Soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica de um aço TRIP 800 : processo, microestrutura e propriedades

Abstract

Este trabalho teve por objetivo verificar a possibilidade de obtenção de juntas de um aço TRIP 800 através do processo de soldagem a ponto por fricção e mistura mecânica (SPFMM), e relacionar processo, microestruturas e propriedades mecânicas nestas soldas. Além da caracterização microestrutural, ensaios de microdureza e de cisalhamento foram efetuados para entender o comportamento mecânico das juntas. As amostras foram produzidas utilizando-se uma ferramenta de nitreto de boro cúbico (PCBN) e três diferentes velocidades de rotação da ferramenta - 1600, 2000 e 2400 rpm - assim como dois diferentes tempos de mistura (dwell times), 2 e 3s. Após a execução das soldas, devido aos ciclos térmicos e deformações impostas pelo processo, foram observadas três diferentes zonas nas juntas: a zona de mistura (ZM), a zona termomecanicamente afetada (ZTMA), e a zona termicamente afetada (ZTA). Os tamanhos destas zonas variaram de acordo com a condição de soldagem empregada. De um modo geral, eles aumentaram com o aumento da velocidade de rotação, não tendo sido observadas mudanças significativas com o aumento do tempo de mistura. Como o aço TRIP empregado neste estudo possuía uma camada de zinco em sua superfície, após o processo foi observada uma linha contendo zinco na ZM. Foi observado o comportamento do revestimento de zinco em diferentes etapas do processo, até a formação desta linha de zinco. Os ensaios de cisalhamento mostraram que a presença da linha de zinco é o fator de maior importância com relação às propriedades mecânicas, porém a microestrutura também possui influência na etapa final da fratura. Levando estes fatos em consideração, foi proposta a sequência de fratura das amostras durante os ensaios de cisalhamento. As soldas realizadas com velocidade de rotação de 2000 rpm foram as que apresentaram os melhores resultados em cisalhamento, pois nos dois tempos de mistura empregados, a média dos valores de força no ensaio de cisalhamento foi pelo menos igual à mínima recomendada em soldas a ponto por resistência elétrica.

The aim of this work was to verify the feasibility of producing friction stir spot welds of a TRIP 800 steel and correlate process, microstructures and mechanical properties in these joints. In addition to the microstructural characterization, microhardness and lapshear tests were performed in order to understand the mechanical behavior of the joints. The samples were produced using a polycrystalline cubic boron nitrides (PCBN) tool and three different rotational speeds - 1600, 2000 and 2400 rpm - and two different dwell times, 2 and 3s. After the welding, due to the thermal cycles and deformations imposed by the process, three different zones were observed in the joints: the stir zone (SZ), the thermomecanically affected zone (TMAZ), and the heat affected zone (HAZ). The widths of these zones were dependent of the welding condition employed. In a general way, they increased by increasing the rotational speed, and it was not observed a significant change in their widths by increasing the dwell time. The TRIP steel employed in this study had a zinc coating on both surfaces. After the process, it was observed a remnant zinc line in the SZ. It was showed the zinc coating behavior in different steps in the welding process, including the zinc line formation. The lap-shear tests have demonstrated that the zinc line was the factor of major influence regarding the mechanical properties. However the microstructure also played a role at the final of the fracture process. Taking these facts into account, it was also proposed a fracture sequence of the samples during lap-shear tests. The welds produced at tool rotational speed of 2000 rpm have presented the best performance in lap-shear tests, because at the two dwell times employed, the average of the load values observed was at least equal to the minimum recommended for resistance spot welds.