Friction stir welding of an austenitic high manganese TRIP steel

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