Zona Termicamente Afetada (ZTA): Microestrutura e Propriedades

Introdução

A Zona Termicamente Afetada (ZTA) — em inglês HAZ (Heat Affected Zone) — é a região do metal base adjacente ao cordão que não fundiu mas foi aquecida a temperaturas suficientemente altas para alterar a sua microestrutura. É a zona mais crítica da junta soldada: as suas propriedades mecânicas podem ser muito diferentes das do metal base original, especialmente em aços de alta resistência ou tratados termicamente.

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Gradiente de Temperatura na ZTA

Durante a soldadura, existe um gradiente de temperatura contínuo entre o metal fundido (>1500°C) e o metal base não afectado (<200°C). Cada sub-zona da ZTA corresponde a uma gama de temperaturas de pico e, consequentemente, a uma região diferente do diagrama Fe-C.

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Sub-zonas da ZTA (aços hipoeutetóides)

1. Zona de Fusão Parcial (>1490°C)

Fronteira entre o metal depositado e a ZTA. Grão muito grosseiro, zona de elevado risco de fissuração.

2. Zona de Crescimento de Grão (1100–1490°C)

• Temperatura acima da linha de solidus mas abaixo da fusão total
• Austenite com crescimento de grão muito pronunciado (grão grosseiro)
• Após arrefecimento: martensite (em aços com CE elevado) ou bainite superior (em arrefecimento mais lento)
• Propriedades: dureza elevada, tenacidade muito baixa → zona mais crítica da ZTA
• Remédio: aporte térmico controlado (limitar t8/5), pré-aquecimento

3. Zona de Refinamento de Grão (900–1100°C)

• Temperatura ligeiramente acima de A₃ → austenite de grão fino
• Após arrefecimento: ferrite + perlite de grão fino
• Propriedades: excelentes — melhor que o metal base original
• Esta zona é o objectivo dos tratamentos de normalização

4. Zona Intercrítica (727–900°C — entre A₁ e A₃)

• Transformação parcial: apenas parte da ferrite se transforma em austenite
• Após arrefecimento: microestrutura mista (ferrite + ilhas de martensite/bainite)
• Em aços Q&T (temperados e revenidos): degradação das propriedades do revenido
• Fenómeno ICHAZ: em aços de alta resistência, pode ser a zona mais fraca

5. Zona Subcrítica (<727°C)

• Abaixo de A₁: sem transformação de fase
• Efeito: alívio de tensões e sobre-revenido (softening) em aços Q&T
• Em aços normalizados: sem efeito significativo

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Tempo t8/5 — O Parâmetro Chave

O t8/5 é o tempo de arrefecimento entre 800°C e 500°C. É o parâmetro que controla a microestrutura na ZTA de grão grosseiro:

• t8/5 curto (arrefecimento rápido) → mais martensite → dureza alta, tenacidade baixa
• t8/5 longo (arrefecimento lento) → mais ferrite/perlite → dureza baixa, tenacidade alta

O t8/5 depende do aporte térmico, da temperatura de pré-aquecimento e da espessura. A EN 1011-2 fornece fórmulas e nomogramas para calcular t8/5 em função destes parâmetros.

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Dureza na ZTA

A EN ISO 15614-1 e a EN 1011-2 estabelecem limites máximos de dureza na ZTA:

Dureza > limite → risco de fissuração a frio e fragilização.

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Medidas para Controlar a ZTA

• Limitar o aporte térmico: reduz o crescimento de grão e o volume da ZTA
• Pré-aquecimento: aumenta t8/5 → evita martensite em aços com CE > 0,40%
• Temperatura entre passes: máx. recomendado para não acumular calor em excesso
• PWHT: alívio de tensões e revenido da martensite formada
• Aços de grão fino (V, Nb, Ti): inibem o crescimento de grão austenítico → ZTA mais fina

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Normas de Referência

• EN 1011-2:2001 — Soldadura. Recomendações para a soldadura de materiais metálicos. Parte 2: Soldadura por arco de aços ferríticos
• EN ISO 15614-1 — Especificação e qualificação de procedimentos de soldadura
• EN ISO 9015-1 — Ensaio de dureza em juntas soldadas por fusão em aço

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