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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.

Tratamento Termico e Condutividade


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