Confecção de dispositivo de ensaio e avaliação da influência da temperatura na fadiga sob fretting de fios de alumínio termorresistente e 6201-T81

Abstract

O objetivo deste trabalho foi projetar um sistema de aquecimento com uma precisão de ±2°C para atualizar um equipamento existente de fadiga por fretting em fios (GARCIA, 2019). Com este novo dispositivo, uma campanha de testes foi conduzida para investigar o efeito da temperatura na vida em fadiga por fretting em fios de condutores. Uma metodologia para facilitar o controle da temperatura dentro da região de contato foi proposta e os detalhes do teste de fadiga por fretting fio contra fio foram descritos. Neste estudo, foi possível realizar testes de fadiga por fretting em fios de cabos condutores convencionais na temperatura de operação e de emergência experimentada pelo condutor real. Os ensaios de fadiga por fretting foram conduzidos com uma carga cisalhante controlada por deslocamento e independente da carga de fadiga. O dispositivo provou ser capaz de reproduzir um ensaio de fadiga por fretting entre fios de alumínio de condutores aéreos, induzindo marcas de fretting elípticas nas superfícies dos fios e respeitando a condição de regime de escorregamento parcial, ou seja, o princípio de Amontons, mostrando zonas de aderência e escorregamento claramente definidas. Os ensaios de fadiga sob condições de fretting foram realizados em fios de alumínio 6201- T81 retirados de um Condutor de Alumínio Liga (CAL) 900 MCM e em fios de liga de alumínio termorresistente TAL (Thermal Resistant Aluminum Alloy) retirados de um condutor T-CAA Ibis. As temperaturas dos ensaio foram de 25, 75 e 100°C com uma carga normal de 250 N para os fios TAL e 500 N para os fios 6201. As curvas S-N foram obtidas para cada temperatura. Os resultados mostraram uma redução na vida em fadiga dos fios 6201 de 34,8% na temperatura de 75°C e até 43,1% a 100°C. As diferenças das curvas S-N apontaram para uma mudança nas características mecânicas claramente influenciada pelos fatores de temperatura e tempo. Os fios 6201 submetidos ao teste de fadiga por fretting foram examinados com o microscópio eletrônico de varredura (MEV). As avaliações da superfície de falha mostraram características de ruptura devido à fadiga por fretting. As marcas de contato fio-fio geradas pelo dispositivo apresentam, na região de fratura, todas as características encontradas nas camadas internas dos cabos condutores das linhas de transmissão fraturadas em uso por fadiga em condições de fretting, como zona de adesão claramente definida, zonas de escorregamento e presença de óxido de alumínio, onde prevaleceu o regime de escorregamento parcial. Notou-se que as zonas de adesão ficaram maiores nas temperaturas mais altas devido ao amolecimento da liga com a temperatura. As fortes reduções de vida observadas foram associadas ao processo de recuperação no caso da temperatura de 75°C devido às alterações na resistência e ao aumento da ductilidade. Já na temperatura de 100°C, a redução em vida foi relacionada ao processo de recristalização que ocorre com esta liga acima de 90°C. Uma redução da vida em fadiga de 18% foi observada na temperatura de 75°C para os fios termorresistentes. A curva S-N não mostrou influência do tempo, apenas da temperatura, o que pode indicar um melhor comportamento em termos de fadiga por fretting nessa temperatura. Já a 100°C, a curva quase não apresentou alteração na vida em fadiga (um leve aumento de 1,5%) em relação à temperatura ambiente, porém os ensaios nessa temperatura se comportaram de maneira diferente. As análises das marcas de fretting mostraram que a 25 e a 75°C os testes ocorreram todos sob um regime de escorregamento parcial apresentando zonas de adesão bem definidas, embora menores a 75°C. Na temperatura de 100°C, não foram encontradas zonas de adesão, o que evidenciou um regime de escorregamento total. A fadiga por desgaste experimentada pelos fios TAL a 100°C explica o fato que a vida em fadiga não foi alterada. As avaliações da superfície de falha apontaram características similares de ruptura devido à fadiga em todos os níveis de temperatura. Os fios termorresistentes mostraram um comportamento melhor na temperatura de 75°C que os fios convencionais 6201, ou seja, a liga TAL não sofreu processo de recuperação ou de recristalização nessa temperatura. A mudança de regime de fadiga na temperatura de 100°C influenciou a vida em fadiga de forma positiva, porém levantou questionamentos a serem investigados em trabalhos futuros.