EMD11001_pt2

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69 
 
 
 
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
5.1 SOLDAGEM 
 
Para realizar as análises da qualidade das soldas, foram obtidas micrografias das 
seções transversais dos cordões de solda. Nas Figuras 27 e 28 pode ser observada a raiz 
do cordão de solda, os parâmetros escolhidos (velocidade e potência) não foram os 
ideais para a espessura das chapas estudadas (dados provenientes de trabalho anterior) 
(CARVALHO, 2009), apresentando cordão sem penetração total para os dois aços, 
sendo necessária a retífica do material para reduzir a espessura dos cdps para 3 mm. 
A presença de defeitos, tais como porosidades nos cordões de solda, eram 
esperados, pois os parâmetros escolhidos não foram os ideais. As porosidades grosseiras 
nos centros dos cordões como aquelas observadas na Figura 29, podem ser originárias 
do processo de desgaseificação ou do desabamento do keyhole. Por outro lado, as 
porosidades mais finas e dispersas no cordão de solda, advêm da desgaseificação do 
material de base fundido além de contaminações superficiais (CARVALHO, 2009). 
Outro fator a ser considerado é que as chapas foram soldadas por penetração em regime 
contínuo, contudo algumas chapas apresentavam leve curvatura, levando a obtenção de 
cordões com características mistas de soldagem por condução e penetração em algumas 
amostras. A ZTA apresentou valores de largura próximas, para ambos os aços, 
conforme visto nas Figuras 23 e 24. Os cordões de solda (CS) apresentaram 
profundidade próximas para ambos os materiais. Lembrando que as chapas de aço 4340 
eram mais espessas e foram soldadas com maior potência, quando comparadas às 
chapas de aço 300M. 
 
 
Figura 27: Seções transversais das soldas do aço 4340 com V= 50 mm/s e P= 1600 W. 
70 
 
 
 
Figura 28 - Micrografias das seções transversais das soldas referentes ao aço 300M com V= 50 mm/s e 
P= 1400 W, cordão sem penetração total. 
 
 
 
 
 
Figura 29 - As amostras retiradas do cordão de solda com presença de porosidades e vazios nos aços 4340 
(A e B) e 300M (C e D) respectivamente. 
 
5.2 ENSAIOS DE MICRODUREZA VICKERS 
 
Foram realizados os ensaios de dureza Vickers por microindentação em amostras 
de aços SAE 4340 e 300M, visando determinar a variação da dureza ao longo da ZF, da 
ZTA e do MB, bem como das camadas nitretada (CN) e difusa (CD) nas amostras 
A B 
C D 
71 
 
 
 
submetidas ao tratamento de superfície. Os perfis de dureza foram levantados na direção 
da espessura da chapa (transversal) e na direção longitudinal do cordão de solda 
conforme mostrado na Figura 30. 
 
 
 
Figura 30 - Medidas de dureza Vickers. 
 
Os resultados das medições de dureza Vickers realizadas em amostras nas 
condições S, SR, SN e SRN estão apresentados nas Figuras 31 a 34, respectivamente. 
No eixo Y encontram-se os valores de dureza em HV e no eixo X verificam-se às 
indentações. Cada ponto (indentação) foi marcado com uma distância de 140µm um do 
outro, para o aço 4340 e 120µm para o aço 300M. Nestes resultados, verificam-se o 
aumento da dureza na ZF e ZTA promovido pela precipitação de fases endurecedoras. 
Pode-se relacionar a maior dureza do aço 300M com a adição de elementos liga que 
favorecem a precipitação de carbonetos no MB e o surgimento de fases mais resistentes 
no cordão de solda. 
 
 
 
 
72 
 
 
0 5 10 15 20 25 30
200
300
400
500
600
700
800
MB
ZF
ZTA
Dureza Transversal CDPs Soldados 
M
ic
ro
du
re
za
 (
H
V
)
Pontos
 300M
 4340
 
0 5 10 15 20 25
200
300
400
500
600
700
800
MB
ZTA
MB
ZTA
ZF
Dureza Longitudinal CDPs Soldados
M
ic
ro
du
re
za
 H
V
Pontos
 300M
 4340
 
Figura 31 - Microdureza vickers no cordão, na direção transversal e longitudinal, dos aços 300M e 4340. 
 
Nas análises microestruturais pôde ser abservada a descarbonetação nas bordas de 
ambos os aços estudados. Nestes locais os resultados de dureza para a condição S foram 
de 295 ± 9 HV para os aços 300M e 218 ± 33 HV para os aços 4340, enquanto que no 
bulk os valores encontrados foram 327 ± 22 HV para o aço 300M e 224 ± 28 HV para o 
aço 4340 no MB. No cordão de solda foi possível observar maior profundidade e 
espessura da ZF e ZTA para os aços 300M, com dureza de 638 ± 9 HV na ZTA e 719 ± 
53 HV na ZF do aço 300M e 496 ± 68 HV na ZTA e 621 ± 47 HV na ZF do aço 4340. 
Na transição MB/ZTA foram obtidos os resultados 456 ± 31 HV e 387 ± 40 HV e na 
transição ZTA/ZF foram encontradas durezas de 709 ± 54 HV e 625 ± 34 HV para os 
aços 300M e 4340 respectivamente. 
 
73 
 
 
 
0 5 10 15 20 25 30 35 40
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
ZTA ZFMB
Dureza Transversal CDPs Soldados e Revenidos 
M
oc
ro
du
re
za
 H
V
Pontos
 300M
 4340
 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
200
250
300
350
400
450
500
550
600
MB ZTA MB
ZTA
ZF
Dureza Longitudinal CDPs Soldados Revenidos
M
ic
ro
du
re
za
 H
V
Pontos
 300M
 4340
 
Figura 32 - Microdureza vickers no cordão após revenimento, na direção transversal e longitudinal, dos 
aços 300M e 4340. 
 
Para os materiais na condição SR, os resultados de dureza nas bordas foram de 296 
± 12 HV para os aços 300M e 231 ± 8 HV para os aços 4340. No MB encontramos 331 
± 15 HV para o aço 300M e 241 ± 47 HV para o aço 4340. No cordão foi possível 
observar maior profundidade e espessura da ZF e ZTA para os aços 300M, com dureza 
de 471 ± 14 HV na ZTA e 544 ± 67 HV na ZF do aço 300M e 472 ± 27 HV na ZTA e 
452 ± 87 HV na ZF do aço 4340. Na transição MB/ZTA foram obtidas 407 ± 43 HV e 
389 ± 49 HV e na transição ZTA/ZF foram encontradas durezas de 506 ± 13 HV e 483 
± 23 HV para os aços 300M e 4340 respectivamente. 
74 
 
 
 
0 5 10 15 20 25 30 35
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
ZF
MB
ZTA
ZTA
Dureza Transversal CDPs Soldados Nitretados
M
ic
ro
du
re
za
 (
H
V
)
Pontos
 300M
 4340 
 
0 5 10 15 20 25
200
250
300
350
400
450
500
550
MB MB
ZTAZTA
ZF
Dureza Longitudinal CDPs Soldados Nitretados
M
ic
ro
du
re
za
 H
V
Pontos
 300M
 4340
 
Figura 33 - Microdureza vickers no cordão, após tratamento superficial de nitretação a plasma, nas 
direções transversal e longitudinal dos aços 300M e 4340. 
 
Os resultados de dureza nas bordas das amostras na condição SN foram de 446 ± 
135 HV para os aços 300M e 409 ± 40 HV para os aços 4340. A camada nitretada (CN) 
apresentou dureza 758 HV para o 300M e 619 HV para o 4340. No MB da condição SN 
foram obtidas as durezas de 334 ± 15 HV para o aço 300M e 228 ± 21 para o aço 4340. 
No cordão foi possível observar dureza de 490 e 550 na ZTA do aço 4340 e 300M, 
respectivamente. 
 
75 
 
 
 
0 5 10 15 20 25 30 35 40
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
ZF
MB
ZTA
ZTA
Dureza Transversal CDPs Soldados Revenidos Nitretados
M
ic
ro
du
re
za
 (
H
V
)
Pontos
 300M
 4340
 
0 5 10 15 20 25
150
200
250
300
350
400
450
500
MB MBZTA
ZTA ZF
Pontos
Dureza Longitudinal CDPs Soldados Revenidos Nitretados
M
ic
ro
du
re
za
 H
V
 300M
 4340
 
Figura 34 - Microdureza vickers após revenimento e nitretação a plasma, nas direções transversal e 
longitudinal, dos aços 300M e 4340. 
 
A dureza nas bordas das amostras SRN foi de 582 ± 41 HV para o aço 300M e 336 
± 42H V para o aço 4340. A camada nitretada apresentou dureza 553 HV para o 300M e 
577 HV para o 4340. No MB foram obtidas as durezas de 286 ± 20 HV para o aço 
300M e 218 ± 17 para o aço 4340. No cordão foi possível observar dureza de 457 ± 20 
na ZTA e 442 ± 25 na ZF do aço 300M e 350 ± 25 na ZTA e 386 ± 23 na ZF do aço 
4340. 
76 
 
 
Os dois aços, nas condições SN e SRN, apresentaram um pico de dureza na 
transição ZF/ZTA quando comparados com a ZF e ZTA das condições S e SR. Isto 
pode ser proveniente de precipitação secundária ocorrida em função da temperatura de 
nitretação de 500ºC, que favorece este fenômeno, ou ser proveniente das segregações 
(correntes convectivas) e microsegregações(processo de solidificação) provenientes da 
soldagem a laser. 
 
5.3 ENSAIOS MECÂNICOS DE TRAÇÃO 
 
Por meio do ensaio de tração, foram avaliados: o limite de resistência (σt), limite de 
escoamento (σe), tensão de ruptura (σr) e alongamento percentual (∆L/L) de cdps dos aços 
estudados nas seguintes condições: conforme recebido (CR), material contendo cordão de 
solda (S), material soldado e revenido (SR), material soldado nitretado (SN) e material com 
cordão de solda submetido a tratamento térmico posterior de revenimento e nitretado a 
plasma (SRN). As Figuras 38 a 40 mostram as curvas obtidas nos ensaios de tração para as 
condições CR, S e SR, respectivamente. As curvas tensão-deformação tiveram 
comportamentos distintos para os aços estudados. Observa-se que o aço 300M possui 
maiores resistência à tração e limite de escoamento, e menor alongamento, quando 
comparado com o aço SAE 4340. Enquanto que o aço 4340 (CR) mostrou nítido patamar 
de escoamento, o aço 300M (CR) apresentou um encruamento contínuo, sem um limite 
elástico bem definido. 
Esses comportamentos se mantiveram para os cdps na condição S (ver Figura 35). 
Deve ser salientado que, devido à largura reduzida dos cordões de solda e ZTA, os 
resultados referentes à condição S reproduzem basicamente o comportamento do metal de 
base (condição CR), visto que a estricção e ruptura dos cdps (com exceção de um ensaio) 
deu-se em pontos afastados do cordão de solda. Na Figura 36, observa-se que em uma das 
curvas tensão-deformação do aço 300M (condição S) a fratura ocorreu durante a fase de 
encruamento (antes da estricção). Esta curva refere-se ao cdp que rompeu no cordão de 
solda. 
Para a condição SR (ver Figura 37), verificou-se um aumento na deformação 
plástica localizada, no qual foi possível observar a formação de serrilhado na transição da 
deformação elástica para a deformação plástica do aço 4340 e uma distinção clara entre a 
região elástica e de encruamento para o aço 300M. As dimensões reduzidas do cordão de 
77 
 
 
 
solda também foram responsáveis pelo fato de a ductilidade medida pelo alongamento não 
ter sido afetada significativamente para as condições S e SR, em relação à condição CR. 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
0
200
400
600
800
1000
1200
T
en
sa
o(
M
P
a)
Deformaçao (mm/mm)
 300M Conf. Recebido
 4340 Conf. Recebido
 
Figura 35 - Resultados dos ensaios de tração para os materiais, condição CR. 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
0
200
400
600
800
1000
1200
T
en
sa
o(
M
P
a)
Deformaçao (mm/mm)
4340 Soldado
300M Soldado
 
Figura 36 - Resultados dos ensaios de tração para os materiais, condição S. 
78 
 
 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
0
200
400
600
800
1000
1200
T
en
sa
o 
(M
P
a)
Deformaçao (mm/mm)
 300M Revenido
 4340 Revenido
 
Figura 37 - Resultados dos ensaios de tração para os materiais, condição SR. 
As Figuras 38 e 39 mostram as curvas tensão-deformação obtidas para os aços nas 
condições SN e SRN. Enquanto que o aço 4340 (SN) mostrou nítido patamar de 
escoamento com possível deformação plástica localizada, o aço 300M (SN) apresentou um 
encruamento contínuo, sem um limite elástico bem definido. Esses comportamentos se 
mantiveram para os materiais na condição SRN. Verificou-se que, comparado às condições 
que não sofreram nitretação, o aço 300M (SN e SRN) apresentou uma notável queda na 
ductilidade, e as correspondentes curvas tensão-deformação (Figuras 38 e 39) indicam que 
a fratura ocorreu ainda durante o estágio de encruamento, resultando em menor resistência 
à tração e menor resistência à ruptura, demonstrando que o processo de nitretação com os 
parâmetros escolhidos levou a uma fragilização deste aço. Já o aço 4340 mostrou aumento 
na resistência à tração, à ruptura e menor alongamento em relação à condição CR, o que foi 
associado a uma melhoria nas propriedades mecânicas com pouca queda na ductilidade. 
79 
 
 
 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
0
200
400
600
800
1000
1200
T
en
sa
o 
(M
P
a)
Deformaçao (mm/mm)
 4340 Nitretado
 300M Nitretado
 
Figura 38 - Resultados dos ensaios de tração para os materiais, condição SN. 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
0
200
400
600
800
1000
1200
T
en
sa
o 
(M
P
a)
Deformaçao (mm/mm)
 300M Revenido Nitretado
 4340 Revenido Nitretado
 
Figura 39 - Resultados dos ensaios de tração para os materiais, condição SRN. 
 
A Tabela 3 sintetiza os resultados dos ensaios de tração e mostra a ocorrência de 
ganhos de resistência mecânica do aço SAE 4340 nas condições S e SR em relação à 
condição CR, sem perda da ductilidade. No caso do aço 300M, esse ganho se refletiu 
apenas em σr e não houve aumento significativo de σt e σe. 
80 
 
 
Os resultados dos ensaios de tração estão relacionados com as características 
microestruturais apresentadas na ZF e ZTA, que passaram por transformações com a 
nucleação de fases duras (bainita e martensita) e algum refino de grão. Essa sinergia 
microestrutural aumentou a resistência mecânica no cordão de solda e ZTA. 
No aço 4340 SN, a nitretação manteve a resistência do material soldado com ou sem o 
tratamento de revenimento, observando apenas uma redução nos níveis de ductilidade com 
a queda dos valores de ∆L/L. Já os aços 300M, após tratamento de nitretação a plasma (SN 
e SRN), apresentam queda em σt e σe e redução crítica nos níveis de ∆L/L. A baixa 
ductilidade indica que ocorreu fragilização, sendo que as possíveis causas para esse 
fenômeno estão associadas a dois eventos: 
 
1. Precipitação secundária em contornos de grãos, sendo proveniente da temperatura 
de nitretação (500ºC); 
2. Formações de microtrincas na superfície do aço, conforme visto na caracterização 
do material. 
 
Tabela 3 - Resultados dos ensaios mecânicos de tração (média de 3 ensaios). 
Aço 4340 
Condições CR S SR SN SRN 
σt 687 ± 11 718 ± 9 736 ± 14 745 ± 20 714 ± 28 
σe 405 ± 3 418 ± 2 419 ± 3 472 ± 10 454 ± 15 
σr 562 ± 11 593 ± 21 621 ± 14 652 ± 39 609 ± 8 
∆L/L(%) 21 ± 2 21 ± 0,8 22 ± 0,5 17 ± 1 17 ± 1 
Aço 300M 
Condições CR S SR SN SRN 
σt 940 ± 26 974 ± 53 974 ± 10 815 ± 29 839 ± 18 
σe 752 ± 30 788 ± 40 765 ± 33 723 ± 23 705 ± 20 
σr 840 ± 28 945 ± 41 870 ± 3 815 ± 29 839 ± 18 
∆L/L(%) 11 ± 1,1 8,4 ± 0 12 ± 1 2 ± 0,1 3 ± 0,4 
 
 
5.4 ANÁLISE FRACTOGRÁFICA 
 
5.4.1 Aço 4340 
 
Macroscopicamente é possível observar alguns aspectos de ductilidade, como 
redução de área, linhas de deformação e irregularidades na superfície de fratura. A 
81 
 
 
 
Figura 40 mostra a superfície de fratura de um cdp de tração do aço SAE 4340 na 
condição S, lembrando que o material rompeu no MB. 
 
 
Figura 40 - Imagem da superfície de fratura (a) e região central (b) do aço 4340, na condição S. 
 
 
Microscopicamente observa-se na Figura 41, a predominância de alvéolos (dimples) 
com raras facetas de clivagem. Essas pequenas cavidades ou alvéolos são formadas no 
processo de deformação plástica, associado à movimentação de discordâncias, levando 
a uma superfície de fratura predominantemente transgranular. 
 
 
Figura 41 - Aço 4340, ensaiado uniaxialmente por tração, na condição S. 
 
 
As Figuras 42 e 43 mostram as superfícies de fratura de cdps de tração do aço SAE 
4340 nas condições SN e SRN, respectivamente. Macroscopicamente observa-se, em 
ambas as condições (Figuras 45a e 46a), uma baixa redução de área, indicando a menor 
ductilidade dessas condições em relação às demais. A Figura 46a mostra ainda o 
rompimento em forma de degrau na lateral esquerda, demonstrando a influência da 
82 
 
 
camada difusa (CD). Microscopicamente (Figuras 42b e 43b) tem-se fratura mista para 
ambas as condições, combinando micromecanismos de fratura frágil (clivagem) e dúctil 
(alvéolos). Nota-se também a presença de trincas. 
 
 
 (a) (b)Figura 42 - Imagem da superfície de fratura (a) e região central (b) do aço 4340, na condição SN. 
 
 
 
 
 (a) (b) 
 
Figura 43 - Imagem da superfície de fratura (a) e região central (b) do aço 4340, na condição SRN 
 
 
 
5.4.2 Aço 300M 
 
A análise macroscópica, a Figura 44a mostra para o aço 300M na condição SR uma 
superfície de fratura sem redução de área, e a análise microscópica (Figura 44b), essa 
superfície apresenta características de fratura frágil com predominância de facetas de 
clivagem e trincas secundárias intergranulares. 
83 
 
 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 44 - Imagem da superfície de fratura (a) e região central (b) do aço 300M na condição SR. 
 
O material na condição SN, após ensaio de tração, apresenta fratura com 
característica frágil, em que não se observa redução de área (Figura 45a) e com 
predominância de facetas de clivagem e trincas inter e intragranulares (Figura 45b). 
 
 
Figura 45 - Análise da superfície de fraturada do aço 300M, na condição SN. 
 
Corpos-de-prova do aço 300M nas condições S e SN apresentaram fratura no 
cordão de solda, em que se percebem regiões distintas de fratura, conforme indicado nas 
Figuras 46a e 47a. Na parte inferior dessas figuras, que corresponde ao topo do cordão 
de solda, a fratura encontra-se com aspecto fibroso, mostrando a direção de retirada de 
calor onde se pode ter maior efeito de segregação (última região a se solidificar). Na 
parte superior das Figuras 49a e 50a, observa-se uma concentração de defeitos de 
soldagem (raiz do cordão) indicados por setas verdes. Sendo pontos concentradores de 
84 
 
 
tensão, esses defeitos colaboram para aumentar a fragilidade do aço. Na região central 
de ambas as superfícies (Figuras 46b e 47b) tem-se fratura mista com maior intensidade 
de micromecanismo frágil (clivagem e trincas transgranulares) e com pouca presença de 
alvéolos (dimples). Observa-se também na Figura 50b uma trinca, onde foi verificado 
que esta percorreu grande parte da superfície de fratura. 
 
 
 
(a) (b) 
 
 
Figura 46 - Imagem da superfície de fratura na solda (a) e região central (b) do aço 300M, na condição S, 
no qual encontramos defeitos de soldagem (seta verde). 
 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 47 - O aço 300M nitretado, rompeu na solda, no qual foram encontrados defeitos de soldagem (a) 
e trincamento (b) no meio da superfície analisada.