Caracterização microestrutural das juntas soldadas por resistência em ligas metálicas amorfas à base de Zr
Resumo
Algumas ligas metálicas quando solidificados a taxas de resfriamento críticas apresentam estrutura amorfa, ao contrário dos metais tradicionais, cuja estrutura é cristalina. As primeira ligas metálicas amorfas desenvolvidas possuíam espessura micrométrica, uma vez que necessitavam de taxas de resfriamento superiores a 105 K/s. Com o avanço das pesquisas foram desenvolvidas ligas com maior tendência a formação vítrea e assim puderam ser produzidos os vidros metálicos maciços (VMM), cujas espessuras amorfas são superiores a 1 mm. Atualmente, esses materiais tem aplicações estruturais, eletrônicas, médicas e nas indústrias aeroespacial e de defesa. Entretanto, ainda existem limitações para seu uso, uma delas é sua baixa soldabilidade. Em geral, na soldagem dos VMM a resistência mecânica da junta é prejudicada pela formação de cristais decorrente do aporte térmico. Dessa forma, para a expansão da aplicação dos VMM, a liga comercial Vitreloy® 105 foi escolhida como foco do estudo da influência dos parâmetros de soldagem na microestrutura de suas juntas soldadas. A soldagem foi feita em uma máquina de soldagem de topo por resistência, também comercial. Como técnicas de caracterização microestrutural foram utilizadas a difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão aliadas à técnica de dispersão de energia por raios-X. Sendo que foram identificados quatro tipos de microestruturas de acordo com a densidade de corrente aplicada na soldagem, indicando a sequência de cristalização da junta. Na cristalização a primeira fase a ser formada é uma fase tetragonal polimórfica com a matriz, em seguida uma fase de Laves do tipo C14 composta por todos elementos da liga é formada. Com o aumento do aporte térmico a junta se torna totalmente cristalina e além das fases já citadas também se forma uma fase de Laves do tipo C16 e uma fase não identificada. As juntas também tiveram sua união metalúrgica avaliada por meio de ensaios de flexão seguidos pela sua análise fractográfica. A união foi completa apenas nos casos em que houve fusão das juntas, entretanto, nesses casos a junta se tornou bastante frágil e totalmente cristalina. Nos casos em que a cristalização foi apenas parcial não houve expulsão efetiva da camada oxidada da interface, assim, a união foi impedida em uma grande área. Também foi possível observar pela superfície de fratura que ocorreu má distribuição do calor na soldagem. Portanto, como pontos críticos para a melhoria da união metalúrgica tem-se o aumento da pressão de recalque e distribuição uniforme de temperatura ao longo da junta.
Some metal alloys when solidified at critical cooling rates have an amorphous structure, unlike traditional metals whose structure is crystalline. The first amorphous metal alloys developed had micrometer thickness, as they required cooling rates higher than 105 K/s. With the advancement of the research, alloys with greater tendency to glass formation were developed and thus the bulk metallic glasses (BMG), whose amorphous thickness is greater than 1 mm, could be produced. These materials currently have structural, electronic, medical, and aerospace and defense applications. However, there are still limitations to its use, one of them being its low weldability. In BMG welding, the mechanical strength of the joint is impaired by the formation of crystals due to the thermal input. Thus, for the expansion of the application of VMM, the commercial alloy Vitreloy® 105 was chosen as the focus of the study of the influence of welding parameters on the microstructure of their welded joints. The welding was done on a commercial butt resistance welding machine. The microstructural characterization techniques used were X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy. Four types of microstructures were identified according to the current density applied in welding, indicating the joint crystallization sequence. In crystallization the first phase to be formed is a tetragonal phase polymorphic with the matrix, then a C14-type Laves phase composed of all alloying elements is formed. With the increase of the thermal input the joint becomes totally crystalline and besides the already mentioned phases also forms a C16 Laves phase and an unidentified phase. The joints also had their metallurgical bonding evaluated by bending tests followed by their fractographic analysis. The union was complete only in cases where joints were melted, however, in these cases the joint became quite brittle and completely crystalline. In cases where the crystallization was only partial there was no effective expulsion of the oxidized interface layer, thus, the union was prevented in a large area. It was also possible to observe from the fracture surface that bad heat distribution occurred during welding. Therefore, as critical points for the improvement of the metallurgical union are the increase of the pressure of compression, during the welding, and uniform distribution of temperature along the joint.