Influência do tratamento térmico na vida em fadiga de fios de alumínio

Abstract

A configuração do sistema de distribuição de energia elétrica brasileira tem por base linhas de distribuição aéreas. Os cabos condutores usados nessas linhas podem sofrer rupturas causadas, principalmente, por fadiga eólica, resultando na interrupção de fornecimento de energia para milhões de consumidores. Esses cabos, em sua maioria, são constituídos por fios de alumínio termicamente tratados, devido às vantagens em relação aos condutores de alumínio puro ou de alumínio com alma de aço. Dentre as vantagens, destacam-se a excelente relação resistência/peso e melhores propriedades mecânicas obtidas pelo adequado tratamento térmico. Dentre as ligas usadas para confecção de cabos condutores, destacam-se as da serie 6000, que possuem o magnésio (Mg) e o silício (Si) como principais elementos de liga. Nessas ligas, o silício e o magnésio combinam-se para formar a fase intermetálica Mg-Si. A precipitação controlada desse precipitado durante o tratamento térmico resulta no aumento da resistência mecânica e da dureza da liga. Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo do efeito do tratamento térmico na vida em fadiga de fios de alumínio presentes nos cabos condutores de energia elétrica fabricados a partir da liga 6201. Alguns corpos de prova obtidos dos fios foram submetidos aos seguintes tratamentos térmicos: solubilização numa temperatura de 470°C, 510°C e 550°C, e envelhecimento artificial a 170°C por períodos entre 4 e 20 horas. Outros corpos de prova forma submetidos somente à solubilização. Tanto as amostras solubilizadas quanto as solubilizadas e envelhecidas foram submetidas a testes de dureza. Ensaios de fadiga e tração foram realizados nas amostras solubilizadas a 550°C e nas amostras solubilizadas a 550°C e envelhecidas por 20h. Após os testes de fadiga as amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Observou-se maiores valores de dureza, resistência à tração e maior vida em fadiga para amostras que foram submetidas ao envelhecimento. Esses valores superiores nas propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas estão associados aos tratamentos combinados de solubilização e envelhecimento que geraram precipitados Mg-Si com menores tamanhos, maior número e distribuídos homogeneamente na matriz de alumínio, responsáveis por obstruir a movimentação das discordâncias. A incompatibilidade dimensional entre os átomos do soluto (Mg e Si) e da matriz (Al) da amostra solubilizada a 550°C e envelhecida artificialmente por 20 horas durante a precipitação geraram campos de deformação na região circunvizinha. As partículas precipitadas e os campos de deformação adjacentes a estas partículas causadas pelo envelhecimento atuaram como obstáculos e promoveram obstrução/retardo no movimento das discordâncias durante o ensaio de fadiga do fio, resultando em maiores valores de resistência à fadiga da amostra solubilizada a 550°C e envelhecida artificialmente por 20 horas.