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Normalmente, as partes constituintes de uma solda em aços podem ser divididas em zona fundida (ZF), uma região de transição entre a zona fundida e o material de base, uma região de crescimento de grão, uma zona recristalizada, uma zona parcialmente transformada, uma zona temperada, no caso de aços carbono, e o material de base não afetado.

Em um cordão de solda, o metal líquido da poça de fusão em contato com o metal de base não é fortemente superresfriado pois o metal de base foi aquecido até a sua temperatura de fusão pela fonte de calor. Assim a formação de um grande número de grãos não tende a ocorrer e o cordão de solda é constituído predominantemente por um zona colunar (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2011).

Como a formação de novos grãos é muito limitada, o início da solidificação na poça de fusão ocorre principalmente pelo crescimento de grãos do metal de base que estão na linha de fusão assegurando a continuidade metalúrgica entre a zona fundida e a ZTA (crescimento epitaxial), o que pode ser visto na Figura 15.

Figura 15 – Micrografia de região de transição entre ZF e ZTA mostrando a continuidade dos grãos da ZTA na ZF para um aço inoxidável ferrítico, aumento 100X.

Fonte: (WAINER; BRANDI; MELLO, 1992).

As estruturas primárias formadas podem ter aspectos planar, celular, celular-dendrítico e colunar dendrítico em função dos modos de solidificação conforme ilustrado na Figura 16.

Figura 16 – Diagrama esquemático da interface sólido / líquido: (a) crescimento planar; (b) crescimento celular; (c) crescimento celular-dendrítico; e (d) crescimento colunar dendrítico.

(a) (b)

(c) (d) Fonte: Adaptado de (WAINER; BRANDI; MELLO, 1992).

No caso de enchimento do cordão com múltiplos passes, as estruturas inferiores (zona fundida e ZTA) sofrerão as consequências oriundas destas ciclagens térmicas e terão, em algum grau, sua microestrutura alterada formando estruturas secundárias conforme ilustra a Figura 17. Observa-se que o crescimento epitaxial existirá também entre os cordões de solda.

Figura 17 – Ilustração da granulometria encontrada em soldagem com múltiplos passes.

Fonte: Adaptado de (BLONDEAU, 2008)

As características da ZTA dependem, fundamentalmente, do tipo de metal de base, do processo e procedimento de soldagem. No caso de metais não transformáveis no estado recozido, por exemplo, a mudança estrutural mais marcante será o crescimento de grão. Em metais transformáveis, a ZTA será mais complexa apresentando regiões de crescimento de grão, de refino de grão e uma região chamada intercrítica caracterizada pela transformação parcial da estrutura original do metal de base (MARQUES; MODENESI; BRACARENSE, 2011).

2.8.3 Microestrutura de solda de aços Maraging

A microestrutura do cordão de solda (zona fundida) dos aços Maraging, no estado envelhecido, é constituída de poças de austenita, claras (white pools), regiões escurecidas em torno da austenita e a estrutura em forma de matriz de martensita, sendo que as poças de austenita se formam em regiões nas quais os elementos de liga estão segregados e, portanto, causam um abaixamento da temperatura de reversão (LANG; KENYON, 1971).

Durante o processo de soldagem do maraging, a região da solda é fundida e resolidifica sem o controle dos efeitos da segregação. Esta segregação pode gerar regiões enriquecidas em

elementos estabilizadores da fase gama e, consequentemente, aumentar a tendência de formação de austenita revertida em um tratamento térmico de envelhecimento pós soldagem (FANTON, 2013).

A ZTA da solda em passe único dos aços Maraging, pode ser dividida segundo Hall e Slunder (1968) em três regiões. A região mais próxima à linha de fusão contém martensita grosseira, produzida pelo aquecimento a altas temperaturas da região austenítica, onde ocorrem considerável crescimento de grão e posterior resfriamento. A próxima região é uma zona martensítica (mais clara) que foi aquecida até a região austenítica mas não alto suficiente para causar apreciável crescimento de grão. Finalmente, há uma região mais escura, onde o fenômeno de reversão da austenita toma lugar e a quantidade de austenita formada é considerável. Lang e Kenyon (1971) definem esta última região como zona B, onde um pequeno volume de metal é aquecido (593 a 732 oC) na região bifásica (austenita + ferrita), onde ao final do resfriamento se apresenta como região martensítica com uma fina dispersão de austenita revertida, estável, sendo que esta região é também chamada de região acastanhada ou banda escurecida. Kumar et al. (1992) chamam a zona martensítica mais clara de HAZ I, sendo caracterizada como pobre em soluto, e a zona mais escura contendo uma martensita e uma fina distribuição de austenita como HAZ II, sendo caracterizada como rica em soluto.

No Maraging 300, estas duas regiões na ZTA que contém austenita estável e que não responderão completamente ao subsequente tratamento térmico, terão uma queda de 1 a 2 pontos em HRC, no caso da região mais próxima a linha de fusão e, para a região na porção mais externa da ZTA, onde os picos de temperatura durante a soldagem atingiram uma amplitude entre 886 a 922 oC, terão uma queda 2 a 4 pontos em HRC em relação ao material base. Austenita estável pode, na solda, ser diminuída se restringido o aporte (input) de calor e acelerando resfriamento (LINNERT, 1965).

Rack (1978) mostrou que aços maraging 18Ni obedecem a relação Hall-Petch independentemente da condição de tratamento térmico ou conteúdo da liga e que, para granulação grosseira, os aços maraging de alta resistência podem falhar catastroficamente, sendo que a falha envolve propagação de trincas intergranulares.

No caso de reparos em soldas, ocorrem novas ciclagens nestas regiões e que podem ter efeitos característicos distintos em função da temperatura e tipo de reparo e das condições iniciais da junta (espessura, condição de tratamento térmico, etc). Neste aspecto, Ahmed et al. (2012); Kumar et al. (1992); Silva (2014) e Sinha, Arumugham e Nagarajan (1993) apontam o surgimento de novas zonas escurecidas em soldas em aços Maraging, submetidas a reparos,

oriundas das ciclagens térmicas a que estas regiões foram submetidas e que alteraram as características micrográficas e mecânicas.

Goldberg (1968) mostrou que, para o maraging 300, repetidas ciclagens térmicas aumentam a quantidade de austenita retida e a degradação dos valores de envelhecimento.

Observa-se ainda que, a fratura quando ocorre na solda, tende a propagar-se pelos contornos interdendríticos, devido ao acumulo nesses locais de carbonetos e nitretos de Ti e outros compostos que reduzem a tenacidade à fratura das soldas (KNOTH; LANG, 1966).

Nascimento (2004), em pesquisa sobre o comportamento em fadiga do aço ABNT 4130 após retrabalhos, analisou que, além do controle da porosidade, trincas e inclusões induzidas pelo metal de adição, a geometria final do cordão, ou seja, os fatores geométricos são fundamentais como fatores de concentração de tensão e influência no rompimento do CDP. O abaulamento, característico do cordão de solda, deve ser suave, evitando-se concentração de tensão junto a ZTA e envolvem preponderantemente o raio de concordância e o ângulo entre reforço da solda e a ZTA, bem como, a altura e largura do reforço.

2.9 ENVELOPE MOTOR FOGUETE - REQUISITOS DE QUALIDADE DA SOLDA E