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94 
 
 
Figura 67, observa-se uma descarbonetação devido ao processo de tratamento térmico 
de normalização com um consequente aumento da fase ferrítica. 
 
 
Figura 67 - Análise em MEV e MO da borda do aço 300M, na condição CR. 
 
As Figuras 68 e 69 mostram imagens do material base do aço 300M obtidas por 
meio de microscopia óptica, MEV e EDS. A constituição é basicamente ferrítica-
perlítica. 
 
 
Figura 68 - Análise microestrutural via MO e MEV do meio do MB do aço 300M. 
 
 
Figura 69 - Análise de EDS, referente ao meio do MB do aço 300M, condição CR. 
Elem. W% At% 
C 4.64 18.23 
Si 1.46 2.45 
Cr 1.25 1.14 
Mn 1.29 1.11 
Fe 89.80 75.83 
Ni 1.56 1.26 
 
95 
 
 
 
A Figura 70 mostra a análise por EDS, de um glóbulo branco, presente na 
microestrutura do aço 300M, indicando que este é um composto rico em cromo e 
também mostra traços de vanádio, sendo provavelmente um carboneto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 70 - Análise composicional dos precipitados dispersos na matriz perlitica do aço 300M. 
 
 
5.5.2.2 Material soldado (S) 
 
A Figura 71 revela a sessão transversal do cordão de solda das chapas de aço 300M. 
A soldagem a laser autógena levou a formação de uma ZTA pequena para ambos os 
materiais quando comparadas com outros processos de soldagens convencionais. Pode-
se notar a ocorrência de gradiente térmico, sendo diferenciado pela distância do centro 
da solda até o metal base. Na região central da ZF ocorreu fusão e solidificação rápida, 
apresentando fases frágeis como a martensita, ferrita e austenita retida. Com a passagem 
do feixe, têm-se a ocorrência de austenitização na transição ZF/ZTA, nesta região 
encontramos fases como a martensita e bainita, juntamente com a segregação de 
elementos de ligas. 
Os processos de macro e segregação presentes no cordão e ZTA estão relacionados 
com as correntes convectivas proveniente da fusão e solidificação rápida. Após análises 
de EDS, na horizontal (em x) e na vertical (em y), da transição ZF/ZTA, foi possível 
observar o aumento de elementos tais como o cromo, silício e molibdênio e 
aparecimento de vanádio, as Figuras 72 a 74 mostram alguns desses resultados. 
Com a aproximação da ZTA ao MB encontramos material composto por bainita, 
perlita e carbonetos, contudo na transição ZTA/MB observa-se o aumento de fases 
duras como a cementita e redução da fase ferrítica. 
 
Elem. Weight% Atomic% 
C 4.51 17.73 
Si 1.18 1.99 
S 0.49 0.73 
V 0.21 0.20 
Cr 2.84 2.58 
Mn 2.21 1.90 
Fe 87.12 73.72 
Ni 1.44 1.16 
 
96 
 
 
 
 
Figura 71 - Análise de MO e MEV das transições da ZF, ZTA e MB, do aço 300M. 
 
 
 
Figura 72 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. 
 
 
 
Figura 73 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. 
 
 
Elem W% At% 
C 2.37 10.01 
Si 1.53 2.76 
S 0.13 0.21 
Cr 0.74 0.72 
Mn 0.84 0.78 
Fe 92.84 84.19 
Ni 1.53 1.32 
 
ZTA 
MB 
 ZF 
ZTA 
ZF 
MB 
97 
 
 
 
 
Figura 74 - Análise composicional por EDS da transição ZF/ZTA, do aço 300M. 
 
 
O cordão de solda dos aços 300M, na região fundida, encontra-se martensita, 
conforme mostrado nas Figuras 75 e 76 e a presença de microsegregação nas redes 
dendríticas, conforme Figuras 77 e 78. 
 
 
 
Figura 75 - Início (topo) e região central do CS do aço 300M. 
 
 
A região da ZF é caracterizada pela presença de dendritas equiaxiais (no centro do 
cordão de solda) ou colunares (no topo). 
 
Elem W% At% 
C 2.32 9.82 
Si 1.66 3.00 
Cr 0.59 0.57 
Mn 0.64 0.60 
Fe 92.99 84.46 
Ni 1.80 1.55 
 
98 
 
 
 
Figura 76 - Análise de MEV da formação dendrítica na ZF do aço 300M. 
 
 
 
 
Figura 77 - Análise composicional da ZF do aço 300M. 
 
 
 
 
Figura 78 – EDS da ZF, no aço 300M. 
 
 
 
 
99 
 
 
 
5.5.2.3 Material soldado e revenido (SR) 
 
O aço 300M também foi revenido a 400ºC durante 2 horas no qual com 
microestruturas mostradas nas Figuras 79 a 81, observa-se visualmente o crescimento 
de grãos proveniente da temperatura de tratamento (MUJICA et al., 2010) e presença de 
ferrita em alguns contornos do MB, conforme mostrado na Figura 79. 
 
Figura 79 - Análise do MB e transição ZTA/ZF do aço 300M, após revenimento. 
 
 
Figura 80 - Análise da ZTA e ZF em MO do aço 300M, após revenimento. 
 
 
Figura 81 - Análise da ZTA e ZF em MEV do aço 300M, após revenimento. 
 
Ferrita no 
Contorno 
ZTA 
ZF 
MB 
ZF 
ZTA 
ZF 
ZTA 
ZF 
ZF 
100 
 
 
5.5.2.4 Material soldado nitretado (SN) e soldado, revenido e nitretado (SRN) 
 
A Figura 82 mostra a CN, formada na superfície do aço 300M, após tratamento 
superficial de nitretação a plasma, na qual foi utilizada a temperatura de 500ºC por 3 
horas. Na Figura 83, observa-se o trincamento da superfície do material nitretado, 
evidenciando a ocorrência de baixa tenacidade. 
Durante as análises em MO, foi possível verificar a espessura da camada 
nitretada, que apresentou 3 a 5µm para ambos os materiais, na condição SN. A camada 
difusa apresentou profundidade de 100 a 126µm para o aço 300M e de 109 a 139µm 
para o aço 4340. Na condição SRN a espessura da camada nitretada foi de 5 a 8µm para 
ambos os materiais. A camada difusa apresentou profundidade de 86 a 111µm para o 
aço 300M e de 87 a 119µm para o aço 4340. 
 
 
Figura 82 - Análise em MEV e MO da CN e CD, do aço 300M, soldado e nitretado. 
 
Nos estudos de Nicolett (1996) observou-se a precipitação de nitretos e a difusão de 
nitrogênio na superfície do aço, no caso do aço 300M a precipitação e difusão causaram 
trincamento no material, esta fragilização também pode ser proveniente da precipitação 
de segunda fase em função da temperatura escolhida. Os ensaios de tração e análise 
microestrutural corroboram a observação de que este tratamento superficial de 
nitretação a plasma, com a temperatura de 500º C, não é ideal para o aço 300M. 
 
CN 
101 
 
 
 
 
Figura 83 - Análise em MO da CD do aço 300M, na condição SRN. 
 
 
5.5.2.5 Caracterização da austenita retida 
 
Foram feitos ataques químicos, Klenn e Metabissulfito no aço 300M, com intuito 
de revelar a austenita no material. As Figuras 84 e 85 mostram alguns pontos brancos na 
transição ZF/ZTA e na ZF, revelando a presença de austenita retida e/ou 
microconstituinte MA (BHADESHIA, 2001). Ao compararmos os dois materiais 
observou-se, na transição ZF/ZTA do aço 300M, o aumento da fração volumétrica (5%) 
da fase austenítica em função da maior quantidade de silício presente nesta região. A ZF 
apresentou uma queda na fração volumétrica de austenita retida (1,6% em média). 
 
 
 
Figura 84 - Ataque Klenn da ZF e transição ZF/ZTA do aço 300M, respectivamente. 
 
 
 
ZF/ZTA 
ZF 
102 
 
 
 
Figura 85 - Ataque com metabissulfito 10%, na ZF e transição ZF/ZTA, do aço 300M. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ZF/ZTA 
ZF 
103 
 
 
 
6 CONCLUSÕES 
 
Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que: 
Os aços SAE 4340 e 300M na condição CR apresentam microestrutura típica 
dos aços com médio teor de carbono, sendo que no aço 300M verificou-se a presença de 
precipitados provenientes da adição de elementos químicos, o que conferiu ao aço 
300M maiores limites de escoamento e resistência à tração, maior dureza e menor 
ductilidade medida pelo alongamento, quando comparado ao aço 4340. 
A soldagem a laser autógena dos aços (condição S) leva à fusão (ZF) e ao 
tratamento térmico local (ZTA) do material. Na ZF, ocorreram fusão e solidificação 
rápida, apresentando fases frágeis como a martensita. Na ZTA ocorreu a austenitização 
e com a troca de calor, a matriz apresentou-se predominantemente multifásica. Nos 
ensaios de tração observou-se que os cdps romperam no MB e os resultados foram 
superiores à condição CR. Na ZF e ZTA observou-se o aumento da dureza, sendo que o 
aço 300M apresentou valores superioresao aço 4340. O ganho adicional que apareceu 
no aço 300M, com relação ao aço 4340, pode ser justificado pela composição química, 
que favoreceu a formação de carbonetos e precipitados de Cromo, Vanádio e 
Molibdênio. Na condição SR observou-se queda de dureza na ZF, mostrando que 
ocorreu alívio de tensão local, sendo que a ZTA e ZF mostraram resultados com valores 
próximos. 
As propriedades mecânicas em tração da condição SR foram próximas à 
condição S para o aço 300M; já o aço 4340 na condição SR apresentou melhoria das 
propriedades mecânicas, indicando que o revenimento melhorou a microestrutura do 
MB deste aço. 
Na condição SN os aços 4340 e 300M apresentaram aumento de dureza próximo 
às superfícies, onde foram observadas as camadas nitretada e difusa. Após a nitretação, 
o aço 4340 apresentou aumento na resistência mecânica sem perda significativa de 
ductilidade. Quando revenido e nitretado após a soldagem, o aço 4340 apresentou 
resistência mecânica ligeiramente inferior à do material apenas soldado e nitretado, 
mostrando ser desnecessário o tratamento de revenimento antes da nitretação. A 
nitretação do aço 300M, com a temperatura e tempo escolhidos, levou à fragilização do 
material em ambas as condições (SN e SRN), resultando em uma piora significativa das 
104 
 
 
propriedades mecânicas, o que indica que os parâmetros de nitretação para este aço 
devem ser revistos. 
O trabalho mostrou que a solda a laser dos aços 300M e 4340 é viável, com a 
manutenção das propriedades de tração em níveis elevados. Com esta finalidade os 
parâmetros da aplicação da solda a laser e da aplicação de tratamentos térmicos ou 
termoquímicos é de fundamental importância. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
105 
 
 
 
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 
 
• Comparar a vida em fadiga dos aços 4340 e 300M após soldagem a laser 
(autógena), com posteriores tratamentos, térmico e de superfície a plasma e a 
laser CO2. 
• Estudo do aço 300M, após soldagem a laser e tratamentos, térmico e 
termoquímico, visando encontrar temperatura ideal para tratamento 
termoquímico de nitretação a plasma. 
• Comparação dos tratamentos de superfície a plasma e a laser CO2 dos aços SAE 
4340 e 300M. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
106 
 
 
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