC e confirma o seu efeito benéfico no aumenta da ductilidade e consequentemente da tenacidade do material.
A Figura 63 mostra que a dupla camada promoveu nas amostras (Tipo III) uma deformação lateral significativa, aproximada da quantidade de deformação registrada nas amostras com TTPS (Tipo II) e superior a qualquer deformação lateral registrada nas amostras de referência (Tipo I). Observa se também a presença de uma região correspondente a fratura frágil (região “b” central) com a presença de planos de clivagem observados por microscopia eletrônica (Figura 63 b).
Analisando as fractografias das amostras apresentadas na Figura 61, na Figura 62 e na Figura 63, e relacionando com o mecanismo de fratura predominante, com a proporção de área frágil, com o nível de deformação lateral, com a intensidade de absorção de energia e com a presença de defeitos localizados, observou se que:
• o mecanismo predominante de fratura (Dimples ou Clivagem) ao longo da seção transversal de um grupo de amostras muda conforme as condições proporcionadas pelos respectivos tratamentos. Ocorrem casos em que a fratura muda precocemente de “fratura frágil” (REF) para “fratura dúctil” pela mudança de procedimento sofrido pela amostra durante a sua fabricação (TTPS ou DC). As fractografias das amostras dos três diferentes tipos, mostram que a predominância do mecanismo pode estar relacionada com a correspondente proporção de área transversal no corpo de prova rompido no ensaio. A transição de mecanismos de fratura em uma mesma superfície pode ser registrada com mais detalhes por microscopia eletrônica;
• os resultados das tenacidades das juntas, mostrados na Figura 64, se relacionam com os mecanismos de fraturas predominantes, registrados pelas fractografias e avaliados quantitativamente e qualitativamente para os grupos de amostras;
• as amostras que apresentam maiores deformações laterais também apresentam maiores extensões de “zona fibrosa”, conforme a medição direta na amostra, evidenciando uma característica que reforça a que a ductilidade e a tenacidade das amostras também se relacionam com as extensões de deformação lateral (Figura 62);
• a ocorrência de uma região brilhante central que corresponde à fratura frágil, foi reduzida, porém não eliminada, pela aplicação da técnica da dupla camada nas faces das juntas. Este resultado pode ser relacionado com a redução da dureza na região (Figura 63);
• a presença de quaisquer descontinuidade na seção transversal logo abaixo do entalhe ou próximo a este (Figura 60) provoca desvios da tendência normal dos resultados,
geralmente no sentido de reduzir o nível de absorção de energia. Tal fato remete à necessidade de trabalhar com um procedimento de soldagem qualificado.
A energia absorvida no ensaio de impacto, representada nos diagramas da Figura 64, demonstra comparativamente o efeito da dupla camada e o efeito do TTPS sobre a tenacidade. Observa se que o tipo de chanfro tem influência sobre essa propriedade e como esta pode variar ao longo da espessura da junta.
Observar também que as amostras de referência apresentaram os menores valores de tenacidade, alguns possivelmente motivados por uma ZAC_GG com elevadas durezas que fragilizaram seriamente o material.
a) 6 # E" 7 " ) * (( ( ( + B( + B + B + B + B + B + B) + B + B* + B( + :3 6 :3 6 6 # . ' 9 2B " DD+7B " / B " b) 6 # E" A ) * (( ( ( + B( + B + B + B + B + B + B) + B + B* + B( + :3 6 :3 6 6 ; # . ' 9 2B DD+7B / B c) 6 # E" C " ) * (( ( ( + B( + B + B + B + B + B + B) + B + B* + B( + :3 6 :3 6 6 # . ' C9 2B " CDD+7B " C/ B " d) 6 # E" C A ) * (( ( ( + B( + B + B + B + B + B + B) + B + B* + B( + :3 6 :3 6 6 # . ' C9 2B CDD+7B C/ B
Figura 64 Energia absorvida no ensaio de impacto Charpy: (a b) Amostras da junta com chanfro semi V, (c d) Amostras de junta com chanfro em K.
Tabela 13 – Energia de Impacto média, absorvida no ensaio de impacto Charpy. Tipo de amostra Energia de impacto média
( J ) Semi V – REF 85 Semi V – TTPS 118 Semi V – DC 108 K – REF 76 K – TTPS 118 K – DC 95
As energias absorvidas médias listadas na Tabela 13, demonstram o comportamento quanto à tenacidade para cada tipo de junta, e as condições das amostras. A avaliação destas energias, juntamente com as topografias das superfícies de fratura, permitindo relatar que:
• as amostras Tipo I (Figura 61), para os dois tipos de chanfros, registraram fratura predominantemente frágil (aspecto brilhante), podendo se observar as facetas de clivagem que se desenvolveram nesta região produzindo uma área que corresponde a uma faixa de 31% à 51% para a condição com chanfro em semi V, e de 35% à 56% para a juntas com chanfro em K, registrando os mais baixos valores de energia absorvida (85 J para a junta Semi V e 76 J para a Junta em K). Este grupo de amostras demonstrou uma pequena deformação lateral;
• as amostras Tipo II (Figura 62) apresentaram grande absorção de energia durante o ensaio (118 J para as duas condições de chanfro), podendo se confirmar por microscopia eletrônica que o mecanismo de fratura iniciou se pela formação das microcavidades (dimples) junto ao entalhe que migraram para dimples mais alongados na região central da fratura chegando a dimples não uniformes com perfil de borda em formato de “C”, caracterizando um região de cisalhamento naquele ponto. Também os menores valores de área correspondente à fratura frágil puderam ser verificados, ocorrendo significativas deformações laterais nas amostras rompidas e não rompidas. Neste grupo de amostras, observou se o maior número de amostras “não rompidas”, tal fato remete à hipótese que seria necessária uma temperatura mais baixa para que as amostras rompessem por completo. O TTPS se mostrou extremamente eficiente na redução da dureza em toda a extensão da ZAC e Metal Base, tal fato está relacionado com a ductilidade apresentada pelas amostras, percebida através do nível de deformação lateral.
• as amostras Tipo III, apresentaram proporção de área frágil numa faixa de 13% a 21% (Figura 63), com uma energia de impacto média de 108 J para a condição com chanfro em semi V, e de 15% à 34%, com uma energia de impacto média de 95 J para a condição com chanfro em K, sendo possível verificar a ocorrência de deformação lateral significativa e maior energia absorvida quando comparadas às amostras de referência (Tipo I). Todavia não superando os resultados das amostras do tipo II (Figura 62) .
• a avaliação das energias absorvidas pelas amostras das juntas com chanfro em “semi V” ou em “K” nas posições inferior ou superior mostrou resultados que demonstram que a tenacidade da junta não foi significativamente diferente ao longo da espessura para as amostras tratadas termicamente (Tipo II) ou as que originam se da junta soldada com a dupla camada (Tipo III), apresentando valores satisfatórios de tenacidade quando comparados à condição de referência (Tipo I).