Tendo em vista a tendência mundial de se buscar a diminuição de peso de estruturas metálicas de veículos, o desenvolvimento de aços de resistência mecânica superior apresenta-se como um importante fator para a competitividade e sustentabilidade da indústria brasileira, além da segurança do usuário. No setor automobilístico, as reduções no peso e no consumo de combustível requerem não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união entre os aços austeníticos inovadores de alta liga e baixo custo (TRIP) e aços ferríticos comerciais (ARBL). Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas microestruturais, antes e após o processo de soldagem TIG, dos aços TRIP e ARBL utilizados pela indústria automotiva. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis estruturas e modificações nas propriedades das juntas soldadas de acordo com parâmetros de soldagem pré-determinados. Primeiramente, verificaram-se as extensões da zona termicamente afetada dos corpos de prova soldados. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa de dureza na zona termicamente afetada do aço de efeito TRIP, enquanto que para o aço ARBL observa-se um considerável aumento. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração realizados permitiram a obtenção dos níveis de resistência mecânica das juntas soldadas. Através dos ensaios de microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica foi possível observar a influência do aporte térmico na zona termicamente afetada do aço ARBL. A análise de EDX nas juntas dissimilares permitiu observar a presença de zonas parcialmente diluídas na zona fundida do lado do metal de base ARBL, a caracterização da composição química nas interfaces entre os metais de base e o metal de solda e prever a microestrutura destas regiões. As fases presentes nos metais de base e na zona fundida foram caracterizadas também pela difração de raios x. Por meio da estereologia quantitativa caracterizou-se as fases presentes na zona fundida e determinou-se suas proporções em função do aporte térmico. / In view of the global trend of searching for the weight reduction of metal frames in vehicles, the development of superior mechanical resistance steels presents itself as an important factor for the competitiveness and sustainability of the Brazilian industry, as well as to user safety. In the automotive industry, the reductions in vehicle weight and fuel consumption not only require research of new types of steel but also the use of hybrid components, which result, amongst other things, between the union of austenitic innovative high alloy and low cost (TRIP) with commercial ferritic steels (HSLA). This dissertation analyses the microstructural mechanical properties before and after the TIG welding process, the TRIP steel, and HSLA used by the automotive industry. The main objective of this study was to evaluate possible phase changes in steel structures and transformation in the properties of the welded joints according to pre-determined welding parameters by analyzing extensions of the heat-affected and melted zones of welded specimens. The micro hardness profiles showed no significant changes in hardness in the heat affected HSLA steel, while the TRIP steel showed considerable increase. Additionally, the yield point determined by the traction tests performed, allowed the obtainment of the mechanical resistance levels of the welded joints. Through the tests of scanning electron and optical microscopy was observed the influence of heat input on heat affected zone of HSLA steel. EDX analysis allowed us to observe the presence of molten zones partially diluted in the side of the base metal HSLA, characterization of the chemical composition at the interface of the base metal and weld metal and predicting the microstructure in these regions. The phases present in the base metal and weld zone were characterized too by x-ray diffraction. By quantitative stereology characterized by the phases present in the weld zone and their proportions were determined as a function of heat input.

Tendo em vista a tendência mundial de se buscar a diminuição de peso de estruturas metálicas de veículos, o desenvolvimento de aços de resistência mecânica superior apresenta-se como um importante fator para a competitividade e sustentabilidade da indústria brasileira, além da segurança do usuário. No setor automobilístico, as reduções no peso e no consumo de combustível requerem não somente a pesquisa de novos aços, mas também a utilização de componentes híbridos, resultantes, entre outros, da união entre os aços austeníticos inovadores de alta liga e baixo custo (TRIP) e aços ferríticos comerciais (ARBL). Na presente dissertação foram investigadas as propriedades mecânicas microestruturais, antes e após o processo de soldagem TIG, dos aços TRIP e ARBL utilizados pela indústria automotiva. O principal objetivo do trabalho foi avaliar possíveis estruturas e modificações nas propriedades das juntas soldadas de acordo com parâmetros de soldagem pré-determinados. Primeiramente, verificaram-se as extensões da zona termicamente afetada dos corpos de prova soldados. Os perfis de microdureza indicaram que não houve uma alteração significativa de dureza na zona termicamente afetada do aço de efeito TRIP, enquanto que para o aço ARBL observa-se um considerável aumento. Os limites de escoamento determinados pelos ensaios de tração realizados permitiram a obtenção dos níveis de resistência mecânica das juntas soldadas. Através dos ensaios de microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica foi possível observar a influência do aporte térmico na zona termicamente afetada do aço ARBL. A análise de EDX nas juntas dissimilares permitiu observar a presença de zonas parcialmente diluídas na zona fundida do lado do metal de base ARBL, a caracterização da composição química nas interfaces entre os metais de base e o metal de solda e prever a microestrutura destas regiões. As fases presentes nos metais de base e na zona fundida foram caracterizadas também pela difração de raios x. Por meio da estereologia quantitativa caracterizou-se as fases presentes na zona fundida e determinou-se suas proporções em função do aporte térmico. / In view of the global trend of searching for the weight reduction of metal frames in vehicles, the development of superior mechanical resistance steels presents itself as an important factor for the competitiveness and sustainability of the Brazilian industry, as well as to user safety. In the automotive industry, the reductions in vehicle weight and fuel consumption not only require research of new types of steel but also the use of hybrid components, which result, amongst other things, between the union of austenitic innovative high alloy and low cost (TRIP) with commercial ferritic steels (HSLA). This dissertation analyses the microstructural mechanical properties before and after the TIG welding process, the TRIP steel, and HSLA used by the automotive industry. The main objective of this study was to evaluate possible phase changes in steel structures and transformation in the properties of the welded joints according to pre-determined welding parameters by analyzing extensions of the heat-affected and melted zones of welded specimens. The micro hardness profiles showed no significant changes in hardness in the heat affected HSLA steel, while the TRIP steel showed considerable increase. Additionally, the yield point determined by the traction tests performed, allowed the obtainment of the mechanical resistance levels of the welded joints. Through the tests of scanning electron and optical microscopy was observed the influence of heat input on heat affected zone of HSLA steel. EDX analysis allowed us to observe the presence of molten zones partially diluted in the side of the base metal HSLA, characterization of the chemical composition at the interface of the base metal and weld metal and predicting the microstructure in these regions. The phases present in the base metal and weld zone were characterized too by x-ray diffraction. By quantitative stereology characterized by the phases present in the weld zone and their proportions were determined as a function of heat input.

O desenvolvimento e utilização de novos materiais, mais leves e com propriedades mecânicas superiores aos atuais, se mostram extremamente importantes devido à redução de peso e consequentemente redução na emissão de gases poluentes que poderiam gerar. As ligas de Fe-Mn-C com elevados teores de Mn (20-30%) representam um desenvolvimento muito recente de aços austeníticos, que, através dos seus mecanismos diferenciados de deformação reúnem elevada resistência mecânica com grande ductilidade. Essa nova classe de materiais estruturais possibilita uma efetiva redução de custos na produção através do reduzido tempo de processamento (sem a necessidade de tratamentos térmicos especiais e de processamentos termomecânicos controlados). A soldagem é, atualmente, o mais importante processo de união de metais usado no setor industrial. Dentro da variada gama de processos de soldagem existentes, a soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM, em inglês: Friction Stir Welding - FSW) se destaca por ser um processo de união no estado sólido que apresenta uma série de vantagens sobre as tecnologias convencionais de soldagem por fusão. Do ponto de vista metalúrgico, uma das suas principais vantagens se manifesta justamente na junção de materiais dissimilares, visto que o grau de mistura de composições e as transformações de fases entre materiais incompatíveis podem ser minimizados. Outra vantagem é que há um refino de grão no cordão de solda comparado com a microestrutura fundida que se forma nos processos convencionais. Este trabalho teve como objetivo produzir em escala laboratorial os aços de alta liga ao manganês com efeito TRIP, avaliar o impacto da velocidade de rotação da ferramenta na soldagem por fricção e mistura mecânica e avaliar a microestrutura e propriedades mecânicas das juntas soldadas. A microestrutura das juntas soldadas caracterizou-se pela presença apenas da zona de mistura e do metal base, além da formação de \'anéis de cebola\' na zona de mistura, esta não mostrou sinais de transformação martensítica induzida por deformação e sofreu recristalização dinâmica para todas as velocidades de rotação investigadas com a formação de grãos refinados e com morfologia equiaxial. Os corpos de tração fraturaram todos nos metais de base, mostrando que as propriedades mecânicas da zona de mistura foram superiores à do metal base e que a variação de aporte térmico alcançada com a velocidade de rotação da ferramenta não comprometeu a qualidade das juntas soldadas. / The development and application of new light materials with superior mechanical properties is extremely important to weight reduction in vehicles and consequently reduction of greenhouse gases emission. The Fe-Mn-C steels with high Mn (20-30%) are a recent development of austenitic steels, which, due to their different mechanisms of deformation, possesses high strength and high ductility as well. In addition, this new type of structural steel allows an effective reduction of manufacturing costs due to its reduced processing time (it does not require special heat treatments and controlled thermo mechanical processing). Welding has been one of the most important processes for joining metals. Among the available welding processes, friction stir welding (FSW) is notable for being a solid state process with great advantages over the conventional welding methods. In the mettalurgical point of view, welding dissimilar materials is a significant advantage of FSW over the other process. The main reason is the reduction of mixture of material and phase transformations between the incompatible materials in the weld. Moreover, grain refinement is another advantage from the process. The present study aimed to produce laboratorial scale high Mn steels with TRIP effect, investigate the impact of tool speed ont the microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints. The microstructure of the welded joints exhibited only the stirred zone (SZ) and the base material (BM), besides the presence of ´onion rings´ within the stirred zone. The SZ exhibited no signs of martensite suggesting that dynamic recrystallization have occurred for all the speed tested. Moreover, the grains in the SZ had equiaxial morphology and were significantly refined. The fracture of the tensile specimens occurred in the base material, bringing to light that the welding process was beneficial to the mechanical properties. Furthermore, the variation of heat input achieved with the speed did not compromise the quality of welded joints.

O desenvolvimento e utilização de novos materiais, mais leves e com propriedades mecânicas superiores aos atuais, se mostram extremamente importantes devido à redução de peso e consequentemente redução na emissão de gases poluentes que poderiam gerar. As ligas de Fe-Mn-C com elevados teores de Mn (20-30%) representam um desenvolvimento muito recente de aços austeníticos, que, através dos seus mecanismos diferenciados de deformação reúnem elevada resistência mecânica com grande ductilidade. Essa nova classe de materiais estruturais possibilita uma efetiva redução de custos na produção através do reduzido tempo de processamento (sem a necessidade de tratamentos térmicos especiais e de processamentos termomecânicos controlados). A soldagem é, atualmente, o mais importante processo de união de metais usado no setor industrial. Dentro da variada gama de processos de soldagem existentes, a soldagem por fricção e mistura mecânica (SFMM, em inglês: Friction Stir Welding - FSW) se destaca por ser um processo de união no estado sólido que apresenta uma série de vantagens sobre as tecnologias convencionais de soldagem por fusão. Do ponto de vista metalúrgico, uma das suas principais vantagens se manifesta justamente na junção de materiais dissimilares, visto que o grau de mistura de composições e as transformações de fases entre materiais incompatíveis podem ser minimizados. Outra vantagem é que há um refino de grão no cordão de solda comparado com a microestrutura fundida que se forma nos processos convencionais. Este trabalho teve como objetivo produzir em escala laboratorial os aços de alta liga ao manganês com efeito TRIP, avaliar o impacto da velocidade de rotação da ferramenta na soldagem por fricção e mistura mecânica e avaliar a microestrutura e propriedades mecânicas das juntas soldadas. A microestrutura das juntas soldadas caracterizou-se pela presença apenas da zona de mistura e do metal base, além da formação de \'anéis de cebola\' na zona de mistura, esta não mostrou sinais de transformação martensítica induzida por deformação e sofreu recristalização dinâmica para todas as velocidades de rotação investigadas com a formação de grãos refinados e com morfologia equiaxial. Os corpos de tração fraturaram todos nos metais de base, mostrando que as propriedades mecânicas da zona de mistura foram superiores à do metal base e que a variação de aporte térmico alcançada com a velocidade de rotação da ferramenta não comprometeu a qualidade das juntas soldadas. / The development and application of new light materials with superior mechanical properties is extremely important to weight reduction in vehicles and consequently reduction of greenhouse gases emission. The Fe-Mn-C steels with high Mn (20-30%) are a recent development of austenitic steels, which, due to their different mechanisms of deformation, possesses high strength and high ductility as well. In addition, this new type of structural steel allows an effective reduction of manufacturing costs due to its reduced processing time (it does not require special heat treatments and controlled thermo mechanical processing). Welding has been one of the most important processes for joining metals. Among the available welding processes, friction stir welding (FSW) is notable for being a solid state process with great advantages over the conventional welding methods. In the mettalurgical point of view, welding dissimilar materials is a significant advantage of FSW over the other process. The main reason is the reduction of mixture of material and phase transformations between the incompatible materials in the weld. Moreover, grain refinement is another advantage from the process. The present study aimed to produce laboratorial scale high Mn steels with TRIP effect, investigate the impact of tool speed ont the microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints. The microstructure of the welded joints exhibited only the stirred zone (SZ) and the base material (BM), besides the presence of ´onion rings´ within the stirred zone. The SZ exhibited no signs of martensite suggesting that dynamic recrystallization have occurred for all the speed tested. Moreover, the grains in the SZ had equiaxial morphology and were significantly refined. The fracture of the tensile specimens occurred in the base material, bringing to light that the welding process was beneficial to the mechanical properties. Furthermore, the variation of heat input achieved with the speed did not compromise the quality of welded joints.