Controle de tratamento térmico através da condutividade elétrica para ligas de alumínio endurecíveis por precipitação

Abstract

A demanda pelo consumo responsável e uma a produção cada vez mais sustentável de fornos de tratamento térmico é essencial para o desenvolvimento estratégico das empresas, devido a menor disponibilidade de reserva energética e o aumento dos custos. No tratamento térmico de envelhecimento de metais endurecíveis por precipitação nos fornos, a variação da microestrutura e dureza estão associadas a mudanças na condutividade elétrica. Com isso, podem ser introduzidos sensores para o controle de condutividade elétrica para monitorar a evolução das propriedades mecânicas. O presente trabalho propõe analisar a viabilidade do controle da variação de condutividade elétrica de uma liga de alumínio durante o tratamento térmico de envelhecimento artificial, afim de monitorar a sua evolução microestrutural em tempo real, dessa forma, possibilitar a otimização do tempo de tratamento, aumentar a produtividade e a qualidade da produção. Foram caracterizadas amostras da liga 2024 através de ensaios e análises de composição química, de microdureza, de metalografia, de microscopia eletrônica de varredura, de difração de raio-X e de condutividade elétrica. O tratamento térmico de envelhecimento artificial da liga 2024 foi analisando em 10 tempos com intervalos de 1 h à 190 °C através da caracterização das amostras por microdureza, metalografias e condutividade elétrica. Após, foi analisada a condutividade elétrica durante o tratamento térmico utilizando as técnicas de correntes parasitas e do método quatro terminais e comparados os resultados. As análises do comportamento da condutividade elétrica foram realizadas durante o tratamento térmico no tempo de 9 h a 190 °C, dentro do forno. Porém, para a análise com a técnica de correntes parasitas foi necessário projetar e construir um sensor em simulação numérica. As análises revelaram que o controle da variação da condutividade elétrica durante o processo de tratamento térmico dentro do forno tem potencial para descrever tanto o comportamento da condutividade elétrica quanto da variação da dureza. Os resultados indicam ainda que a implementação de um sensor de condutividade elétrica em um controlador no forno de tratamento térmico poderia diminuir custos e aumentar a produtividade destes processos.

Demand for responsible consumption and an increasingly sustainable production of heat treatment furnaces is essential for strategic development of companies, due to reduced availability of energy reserves and increased costs. In aging heat treatment of hardenable metals by precipitation in furnaces, variation in microstructure and hardness is associated with changes in electrical conductivity. Thereby, sensors can be introduced to control electrical conductivity to monitor evolution of mechanical properties. Present work proposes to analyze feasibility of controlling variation in electrical conductivity of an aluminum alloy during heat treatment of artificial aging, in order to monitor its microstructural evolution in real time, thus, provide treatment time optimization, increase productivity and production quality. Samples of the 2024 alloy were characterized through tests and analyzes of chemical composition, microhardness, metallography, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and electrical conductivity. The heat treatment of artificial aging of the alloy 2024 was analyzed in 10 times with intervals of 1 h at 190 °C through the characterization of the samples by microhardness, metallography and electrical conductivity. After, electrical conductivity was analyzed during heat treatment using the eddy current techniques and the four-terminal method and the results were compared. Electrical conductivity behavior analyzes were performed during heat treatment at 9 h at 190 °C, inside the furnace. However, for analysis with eddy current technique it was necessary to design and build a sensor in numerical simulation. The analyzes show that the control of variation in electrical conductivity during heat treatment process inside furnace has potential to describe both behavior of electrical conductivity and variation in hardness. Results also indicate that the implementation of an electrical conductivity sensor in a controller in the heat treatment furnace could reduce costs and increase productivity of these processes.