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REVISÃO 04 – MARÇO/ 2007

CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM NÍVEL 1

METALÚRGIA / CONTROLE DE DEFORMAÇÃO e METAIS DE BASE (APOSTILA V)

CURSO DE INSPETOR DE SOLDAGEM NÍVEL 1

CAPÍTULO 1 – METALÚRGIA

CAPÍTULO 2 – CONTROLE DE DEFORMAÇÃO CAPÍTULO 3 – METAIS DE BASE

Elaboração: Manuel Saraiva Clara e Claudinei Ferreira

CAPÍTULO 1 METALÚRGIA

2 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

1 INTRODUÇÃO4
2 ESTRUTURAS CRISTALINAS5
2.1 Cúbica de face centrada (CFC)6
2.2 Cúbica de corpo centrado (C)6
2.3 Hexagonal compacta (HC)7
2.4 Tetragonal de corpo centrado (TCC)7
3 ALOTROPIA DO FERRO8
4 LIGAS METÁLICAS – FASES9
4.1 Solução sólida10
4.2 Composto químico1
4.3 Mistura Mecânica12
5 NUCLEAÇÃO12
5.1 Formação e Crescimento de Grão12
5.2 Contorno de grão14
6 IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS E MOVIMENTOS ATÔMICOS14
6.1 Discordâncias15
6.2 Difusão16
7 DIAGRAMA DE FASE16
7.1 Regra da Alavanca24
8 QUADRO RESUMO27
9 DIAGRAMAS FORA DO EQUILÍBRIO27
9.1 Curvas T – tempo, temperatura e transformação27
9.2 Curvas CCT – transformação sob resfriamento contínuo37
10 CONSIDERAÇÕES METALÚRGICAS DURANTE A SOLDAGEM39
1 APORTE TÉRMICO E ENERGIA DE SOLDAGEM42
12 FLUXO DE CALOR4 3
12.1 Ciclo térmico da soldagem43
12.2 Repartição Térmica46
12.3 Fatores de influência46
13 ELABORAÇÃO DA ZONA FUNDIDA47
13.1 Volatilização47
13.2 Reações Químicas48
13.3 Precipitação de compostos de solução sólida e fases pré-fusíveis49
14 SOLIDIFICAÇÃO DA ZONA FUNDIDA50
14.1 Processo de Epitáxia50
14.2 Crescimento Competitivo51
14.3 Técnica Passe Simples e Multi-passe51
15 FISSURAÇÃO52
15.1 Fissuração a frio52
15.2 Fissuração a quente56
15.3 Fissuração Lamelar56
15.4 Fissuração por corrosão sob tensão57
17 ORIGEM DAS TENSÕES RESIDUAIS58
17.1 Analogia das Barras Aquecidas59
17.2 Repartição Térmica60
18 TRATAMENTOS TÉRMICOS60
18.1 Alívio de Tensões60
18.2 Recozimento61
18.3 Normalização61
18.4 Têmpera62
18.5 Revenimento/Revenido63
19 SOLDABILIDADE - PARTICULARIDADES E CARACTERÍSTICAS DOS AÇOS64
19.1 Aços carbono64
19.2 Aços de baixa liga64
19.3 Aços de média liga65
19.4 Aços inoxidáveis6
19.5 Aplicações dos aços inoxidáveis67
19.6 Aços inoxidáveis Austeníticos67
19.7 Aços Inoxidáveis Ferríticos68
19.8 Aços Inoxidáveis Martensíticos69
20 DIAGRAMA DE SCHAEFFLER69
21 REFERÊNCIAS72

3 CETRE- Curso de Inspetor de Soldagem Nível 1

Elaborado por: Prof. Eng. Manuel Saraiva Clara e M. Eng. Claudinei Ferreira Revisão: Prof. Eng. Manuel Saraiva Clara

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1 INTRODUÇÃO

de soldagem

A metalurgia da soldagem estuda o comportamento dos metais durante a soldagem, os efeitos da soldagem sobre a estrutura, sobre as propriedades dos metais e para o desenvolvimento de novas ligas metálicas e/ou para elaborar um melhor procedimento

O estudo da metalurgia física dos metais é de extrema importância uma vez que as propriedades físico-químicas dos metais, e especialmente as propriedades mecânicas e metalúrgicas são sobremaneira influenciadas pela estrutura cristalina e pela estrutura metalográfica.

As estruturas cristalinas são as responsáveis por fenômenos como difusibilidade térmica, coeficiente de expansão térmica, dureza e etc, sendo que, em alguns casos, é possível explicar algumas das propriedades dos materiais através do conhecimento de sua estrutura cristalina.

Todos os metais possuem características que precisam ser consideradas com muito cuidado antes da soldagem, pois se forem desprezadas podemos ter como resultado: trinca, porosidade, e uma solda que não atende aos requisitos de resistência mecânica e descontinuidades aceitáveis, ou num caso mais extremo uma junção de dois ou mais defeitos que tenham como conseqüência a ruptura da junta soldada, quando em serviço.

É importante para o profissional da área de soldagem ter conhecimento, ainda que superficial, do comportamento estrutural e metalúrgico dos metais a serem soldados, e para isto é necessário entender as transformações que ocorrem ao nível atômico e metalográfico em um dado metal, sendo estes fenômenos dependentes de tempo, temperatura e transformação.

Os processos metalúrgicos que ocorrem durante a soldagem são semelhantes aos que ocorrem durante a fabricação da maioria dos produtos siderúrgicos e metálicos, sendo eles:

• Fusão e solidificação; • Acúmulo de tnsões e contração;

• Oxidação, contaminação e purificação – refino;

• Correção do banho metálico através da introdução de elementos de liga que auxiliam as propriedades desejadas;

• Mudanças de temperatura, mudança de fase;

• Desgaseificação, etc.

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Porém, estes processamentos metalúrgicos apresentam uma desvantagem, todos esses fenômenos ocorrem num tempo que varia de alguns segundos a no máximo alguns minutos. Portanto são condições fora do equilíbrio.

Isto nos mostra como é necessário atender às exigências requeridas por um procedimento de soldagem para que se obtenha uma solda de qualidade que atenda aos requisitos dos códigos/normas de projeto.

2 ESTRUTURAS CRISTALINAS

Os metais são sólidos cristalinos, onde seus átomos no estado sólido estão arranjados numa ordem de longo alcance de maneira a formar uma estrutura cristalina. Isto ocorre pois seus átomos se organizam num arranjo espacial repetitivo e que surge de forma progressiva durante o processo de solidificação. Os átomos vibram apenas em torno de suas posições de equilíbrio, posições fixas na rede cristalinas.

No estado líquido os metais não possuem arranjo atômico, porém a medida que a temperatura do metal líquido em dado processo de resfriamento se aproxima do ponto de solidificação vai-se formando um certo arranjo atômico numa ordem de curta distância em que a estrutura apresenta-se bastante similar a do sólido.

Então, o metal começa a solidificar-se e a formar um arranjo atômico específico para aquele metal ou liga metálica, que naquela temperatura e velocidade de resfriamento lhe é peculiar. Esse aspecto será mais detalhado quando do estudo dos diagramas de equilíbrio ou diagramas de fase.

Dessa maneira, a estrutura cristalina é formada através da repetição ou formação periódica de um arranjo de átomos, ainda que distantes uns dos outros - distância interatômica.

As estruturas cristalinas mais comuns e seus respectivos metais estão listados na tabela 1.

Ferro γ Cromo Titânio α Alumínio Ferro α Zinco Chumbo Molibdênio Cobalto α Cobre Tungstênio Cádmio Níquel Tântalo Zircônio Ouro Vanádio Magnésio Platina Titânio -

Cobalto β Niobio -

Tabela 1 – Metais e suas estruturas cristalinas

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O estudo das estruturas cristalinas dos metais é facilitado através da configuração de células unitárias apresentadas em forma do menor paralelepípedo referenciado a 3 eixos coordenados que representam a simetria da estrutura. Os átomos são apresentados como esferas rígidas cujo os centros coincidem com os vértices/faces deste paralelepípedo chamado celula unitária. Alguns átomos podem também ocupar outras posições, também de equilíbrio na rede cristalina.

Entre diversas, as principais estruturas cristalinas para os metais são:

• Cúbica de face centrada (CFC); • Cúbica de corpo centrado (C);

• Hexagonal compacta (HC);

• Tetragonal de corpo centrado (TCC).

2.1 Cúbica de face centrada (CFC)

Na estrutura cristalina cúbica de face centrada, a célula unitária possui formato de um cubo e os átomos estão localizados no centro de cada uma das faces deste cubo (um átomo por face) e um átomo por vértice do cubo (um átomo por vértice), conforme indicado na figura abaixo.

Figura 1 – Estrutura cúbica de face centrada

Possui 4 átomos por célula unitária (1/8 x 8) + (1/2 x 6) = 4. Apresenta o maior número de planos de maior densidade atômica, de tal modo que os metais que apresentam este sistema têm maior tenacidade que os metais do sistema C.

2.2 Cúbica de corpo centrado (C)

Na estrutura cristalina cúbica de corpo centrado, a célula unitária possui formato de um cubo e os átomos estão localizados nos vértices do cubo (um átomo por vértice) e um átomo localizado no centro do cubo, conforme indicado na figura a seguir.

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Figura 2 - Estrutura Cúbica de corpo centrado Possui 2 átomos por célula unitária: (1/8 x 8) + 1 = 2

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