Aços são materiais que se encontram nas mais diversas formas, composições, microestruturas e aplicações, sendo fundamentais para a existência do mundo moderno como vemos atualmente. Hoje, veremos um tipo de aplicação em que o aço se destaca absolutamente como matéria-prima, mas que muitas pessoas desconhecem. Tratam-se dos aços para fins elétricos, que têm como foco a otimização de suas propriedades magnéticas.
Aços elétricos têm elevada capacidade em amplificar milhares de vezes um campo magnético externamente aplicado, conhecida como permeabilidade magnética. No entanto, cada vez que são magnetizados e desmagnetizados, perdem parte da energia fornecida na forma de calor, característica conhecida como perdas magnéticas. Perdas e permeabilidade são as propriedades magnéticas de maior importância para esse grupo de materiais, os quais são normalmente utilizados como matéria-prima de máquinas elétricas, como motores e transformadores.
A classe de aços para fins elétricos é dividida em dois grandes grupos: grãos orientados (GO) e grãos não orientados (GNO). No primeiro caso, o material apresenta acentuada anisotropia de suas propriedades magnéticas, isto é, elas são otimizadas em uma direção específica. Assim, são adequadas a máquinas como transformadores. Em motores elétricos, no entanto, onde há a presença de um campo magnético girante, materiais com propriedades magnéticas mais homogêneas em todas as direções são mais adequados. Nesse caso, são utilizados materiais de grãos não orientados para sua fabricação.
Aços GNO (esquerda) e GO (direita).
A composição química, microestrutura e dimensões desses materiais pode ser trabalhada de forma a otimizar as propriedades magnéticas. O que é feito convencionalmente quanto a cada um deles é:
– Composição química: Os teores de carbono devem ser mínimos, para que não sejam precipitados carbonetos no metal ao longo da vida das máquinas elétricas, fenômeno conhecido como envelhecimento magnético. Carbonetos atrapalham a movimentação dos domínios magnéticos, que é o que permite a magnetização do material. Elementos como silício e alumínio também podem ser encontrados, visto que aumentam a resistividade do aço e diminuem a circulação de correntes parasitas no mesmo, o que diminui as perdas magnéticas desses materiais. No entanto, por não serem ferromagnéticos, diminuem a capacidade do material de amplificar campos magnéticos externos, isto é, a permeabilidade. Assim, a presença e os teores desses elementos dependem de qual propriedade é mais relevante para a aplicação do produto.
– Microestrutura: Existem tamanhos de grãos ideais para a otimização das propriedades magnéticas. Quanto maior for o grão, menor a densidade de contornos de grão, que são defeitos que atrapalham na movimentação de domínios do material e consequentemente a sua magnetização. No entanto, chega-se a um ponto em que o aumento do tamanho de grão aumenta também as perdas magnéticas, devido a um fator conhecido como perda anômala, que ainda é objeto de estudo. Assim, grãos de 100 a 150 µm são recomendados.
– Dimensões: Quanto maior o volume de um aço, maior a circulação de correntes parasitas (ou de Foucault) no mesmo, o que gera dissipação de energia e aumenta as perdas magnéticas. Assim, aços elétricos são normalmente empregados em espessuras bastante finas, na ordem de 0,23 a 1,0 mm.
Aos interessados em aços para fins elétricos, o Brasil conta com um forte grupo de pesquisa na área, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). Ele localiza-se no estado de São Paulo.
Fontes:
BOHN, F. et al. Propriedades magnéticas de aços elétricos de grão não orientado. In: XVI Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 2004, Porto Alegre.
LANDGRAF, F.J.G. Propriedades Magnéticas de Aços para fins Elétricos. São Paulo – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo