Fenômeno desvendado

Estudo realizado na Unicamp e no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) ajuda a entender o fenômeno da fratura por queda de ductilidade, que causa ruptura em ligas metálicas durante a soldagem. Pela originalidade, pesquisa ganhou Prêmio ABCM-Embraer 2008

Por Alex Sander Alcântara

Agência FAPESP – Um problema há muito desafiava pesquisadores que tentavam entender um fenômeno conhecido como fratura por queda de ductilidade (FQD), que ocorre durante a soldagem. Durante o processo, a junta soldada apresenta uma fratura em estado sólido, que resulta da redução da capacidade do material de suportar a deformação em temperaturas elevadas.

Uma pesquisa de mestrado feita por Edwar Andrés Torres López, pela Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), acaba de lançar novas luzes sobre o fenômeno da FQD.

O trabalho, realizado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas (SP), foi escolhido em novembro como melhor dissertação de mestrado no Prêmio ABCM-Embraer 2008, da Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas.

López, que teve bolsa do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), foi orientado por Rubens Caram Júnior, da Unicamp, e por Antonio José Ramirez, pesquisador do LNLS.

O estudo também contou com apoio da FAPESP na modalidade Apoio a Jovens Pesquisadores – Ramirez dirige o projeto “Fratura intergranular por queda de ductilidade de ligas de níquel” – e da empresa norte-americana Special Metals.

De acordo com Ramirez, o fenômeno não acontece só nas ligas de níquel, mas também em diversos materiais, como ligas de alumínio e aços inoxidáveis, por exemplo.

“É um problema generalizado entre todos que trabalham com esses materiais. Mas o que se fez até agora foi atacar o problema. Nós optamos por tentar entender o fundamento do fenômeno, investigando a metalurgia por trás dele para tentar modificar a composição química do material, impedindo que ocorra a FQD”, disse Ramirez à Agência FAPESP.

O pesquisador destaca que o trabalho de López apresenta muita qualidade, mas mesmo assim ficou surpreso com o prêmio. “Foi um trabalho reconhecido no exterior, mas não imaginei que fosse ganhar. Entretanto, o reconhecimento internacional foi grande mesmo aqui no Brasil, nos congressos dos quais participamos”, disse.

A pesquisa avaliou o comportamento das microestruturas de ligas de níquel a temperaturas elevadas por meio de observações detalhadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). O objetivo, segundo Ramirez, era acompanhar, em tempo real, o processo de deformação e fratura desses materiais estruturais quando submetidos a altas temperaturas e, assim, identificar os mecanismos envolvidos.

O tipo de experimento em que uma condição externa é aplicada ao material de interesse e a resposta é acompanhada em tempo real é conhecido como in situ. No ensaio termomecânico, foram utilizadas três ligas de níquel empregadas como metal de aporte para a soldagem em uma faixa de temperatura de 700 a mil graus Celsius.

De acordo com Ramirez, o ineditismo se deve às altas taxas de temperatura empregadas, uma vez que na literatura apenas há testes com temperaturas de até 600 graus. Além disso, afirmou, os ensaios no microscópio eletrônico de varredura também formam inovadores.

“Mais do que encontrar uma receita para um tipo de material, que nesses casos são as ligas de níquel, queremos entender o fenômeno. Muitas pessoas deram receitas para resolver o problema prático, mas ninguém explicou o fenômeno, mostrando o que acontece dentro do material na escala atômica para que ocorra essa FQD tão severa”, diz Ramirez.

A grande vantagem, segundo ele, é que, além de conseguir reproduzir o resultado de outras técnicas, o método usado permitiu visualizar a fratura durante o ensaio. “Antes tínhamos uma informação incompleta do problema porque as trincas já tinham acontecido. Nosso procedimento vai além. Hoje já temos muita informação sobre o processo”, afirma.

Pesquisa básica com aplicações

Um dos grandes desafios foi desenvolver toda uma metodologia do ensaio e alterações na instrumentação. Mas, além da temperatura, o nível de vácuo e a estabilidade mecânica foram barreiras a serem superadas.

Segundo Ramirez, com o experimento, tornou-se possível quantificar a suscetibilidade à FQD, obter os valores de deformação local nas regiões onde se iniciam as trincas e propor e quantificar, de forma inédita, o processo de escorregamento de contornos de grãos envolvidos no processo de FQD. “Ficou claro qual a liga mais suscetível à fratura por queda de ductilidade e por quê”, afirmou.

O estudo tem aplicações na indústria química e nuclear, segundo o pesquisador, mas não se limita a isso. “O procedimento é aplicado para fazer reatores nucleares ou reatores de indústria química que utilizam vasos de pressão com paredes muito grossas dentro dos quais, sob alta temperatura, ocorre uma reação química. O estudo ajuda a resolver um problema real da indústria química e nuclear, além de contribuir para o avanço do conhecimento”, explicou.

A pesquisa prosseguirá com outro aluno no doutorado, com auxílio da FAPESP na modalidade. Segundo Ramirez, os testes vão modificar o material antes suscetível, transformando-o quimicamente. “E vamos ver no microscópio o que faz ficar não suscetível, tentando entender o que melhora esse material”, disse.

Essa etapa será realizada com um microscópio de transmissão. Segundo ele, com esse microscópio que permite enxergar posições atômicas, o salto é geométrico. “Estamos olhando para o futuro. A instrumentação desenvolvida permitirá estudos qualitativos e quantitativos de diversos outros fenômenos de fratura e transformação de fase”, afirmou.

Para ler a íntegra da dissertação Desenvolvimento de teste in situ de deformação a alta temperatura no MEV e sua aplicação no estudo de fenômeno de fratura por queda de ductilidade em ligas de níquel, de Edwar Andrés Torres López, clique aqui