EC30 - Medição de Condutividade para Verificação de Tratamento Térmico traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/conductivitymeasurements2.php
Com
alguns materiais, como as ligas de alumínio com solução sólida
tratáveis termicamente (tipicamente empregas na área aeronáutica),
muitas vezes são feitas medidas de condutividade verificando se
peças e materiais receberam o tratamento térmico adequado. O alumínio
de alta pureza é macio e dúctil, e ganha resistência mecânica e dureza
com a adição de
elementos de liga. Algumas dessas ligas de alumínio, segundo a ANSI ("American National Standard Institute") são as séries 2000
(2014, 2024, etc.), séries 6000 (6061, 6063, etc.), e 7000 (7050, 7075,
etc.). As ligas de alumínio da série 2xxx têm cobre, a série 6xxx tem
magnésio, e o 7xxx tem zinco como seu principal elemento de liga.
O
tratamento térmico das ligas de alumínio é realizado em duas fases -
tratamento térmico de solubização dos elementos de liga e, em seguida,
envelhecimento. No tratamento térmico de solubização, as ligas são
aquecidas numa temperatura elevada para que todos os elementos de liga
fiquem em solução sólida homogeneamente na matriz metálica cristalina.
A liga metálica é então resfriada rapidamente para "congelar" os
átomos
dos elementos de liga na rede cristalina do alumínio. Esse
aprisionamento dos elementos de liga na rede cristalina a deforma e
tensiona prejudicando o movimento dos elétrons e conseqüentemente
diminuindo a condutividade da liga. Nesta condição (elementos de liga
em solução sólida), as ligas são
relativamente macias, mas começam a ganhar resistência mecânica à
medida que os
elementos de liga começam a se precipitar fora de solução para formar
partículas extremamente pequenas (precitados) que impedem o movimento
das discordância dentro do material (as discordâncias são falhas na
estrutura cristalina que facilita a deformação dos materiais). A
formação dos precipitados pode ser
controlada para muitas ligas, aquecendo-as e mantendo-as a uma
temperatura elevada por um período de tempo (envelhecimento
artificial térmico). À medida que os elementos de liga precipitam-se
fora da
solução sólida, a condutividade do material aumenta gradualmente.
Controlando a quantidade de partículas precipitadas dentro da
micro estrutura do alumínio,
as propriedades mecânicas podem ser controladas para produzir
resistência mecânica máxima ou
algumas combinações de resistência mecânica e resistência a corrosão.
Algumas vezes o material deve ser sofrer um tratamento térmico de
recozimento (aquecimento a alta temperatura e resfriamento lento em
forno) para se tornar mais macio e dúctil facilitando a execução de
alguma operação de conformação metálica. O recozimento permite que os
elementos de liga saiam da solução sólida e sejam precipitados
grosseira e espaçosamente na rede cristalina. A condutividade elétrica
é maior quando o material
está na condição recozida.
Uma
vez que os materiais tratados termicamente e envelhecidos são
mecanicamente mais
resistentes, os componentes podem ser fabricados com menor espessura de
material. Um
projeto mais leve ou compacto muitas vezes é de grande importância para
o projetista, principalmente na área aeronáutica, e vale a pena o custo
do processo de tratamento térmico. No
entanto, pense nas conseqüências que poderiam surgir se um componente
cuja liga deveria ter sido tratada termicamente envelhecida de alguma
forma
deixou a fábrica e foi colocado em serviço sem tratamento térmico ou
recozimento.
Esta é uma possibilidade real, uma vez que as peças de alumínio
tratadas termicamente se parecem exatamente como as peças não tratadas
termicamente. Considere o alumínio 2024 como exemplo. As propriedades
de
tração selecionadas (escoamento é máxima) e sua condutividade elétrica
para várias condições
de tratamento térmico são dadas na tabela a seguir.
Propriedades do Alclad 2024 Aluminum
Condição de Tratamento Térmico |
Limite de Resistência Mecânica
|
Tensão de Escoamento |
Condutividade Elétrica |
Recozido (O) |
26 ksi (180 MPa) |
11 ksi (75 MPa) |
50 % IACS |
Tratada Termicamente para Solubilizar e Envelhecida Naturalmente (T42) |
64 ksi (440 MPa) |
42 ksi (290 MPa) |
30 % IACS |
Tratada Termicamente para Solubilizar, Laminadas a Frio e Envelhecidas Artificialmente (T861) |
70 ksi (485 MPa) |
66 ksi (455 MPa) |
38 % IACS |
Pode-se
ver que a tensão de escoamento para o material é de 42
ksi (290 MPa) na condição tratada termicamente e envelhecida
naturalmente (condição T42). A tensão de escoamento pode ser aumentada
para 66 ksi (455 MPa) quando trabalhada
a fria e artificialmente envelhecida (condição T861). Mas na condição
recozida, a tensão de escoamento é reduzida para 11 ksi (75 MPa).
Se
uma peça na condição apenas recozida fosse acidentalmente usada onde
uma peça com liga do tipo T42 ou
T861 fosse necessária, provavelmente falharia prematuramente. No
entanto, uma rápida verificação da condutividade usando um aparelho
de correntes parasitas de todas as peças antes do uso impediria
que isso ocorresse.
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