Que tipos de aço elétrico estão disponíveis?

Bobina de aço elétrica de aço GNEE

Aço elétrico de grão orientado (GOES)

O processo de produção do GOES foi desenvolvido pelo pesquisador americano Norman P Goss na década de 1930. Uma chapa de aço é laminada de uma maneira particular (com a chamada redução crítica de espessura), o que cria sementes de grãos que ficam alinhadas com a direção de laminação. Durante o subsequente tratamento térmico e recristalização, os grãos crescem a partir das sementes até preencherem todo o volume.

Cada grão é, portanto, alinhado e as propriedades magnéticas são maximizadas ao longo da direção de laminação, que também é chamada de direção de "magnetização fácil". (A magnetização a 90º nesta direção é “dura” e a 60º é “mais difícil” – um resultado direto da orientação do grão). Isto significa que o GOES é muito útil em aplicações onde o fluxo magnético tem que ser guiado numa direção específica, por exemplo, num braço de um transformador.

GOES geralmente contém cerca de 96,5% de ferro, 3% de silício e 0,5% de outros elementos. O silício reduz as perdas e auxilia no alinhamento do crescimento dos grãos. Do ponto de vista magnético a quantidade ótima de silício é na verdade de 6,5%, onde as perdas são ainda menores, a permeabilidade atinge o máximo e o aço não apresenta magnetostricção, que é a principal causa do ruído acústico gerado pelos transformadores. No entanto, o aço com 6,5% de silício é tão frágil que não pode ser cortado ou perfurado mecanicamente, por isso precisa ser cortado com laser ou outras técnicas especializadas. Uma abordagem alternativa é cortar material regular com 3% de silício e infundi-lo com mais silício após o corte.

Ao longo dos anos, houve muitas modificações e melhorias no processo de fabricação do GOES, levando, mais importante, à redução das perdas por um fator de dez ou mais. O processo de produção utilizado atualmente tem mais de 20 etapas, o que significa que o GOES é muito mais caro que o aço para construção. No entanto, ainda é muito mais barato do que outras alternativas magnéticas, como ligas de níquel e cobalto.

Uma das maneiras pelas quais o desempenho magnético do GOES foi aprimorado é pela adição de uma camada de revestimento especial que induz tensão de tração na superfície da chapa. Isto melhora a permeabilidade do GOES e reduz as perdas. O resultado é que o aço fabricado desta forma pode trabalhar com maior magnetização (B) do que os tipos mais convencionais. Este processo é frequentemente referido pelo seu nome comercial patenteado "Hi-B".

Também houve testes de laboratório do chamado aço de "orientação dupla", que possui duas direções ortogonais "fáceis", alcançadas pelo crescimento adequado dos grãos. O processo de produção para isso é, no entanto, ainda mais caro e o material ainda não encontrou aplicação comercial em volume.

As espessuras predominantes para GOES usados ​​comercialmente são {{0}},35 mm (mais barato), 0,27 mm e 0,23 mm (mais caro). O preço normalmente é de alguns dólares americanos por quilograma.

Aço elétrico não orientado (NOES)

No NOES os grãos são muito menores, geralmente menores que 0,1 mm. Eles não são orientados em nenhuma direção específica. Muito pelo contrário – eles devem ser distribuídos o mais aleatoriamente possível para fornecer simetria de carregamento. Isso ocorre porque os NOES são utilizados em núcleos de máquinas rotativas onde o fluxo magnético gira e muda de posição o tempo todo nos “dentes” das laminações. O processo de fabricação é mais simples do que o do GOES e o aço é, portanto, mais barato – geralmente menos da metade do preço.

Como o NOES é produzido em chapas mais espessas (00,35 mm e mais), a punção é mais difícil e há mais deformações mecânicas e tensões introduzidas durante o corte. Isto degrada o desempenho magnético e nem sempre pode ser tolerado. Nestes casos, as laminações devem ser recozidas após o corte para melhorar as suas propriedades magnéticas. Como resultado, os NOES estão disponíveis em dois tipos principais: totalmente processados, que não requerem recozimento, e semiprocessados, para os quais é necessário tratamento térmico final.

Outro fator importante também é o teor de silício. A adição de silício reduz ligeiramente a magnetização de saturação. Isto é importante em máquinas rotativas, nas quais os dentes podem trabalhar em condições saturadas. O torque mecânico da máquina rotativa é proporcional ao quadrado da magnetização, portanto, mesmo uma pequena melhoria na magnetização é justificada pelos ganhos significativos de torque resultantes. Por esta razão, quando o desempenho mecânico é de primordial importância, o teor de silício é frequentemente reduzido para níveis muito mais baixos (às vezes até abaixo de 0,5%). Isto melhora o torque, mas é claro que resulta em maiores perdas por correntes parasitas, que só podem ser reduzidas diminuindo a espessura das laminações utilizadas.

O NOES é frequentemente utilizado para pequenos transformadores baratos para eletrodomésticos, onde o preço do dispositivo é um fator crucial.