Dissertação de Mestrado

Este trabalho consiste na avaliação dos efeitos do processo de soldagem por fricção e mistura (FSW) na microestrutura e propriedades mecânicas de uma junta de alumínio AA6005A-T6. Inicialmente foi feita a caracterização microestrutural do alumínio AA6005A-T6, onde se observou a presença de zonas periféricas de grãos grosseiros, bem como uma distribuição homogênea de partículas de segunda fase. Foram produzidos conjuntos soldados pela técnica de FSW e posteriormente houve a extração de corpos de prova por eletroerosão a fio para os ensaios de tração, dobramento e tomografia computadorizada de raios-X; também foi obtida do centro do conjunto uma amostra para caracterização macro e microestrutural da junta e o levantamento do perfil de dureza. A caracterização macroestrutural e microestrutural da junta revelaram a presença de quatro regiões distintas da junta: a zona de mistura, constituída por grãos equiaxiais refinados; a zona termomecanicamente afetada, constituída por grãos alongados e deformados; a zona termicamente afetada, constituída por grãos grosseiros e o metal de base, sendo a região distante do cordão de solda e que não foi afetada pelo processo. Além disso, a macroestrutura revelou a existência de pequenas diferenças microestruturais entre ambos os lados da junta, o que foi relacionado com a assimetria do processo. Uma análise das partículas de segunda fase nas diferentes regiões da junta associada com os resultados de simulação sugere que as temperaturas atingidas durante o processo possivelmente são elevadas o suficiente para influenciar a precipitação do alumínio. Tanto a assimetria do processo, quanto as mudanças microestruturais levam a modificações nas propriedades mecânicas, o que é refletido diretamente no perfil de dureza da junta. O ensaio de dobramento não levou ao surgimento de trincas ou ao afloramento de porosidades, corroborando os resultados obtidos pela tomografia computadorizada de raios-X. Os resultados obtidos através do ensaio de tração mostraram uma redução nas propriedades mecânicas da junta quanto comparadas com o metal de base, indicando o efeito deletério nas propriedades mecânicas; a comparação com os resultados da literatura mostra que as propriedades obtidas nesse trabalho estão próximas às observadas por outros autores. Por fim, o modelo computacional proposto neste estudo se mostrou eficaz na estimativa das temperaturas alcançadas em diferentes regiões ao longo do processo de soldagem.

This study evaluates the impact of Friction Stir Welding (FSW) process on the microstructure and mechanical properties of an AA6005A-T6 aluminum joint. Initially, the microstructural characterization of AA6005A-T6 aluminum was performed, revealing the presence of peripheral zones with coarse grains, as well as a homogeneous distribution of second-phase particles. Welded assemblies were produced using the FSW technique, and specimens were extracted by wire EDM for tensile, bending, and X-ray computed tomography tests. A sample from the center of the assembly was also obtained for macro- and microstructural characterization of the joint, as well as for a hardness profile survey. The macrostructural and microstructural analysis of the joint revealed four distinct regions: the stir zone, composed of refined equiaxed grains; the thermomechanically affected zone, characterized by elongated and deformed grains; the thermally affected zone, consisting of coarse grains and the base metal, representing the region away from the weld bead and unaffected by the process. Furthermore, the macrostructure revealed small microstructural differences between both sides of the joint, directly related to the process asymmetry. An analysis of the second-phase particles in different regions of the joint, combined with the results of a mathematical simulation of temperature evolution over time, suggests that the temperatures reached during the process are likely high enough to influence the precipitation of aluminum. Both the process asymmetry and the microstructural changes lead to modifications in the mechanical properties, which are directly reflected in the hardness profile of the joint. The bending test did not result in crack initiation or porosity emergence, corroborating the results obtained by X-ray computed tomography. Tensile test results showed a reduction in mechanical properties of the joint compared to the base metal, indicating detrimental effects on mechanical properties; comparison with literature results indicates that the properties obtained in this work are close to those observed by other authors. Finally, the computational model proposed in this study proved to be effective in estimating the temperatures reached in different regions throughout the welding process.