Influência do tratamento térmico nas propriedades mecânicas de fios de alumínio liga usados em cabos condutores submetidos a ensaios de fadiga

Abstract

Foi avaliado neste trabalho o comportamento à fadiga dos cabos condutores “A” e “B”, fabricados com a mesma liga de alumínio 6201 e teoricamente submetidos ao mesmo tratamento térmico, ensaiados em bancada de ensaios de fadiga de cabos e submetidos a condições de carregamentos dinâmicos similares as observadas em linhas de transmissão reais. Nesse sentido foi desenvolvido um programa experimental para a geração das curvas de previsão de vida (S-N) dos cabos em diferentes amplitudes de deslocamento. A partir dos resultados obtidos constatou-se vidas em fadiga inferiores para o cabo condutor “A”, abaixo a curva de segurança proposta por CIGRÈ (CSBL), obtendo-se vidas bem menores – cerca de 3 vezes – quando comparadas com as do cabo condutor “B” e apresentando resultados muito dispersos. Com o objetivo de identificarem-se as possíveis causas das diferenças nos resultados dos ensaios de fadiga dos cabos, foram efetuadas análises detalhadas de falha nas superfícies de fraturas dos fios rompidos e caracterizações mecânicas e microestruturais destes fios. Além disso, foram efetuados alguns tratamentos térmicos com variações de temperatura de solubilização e tempo de envelhecimento em fios do cabo condutor “A”, visando avaliar a influência destes tratamentos na dureza Vickers dos fios. Com base nos resultados obtidos nessas analises, observou-se que as superfícies de fratura dos fios rompidos de ambos os cabos condutores apresentaram características condizentes com processo de falha por fadiga, com nucleação da trinca no ponto de restrição do movimento dos cabos. As amostras fraturadas apresentaram dimples equiaxiais, resultantes de fraturas dúcteis, na direção de maior carregamento. Devido à complexidade dos carregamentos não foi possível, baseando-se nas imagens fractográficas, estabelecer com precisão as causas do comportamento diferenciado dos fios em termos de vida em fadiga. Através das imagens topográficas obtidas por elétrons retroespalhados do Microscópio eletrônico de varredura, observou-se que as amostras do cabo “B” apresentavam precipitados de Al-Fe-Si menores e com distribuição mais homogênea dos que os precipitados encontrados nos fios do cabo “A”. Estas imagens são indicativas de que o tratamento térmico de solubilização realizado nos fios do cabo “A” não foi efetivo para que as partículas de Fe entrassem em solução sólida. Das análises das propriedades mecânicas, pode-se constatar que o fio do cabo “A” apresenta desempenho inferior em termos de dureza, resistência à tração, limite de escoamento e alongamento quando comparado com os fios do cabo “B”. Este desempenho tem forte correlação com possíveis diferenças nos tratamentos termomecânicos aplicados aos dois cabos condutores, tendo em vista a similaridade na composição química de ambos os fios. Nas medições de dureza dos fios do cabo “A” submetidos a tratamentos térmicos diferenciados, verificou-se que existe uma combinação temperatura de solubilização/tempo de envelhecimento onde ocorre um pico de dureza do fio do cabo “A”, com valor semelhante à dureza do fio do cabo “B”. Este aumento da dureza no fio do cabo “A” demonstra que as propriedades deste fio podem ser melhoradas com tratamentos térmicos adequados que resultem numa liga de alumínio com características microestruturais ideais, com precipitados finos, pequenos, espalhados e coerentes com a matriz. A vida em fadiga inferior do cabo condutor “A” em relação ao condutor “B” ocorreu devido a um tratamento térmico conduzido de forma ineficiente no cabo “A”. Com este tratamento, as partículas endurecedoras da liga – partículas β’’ – não se distribuíram de forma dispersa e homogênea na matriz de alumínio. Estas partículas formaram aglomerados heterogeneamente distribuídos e não contribuíram de forma efetiva no travamento das discordâncias e na manutenção das propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas.