AVALIAÇÃO DA LIGA Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,025%Ni MODIFICADA COM 0,22%Ti PARA TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA.

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1 AVALIAÇÃO DA LIGA Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,025%Ni MODIFICADA COM 0,22%Ti PARA TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Conceição, D. C. (1) ; Coelho, A. A. M. (1) ; Fernandes, E. A. (1) ; Sousa, C. A. C, W. S. (1) ; Quaresma, J. M. V. (1) (1) Universidade Federal do Pará UFPA danielmecanica2010@gmail.com RESUMO O Presente estudo visa avaliar a modificação da liga Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe- 0,7%Si-0,03%Ni modificada com 0,22%Ti solidificadas em Coquilha Metálica. Após a solidificação os perfis obtidos foram usinados para o diâmetro de 18 mm e laminados para os diâmetros (4,0; 3,8; 3,0; 2,7mm) a fim de se aproximar dos diâmetros utilizados na industrial de cabos elétricos, posteriormente passaram por caracterização estrutural, elétrica, e mecânica. Para a análise estrutural, utilizaramse métodos metalográficos para a obtenção da macroestrutura. Na etapa de caracterização elétrica utilizou-se um como base a norma NBR Já os ensaios mecânicos foram realizados em uma máquina de tração acoplada a um sistema de aquisição de dados que permite o registro gráfico do limite de resistência à tração (LRT). Nos resultados verificou-se que quando adicionado ao elemento titânio percebe-se um decréscimo nos valores de IACS, isso pode está associado ao refino de grão, que por outro lado pode aumentar a resistência mecânica da liga. Palavras-chaves: Macroestrutura; Limite de resistência à tração; Condutividade elétrica. INTRODUÇÃO Segundo estudo divulgado semana passada pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) (1), o consumo brasileiro vai triplicar, chegando a terawatthora (Twh). Assim como o aumento da capacidade de geração de energia, a expansão do sistema de linhas de transmissão faz parte do objetivo de atender o crescimento de carga e continuar atendendo a demanda crescente do país. 4786

2 Esta necessidade vem estimulando pesquisadores a estudarem novos materiais, novas combinações de materiais e as suas características. As ligas de alumínio termorresistentes tem sido o principal objeto de estudo desses pesquisadores devido a economia que represente se comparada ao uso de outros metais como condutores. O Grupo de Pesquisa em Engenharia de Materiais GPMAT da Universidade Federal do Pará (UFPA) desenvolve, desde 2007, trabalhos ao combinar e aperfeiçoar as características dos materiais à base de alumínio. Este estudo desenvolvido no grupo visa desenvolver ligas de alumínio capazes de suportar temperaturas operacionais maiores, com a garantia de que a flecha esteja dentro de valores aceitáveis para as instalações já existentes e sem que haja aumento das perdas pelo efeito joule. MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho foram avaliadas duas ligas. A Primeira pode-se chamar de liga base, e tem a seguinte composição Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,025%Ni. A segunda liga possui a mesma composição da liga base modificada com adição de 0,22%Ti. As ligas foram obtidas por solidificação estática direta, em lingoteira metálica, no sub-laboratório de metalografia e tratamento térmicos da UFPA. Inicialmente foram feitos os cálculos estequiométricos e a pesagem dos elementos necessários para a confecção da liga (alumínio, cobre, ferro, silício, níquel, zircônio e titânio), e posteriormente foram inseridas em um cadinho para serem fundidas em um forno de resistência do tipo MUFLA. A composição foi confirmada em espectrômetro de emissão ótica. Logo após o desmolde, parte da base do perfil foi seccionado e submetido a caracterização metalografica para obtenção da macrografia. O restante do perfil foi usinado do diâmetro inicial de 22,0 mm para o diâmetro 18,5 mm, sendo posteriormente submetidos ao processo de deformação por laminação a frio que gerou os corpos de provas em forma de fios, com os diâmetros de 2,7;3,0;3,8; e 4,0 mm. Após esses processos de deformação os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de resistividade elétrica e tração, segundo a norma NBR 6814 (2) e NBR 6810 (3), nos aparelhos Multiohmimetro e KRATOS respectivamente (Figura 01). 4787

3 Figura 01 Equipamentos para a Caracterização Mecânica [KRATOS] e Elétrica [Multiohmimetro]. (Fonte: Arquivo GPEMAT) RESULTADOS E DISCUSSÕES Análise química A Tabela 01 apresenta os resultados da análise da composição química da liga base e da liga base modificada com adição de 0,22% de Ti, respectivamente. A leitura da composição foi obtida a partir de análise em espectrômetro óptico, como descrito anteriormente, confirmando que as ligas obedecem aos valores desejados. Tabela 01 - Composição química da liga de alumínio modificada com 0,22%Ti. Liga %Cu %Fe %Si %Ni %Ti Base 0,0510 0,2693 0,7161 0, ,22% de Ti 0,0480 0,2450 0,7210 0,0259 0,2198 Caracterização Macroestrutural A Fig. 02 evidencia a evolução das estruturas produzidas para a liga base com os seguintes teores, Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,03%Ni em comparação com a liga base modificada com 0,22%Ti. A estrutura das ligas foi revelada por meio de ataque com solução química keller. 4788

4 a) b) Figura 02 Macrografia da estrutura bruta de fusão: (a) Liga base Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,03%Ni; (b) Liga base com 0,22% Ti. (Fonte: Arquivo pessoal). Quando adicionado à liga base o elemento titânio no teor de 0,22% foi evidenciado a propriedade que o elemento Ti possui de ser um potente refinador de grãos (FREITAS, 2010) (4). Caracterização Elétrica Na tabela 02 constam os valores de condutividade elétrica em IACS relativos às liga Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,030%Ni sem tratamento térmico, que chamamos de liga base, em comparação com os valores de LRT da liga base com adição de 0,22%Ti. Tabela 02 - Correlação da liga base com a liga com 0,22% Ti em relação condutividade elétrica (%IACS). Diâmetro (mm) 0,030%Ni (%IACS) 0,22%Ti (%IACS) 2,7 53,25 48,79 3,0 59,04 52,18 3,8 50,71 44,59 4,0 52,84 45,96 Foram medidos os valores de condutividade para as duas ligas para os diâmetros de [4,00 mm; 3,8 mm; 3,00 mm; 2,7 mm] como mostra o gráfico da figura

5 Cond. Elétrica % (IACS) ,03% Ni 0,03% Ni - 0,22% Ti 40 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 Diâmetros (mm) Fig. 03 Condutividade elétrica da liga base Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe- 0,7%Si(0,025)%Ni em comparação com a mesma liga base com adição de 0,22Ti. (Fonte: Arquivo pessoal) Avaliação da condutividade elétrica mostra que a liga base com teores de 0,7%Si e 0,030%Ni tem boas características elétricas chegando a valores de IACS de até 60%, com destaque para o diâmetro de 3 mm. No entanto quando adicionado o elemento titânio percebe-se um decréscimo nos valores de IACS, isso nos pode está associado ao refino de grão. De acordo com Horikoshi et al. (2006) (5), a introdução de Ti contribui para a diminuição da condutividade elétrica do alumínio. Caracterização Mecânica Na tabela 03 constam os valores de LRT relativos às liga Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si-0,030%Ni sem tratamento térmico, que chamamos de liga base, em comparação com os valores de LRT da liga base com adição de 0,22%Ti. Tabela 03 - Correlação da liga base com a liga com 0,22% Ti com o limite de resistência à tração (LRT) e diâmetro. Diâmetro (mm) 0,030%Ni LRT 0,22%Ti LRT 2,7 226,66 215,175 3,0 246,49 244,525 3,8 202,05 199,855 4,0 202,06 203,

6 LRT (MPa) A figura 04 permite observar que a evolução dos valores de LRT, estão relacionados com o diâmetro dos fios produzidos para este trabalho, indicando que o fio com diâmetro de 3,0 mm é aquele que apresenta melhores resultados. Isto pode ter ocorrido devido ao maior grau de deformação a frio que naturalmente pode estar vinculado a maiores índices de recuperação dinâmica, sofrido pelos fios ,03% Ni 0,03% Ni - 0,22% Ti ,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 Diâmetros (mm) Fig. 04. da liga base Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe-0,7%Si(0,025)%Ni em comparação com a mesma liga base com adição de 0,22T Nota-se que a presença do titânio na liga não causou grandes alterações nos valores de limite de resistência mecânica (LRT). CONCLUÇÕES Pode- se constatar que a adição de 0,22%Ti na liga base, atuou modificando a macroestrutura da liga, causando o refino dos grãos. Em relação a condutividade elétrica causou um decréscimo nos valores de IACS. Já em relação ao limite de resistência mecânica não houve grandes alterações. REFERÊNCIAS (1) MINISTÉRIO DO PLANEJAMENTO. Programa de Aceleração do Crescimento. Disponível em: < Acesso em 27 de Agosto de (2) ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Fios e cabos elétricos: ensaio de resistência elétrica. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, Mar. 1986, NBR

7 (3) ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Fios e cabos elétricos: tração à ruptura em componentes metálicos. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, Ago. 1981, NBR (4) FREITAS, E. S.; Correlação entre as propriedades mecânicas e elétricas de fios para Tx e Dx de energia elétrica do Al-EC modificado com teores de silício e zircônio. Dissertação de Mestrado, Área de Concentração Materiais e Processos de Fabricação, Universidade Federal do Pará - UFPA, (5) HORIKOSHI, T.; KURODA, H.; SHIMIZU, M.; AOYAMA, S.; Development of aluminum alloy conductor with high electrical conductivity and controlled tensile strength and elongation. Hitachi Cable Review N 25 August, Japan, ASSESSMENT ON AL-CU 0.05% [0.24 to 0.28]% FE-SI-0.7% 0.030% 0.22% NI MODIFIED IT FOR TRANSMISSION AND DISTRIBUTION OF ELECTRICAL ENERGY. ABSTRACT The present study aims to evaluate the modification of the alloy Al-0.05% Cu [0.24 to 0.28]% Fe-0.7% 0.03% Ni-Si modified with 0.22% Ti solidified in Metallic Die. After solidification of the profiles obtained were machined to a diameter of 18 mm and laminated for diameters (4.0, 3.8, 3.0, 2.7 mm) in order to approach the diameters used in industrial electrical cables, subsequently underwent structural and mechanical characterization, electrical, and. For structural analysis, metallographic methods were used to obtain the macrostructures. In the electrical characterization step was used one based on the standard NBR Already mechanical tests were performed on a traction machine coupled to a data acquisition system that enables the graphical record of the limit of tensile strength (UTS). In the results it was found that when added titaniperceives a decrease in the values of IACS, it may associate to this grain refining, on the other hand can increase mechanical strength of the alloy. Key-words: Macrostructure, Limit of tensile strength, Electrical conductivity 4792