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Aços & Ligas | Aços e Ferros Fundidos | Aços para Fins Elétricos e Magnéticos

4 - Metais e ligas para a indústria elétrica

Costuma-se dividir os materiais magnéticos para a indústria elétrica em dois grupos:

 

a) Materiais de alta permeabilidade e baixa força coerciva, ou materiais magneticamente moles.

 

b) Materiais de alta força coerciva, magneticamente duros, ou ímãs permanentes. Neste grupo, a permeabilidade não é uma característica importante.

 

As designações, magneticamente mole ou duro, apesar de não se destinarem a descrever a dureza mecânica desses materiais, mas sua resistência à desmagnetização, de um modo geral, também representa seu comportamento mecânico.

 

Na parte de aços para fins magnéticos, serão denominados ferro ou ligas de ferro, aos materiais magneticamente moles, nos quais o carbono existente ocorre mais como impureza do que como elemento de liga.

 

As ligas de ferro para ímãs permanentes que possuem teores mais elevados de carbono são denominadas aços.

 

 

 

4.1 – Materiais magneticamente moles

 

Este é o grupo mais importante dos materiais magnéticos. Trata-se de materiais que necessitam ter alta intensidade de saturação, alta permeabilidade e uma força coerciva bem pequena. A remanência pode ser baixa ou alta,conforme o tipo de aplicação. Por exemplo, num relé sensível, de desligamento rápido, necessita-se um material de baixa remanência para reduzir o agarramento quando se corta o campo magnetizante.

 

Na aplicação em corrente alternada necessita-se de ligas de baixa histerese e de alta resistividade para diminuir a perda do núcleo.

 

- Ferro, níquel e cobalto – Dentre os materiais magneticamente moles deve-se estudar em primeiro lugar os três elementos ferromagnéticos mais comuns: ferro, níquel e cobalto.

 

O ferro quimicamente puro é o que apresenta melhores característica magnéticas, mas seu preço é muito elevado para as aplicações normais. Para substituí-lo, usam-se os aços extra-doces, que apesar de inferiores, dão resultados satisfatórios.

 

O Ni e o Co são elementos menos ferromagnéticos do que o Fe e de preço mais elevado.

 

A Tabela 138 dá a variação da indução B com a força magnetizante H para esses 3 elementos. O ferro é indicado para quase toas as aplicações em corrente contínua. Para corrente alternada não é indicado, pois possui baixa resistividade (10 µom-cm), de modo que as perdas por correntes de Foucault são elevadas.

 

Tabela 138 – Variação da indução B com a força magnetizante H

 

H (oersted)

B (gauss)

Ferro

Níquel

Cobalto

20

15500

5100

1200

40

16200

5500

2800

60

16800

5700

4400

80

17300

5800

6000

100

17700

5900

6800

120

17900

6000

7500

 

 

- Ligas ferro-silício – Estas são as ligas de maior consumo na indústria de produtos elétricos. As adições de silício ao ferro aumentam consideravelmente sua resistividade, como mostra a figura 191; portanto diminui a perda do núcleo. O silício diminui a intensidade de saturação do ferro, mas não afeta apreciavelmente a permeabilidade e a perda por histerese.

 

 

Fig. 191 – Efeito do silício na resistividade do ferro.

 

 

Do ponto de vista das propriedades mecânicas, observa-se que o silício acima de certos teores torna o material frágil e difícil de ser trabalhado. Esse comportamento, como se vê na figura 192 (270), depende da temperatura. Para cada composição, existe uma temperatura mínima necessária para o trabalho mecânico. Por exemplo, para temperatura ambiente o referido gráfico mostra que o teor máximo de silício é de 3,5%.

 

  

Fig. 192 – Efeito da porcentagem de silício e da temperatura no comportamento dúctil ou frágil das ligas Fe-Si. A curva foi determinada por um dobramento e endireitamento completo.

 

 Uma das ligas mais importantes desta categoria é o Hipersil, com 3,25% do Si.

 

As ligas Fe-Si, com este teor de silício apresentam a anisotropia magnética do ferro puro, de modo que, com seqüências de encruamentos críticos por laminação e recristalização controlada, a maioria dos grãos fica com um plano (100) no plano da laminação e com uma direção [100] na direção da laminação.

 

A curva de magnetização do Hipersil aproxima-se bastante da de um anel quadrado cortado de um cristal único de Fe-Si (3,9%), com um lado paralelo à direção [100].

 

A Tabela 139 (269) enumera alguns tipos de ligas Fe-Si, fabricadas na forma de chapas. Seu emprego faz-se em:

 

1) Motores fracionários de baixo custo, para uso intermitente.

 

2) Motores fracionários e peças polares e outros circuitos magnéticos de alta permeabilidade.

 

3) Motores e geradores da melhor qualidade. Transformadores pequenos para uso intermitente, relés e reatores.

 

4) Motores e geradores de eficiência média. Transformadores pequenos e reatores.

 

5) Motores e geradores de alta eficiência e tamanho médio. Transformadores de uso intermitente, reatores, medidores elétricos, peças polares laminadas.

 

6) Transformadores de alta eficiência, para redes de distribuição.

 

7) Todos os tipos de transformadores, para redes de distribuição e máquinas elétricas de alta eficiência.

 

Convém mencionar que as ligas ferro-silício para fins elétricos são produzidas na forma de chapas laminadas a frio e recozidas, em dois tipos: de grão orientado e de grão não-orientado.

 

As ligas de grão orientado apresentam baixa perda elétrica e elevada permeabilidade magnética, propriedades requeridas para aplicações como núcleos de transformadores e geradores de potência.

 

As de grão não-orientado, também produzidas por laminação a frio e recozidas, apresentam excelente permeabilidade em altas induções, baixo valor médio de perdas magnéticas e nelas pode aplicado um revestimento isolante. São empregadas em amplificadores magnéticos, transformadores de potência e distribuição, geradores para usinas hidroelétricas, pequenos motores de corrente contínua e motores de corrente alternada de tamanho médio, medidores de energia, transformadores reguladores de tensão, transformadores para aparelhos de rádio e televisão, transformadores para máquinas de soldagem, motores para aparelhos eleltro-domésticos, reatores de lâmpadas fluorescentes, peças polares, núcleos de relés, etc.

 

 

Tabela 139 – Propriedades físicas e magnéticas típicas de chapas de Fe-Si

 

Teor aproximado de Si, %

Tipo ou Marca

Resistividade de micro-ohms-cm

Perda do núcleo máxima (watts-kg em 60 ciclos)

Limite de resistência à tração

Alongamento em 25 mm %

Emprego

kgf/mm2

MPa

0,25/0,30

“Campo”

28

5,1

-

-

-

(1)

0,50/0,60

“Armadura”

28

3,4

31,0

300

25

(2)

1,25/1,50

“Elétrico”

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