Este trabalho visa discutir o efeito do tratamento térmico de recuperação nas propriedades magnéticas e mecânicas de aços elétricos, correlacionando variações em suas propriedades, com modificações em sua estrutura de deformação e na formação de subgrãos. O trabalho utilizou duas chapas laminadas de aço elétrico com 0,7% de silício, as chapas foram laminadas a frio com 5% e 10% de redução respectivamente. A partir dessas chapas foram realizados tratamentos térmicos a 300, 400, 500, 600 e 700°C para observar variações em suas propriedades. Para as medidas magnéticas, foram realizados ensaios em quadro de Epstein em esquema quase-estático e para ensaio em frequência. Os ensaios em frequência foram realizados para 25, 50, 60, 75, 100, 125, 150 e 175Hz com induções máximas de 1 e 1,5T. Quanto aos ensaios mecânicos, foi realizado ensaios de tração para a obtenção das propriedades mecânicas analisadas. A partir dos resultados obtidos, pode observar-se que as propriedades magnéticas são mais sensíveis à recuperação do que as propriedades mecânicas, isso se deu devido ao fato de que as propriedades mecânicas dependem mais da densidade de discordâncias, enquanto as propriedades magnéticas dependem tanto da densidade de discordâncias quanto da tensão interna do material. / The presented work aims to discuss the effect of recovery annealing on the mechanical and magnetic properties of electrical steels, analyzing the effects of the change in the dislocation structure and subgrain formation on the properties measured. In this thesis it was utilized two cold rolled sheets of silicon steel possessing 0.7% silicon, the sheets were cold rolled with 5 and 10% reduction respectively. Using these sheets, annealing at 300, 400, 500, 600 and 700°C were performed, so that variations of their properties could be observed. The magnetic properties were obtained using Epstein frame. The measures used frequencies of 25, 50, 60, 75, 100,125,150 and 175Hz and maximum inductions of 1 and 1.5T. The mechanical properties were obtained from the stress-strain curves generated from the tensile test. Observing the results it was noted that the magnetic properties are more sensitive to the recovery annealing than the mechanical ones, this occurred due to the magnetic properties being depended on the dislocation density and internal stress, while the mechanical properties are dependent only on the dislocation density.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285384.pdf: 9087661 bytes, checksum: 6020bf1927cd652cbab98d570ca3c353 (MD5) / Aços para fins elétricos apresentam-se como um produto economicamente importante dentro do mercado de aços, tendo sua demanda crescente ao longo dos anos. Dentro deste mercado, soluções de custo e qualidade são mandatórias para que as indústrias siderúrgicas se mantenham competitivas. Neste contexto, esta dissertação se propôs a desenvolver aços elétricos totalmente processados em recozimento em caixa, como solução de custo para os consumidores de aços elétricos. Paralelamente, foram produzidos aços elétricos semi processados para atender as demandas do mercado de aços semi processados e, principalmente, para servir de comparação com os aços totalmente processados. Este estudo foi conduzido com dois aços para fins elétricos: aço baixo carbono e o aço ultra baixo carbono. Ambos os aços foram processados de forma similar nos processos entre o lingotamento contínuo e a laminação a frio, sofrendo diferenciações em processo no recozimento em caixa e no laminador de encruamento. Retiraram-se amostras nos produtos gerados após a laminação a frio e a laminação de encruamento, tendo a metade destas amostras sido processadas no recozimento térmico final. Ensaios eletromecânicos e suas respectivas análises foram realizados nas amostras a fim de estudar o efeito de alguns dos parâmetros do processo siderúrgico sobre as propriedades eletromecânicas desses materiais. Os resultados obtidos mostraram que o aço baixo carbono não é indicado para a utilização como aço totalmente processado devido à alta perda magnética e à baixa permeabilidade magnética. Esse mesmo aço como semi processado obteve seu melhor resultado de perda magnética igual a 7W/kg com uma permeabilidade magnética relativa de 2151 à 60Hz e 1,5T. O melhor resultado obtido no estudo foi para o aço ultra baixo carbono semi processado, com uma perda magnética de 5 W/kg e uma de permeabilidade magnética relativa 2973 à 60Hz e 1,5T. Para este mesmo aço, como totalmente processado, o melhor resultado obtido foi para perda magnética de 9 W/kg e de 1626 de permeabilidade magnética relativa (60Hz e 1,5T). Indicam-se também soluções para melhorar o desempenho do aço ultra baixo carbono totalmente processado para torná-lo competitivo no mercado.

Recozimentos realizados nos aços elétricos semiprocessados pelos fabricantes de motores sem um controle adequado da descarbonetação pode resultar em regiões das läminas com pequeno tamanho de grão e consequentemente aumento das perdas magnéticas com queda no rendimento dos motores elétricos. A maioria dos fabricantes de motores nacionais utilizam este tipo de aço e fazem internamente o recozimento final em fornos contínuos com atmosfera à base de nitrogênio com cerca de 5 a 10% de H2 e uma pequena fração de vapor dágua suficiente para gerar uma atmosfera que reaja com o carbono do aço, removendo-o. Caso esta descarbonetação não seja realizada com êxito há uma perda significativa no rendimento do motor pela aumento das perdas magnéticas. Amostras comerciais de diferentes aços com variados teores de carbono foram selecionadas para avaliar a influência do teor de carbono, do grau de redução, do tempo e da atmosfera do forno no aumento do tamanho de grão e nas perdas magnéticas. Foram realizados recozimentos a vácuo e em atmosfera descarbonetante. Medições de perdas magnéticas e do tamanho de grão além da avaliação da microestrutura foram efetuados para determinar esta influência. Foi verificado que no recozimento a vácuo, mesmo em variados graus de deformação, amostras com o teor de carbono inicial maior que 300 ppm, tiveram um significativo atraso no aumento do tamanho de grão. Nas situações em que não ocorreu significativo aumento do TG as perdas magnéticas apresentaram valores altos e 9 indesejáveis. Por outro lado amostras isentas de deformação não apresentaram aumento significativo do tamanho de grão mesmo com descarbonetação durante o recozimento. Foi verificado ainda que a formação de grãos colunares ocorre em faixas de deformação específicas, em recozimentos com descarbonetação para aços com mais de 300 ppm de carbono e onde haja um rápido aquecimento da amostra até a temperatura de recozimento. / Annealing applied by the motors plants that are made on the semi processed electrical steels without an exact and precisious control of the decarburization on the lamination can brings undesirable results on the grain size coarsening and as a result an increasing on the core losses with a significant depreciation on the efficiency of the electrical motors. Most of the domestic motors fabrics make use of this kind of electrical steel and they do on their process the final annealing on continuous furnaces with atmospheres based on nitrogenium with around 5 until 10% of hidrogeniun and a little fraction of water vapor enough to generate an atmosphere that reacts to the carbon from the steel, eliminating it. If this decarburization is not been made sucessfully there will be an effective loss on the motor efficiency due the incresing on the core losses. Commercial samples from different steels with several carbon contents were choosen to evaluate the influence of carbon content, strain grade, time and furnace atmosphere on the grain size coarsening and core losses. It was effetived vacumn and decarburizing annealing. Core losses and grain size measurements were made in addition to the evaluation of the microstructure to determine this influence. It was verified that on the vacumn annealing, even on differents strain reductions grades, the samples with initial carbon content bigger than 300 ppm, had a meaninfull late on the grain size increase. On the situation that do not occurred a significative increase on the grain size the core losses presented undesirable high values. On the other hand samples without strain did not presented a significative increase on the grain size even with decarburization during the annealing. It was still verified that the columnar grain formation occur on specific strain grades, on decarburizing annealing and to more than 300 ppm carbon content steels. In addition where there is a fast heating rate until the annealing temperature.

Recozimentos realizados nos aços elétricos semiprocessados pelos fabricantes de motores sem um controle adequado da descarbonetação pode resultar em regiões das läminas com pequeno tamanho de grão e consequentemente aumento das perdas magnéticas com queda no rendimento dos motores elétricos. A maioria dos fabricantes de motores nacionais utilizam este tipo de aço e fazem internamente o recozimento final em fornos contínuos com atmosfera à base de nitrogênio com cerca de 5 a 10% de H2 e uma pequena fração de vapor dágua suficiente para gerar uma atmosfera que reaja com o carbono do aço, removendo-o. Caso esta descarbonetação não seja realizada com êxito há uma perda significativa no rendimento do motor pela aumento das perdas magnéticas. Amostras comerciais de diferentes aços com variados teores de carbono foram selecionadas para avaliar a influência do teor de carbono, do grau de redução, do tempo e da atmosfera do forno no aumento do tamanho de grão e nas perdas magnéticas. Foram realizados recozimentos a vácuo e em atmosfera descarbonetante. Medições de perdas magnéticas e do tamanho de grão além da avaliação da microestrutura foram efetuados para determinar esta influência. Foi verificado que no recozimento a vácuo, mesmo em variados graus de deformação, amostras com o teor de carbono inicial maior que 300 ppm, tiveram um significativo atraso no aumento do tamanho de grão. Nas situações em que não ocorreu significativo aumento do TG as perdas magnéticas apresentaram valores altos e 9 indesejáveis. Por outro lado amostras isentas de deformação não apresentaram aumento significativo do tamanho de grão mesmo com descarbonetação durante o recozimento. Foi verificado ainda que a formação de grãos colunares ocorre em faixas de deformação específicas, em recozimentos com descarbonetação para aços com mais de 300 ppm de carbono e onde haja um rápido aquecimento da amostra até a temperatura de recozimento. / Annealing applied by the motors plants that are made on the semi processed electrical steels without an exact and precisious control of the decarburization on the lamination can brings undesirable results on the grain size coarsening and as a result an increasing on the core losses with a significant depreciation on the efficiency of the electrical motors. Most of the domestic motors fabrics make use of this kind of electrical steel and they do on their process the final annealing on continuous furnaces with atmospheres based on nitrogenium with around 5 until 10% of hidrogeniun and a little fraction of water vapor enough to generate an atmosphere that reacts to the carbon from the steel, eliminating it. If this decarburization is not been made sucessfully there will be an effective loss on the motor efficiency due the incresing on the core losses. Commercial samples from different steels with several carbon contents were choosen to evaluate the influence of carbon content, strain grade, time and furnace atmosphere on the grain size coarsening and core losses. It was effetived vacumn and decarburizing annealing. Core losses and grain size measurements were made in addition to the evaluation of the microstructure to determine this influence. It was verified that on the vacumn annealing, even on differents strain reductions grades, the samples with initial carbon content bigger than 300 ppm, had a meaninfull late on the grain size increase. On the situation that do not occurred a significative increase on the grain size the core losses presented undesirable high values. On the other hand samples without strain did not presented a significative increase on the grain size even with decarburization during the annealing. It was still verified that the columnar grain formation occur on specific strain grades, on decarburizing annealing and to more than 300 ppm carbon content steels. In addition where there is a fast heating rate until the annealing temperature.

O uso das ferritas de manganês zinco em fontes de potência de carregadores de bateria vem crescendo nos últimos anos, devido a suas baixas perdas magnéticas em induções da ordem de 0,2 T. Estas ferritas pertencem à categoria de ferritas moles, são óxidos ferrimagnéticos, policristalinos com estrutura cúbica tipo espinélio. Pós desse material foram compactados em prensa uniaxial e em prensa automática de produção para anel e toróide, respectivamente. Foram realizados dois ciclos de queima variando o teor de oxigênio entre 5 e 15%, no patamar de sinterização, com o propósito de avaliar seu efeito na densidade, microestrutura, perdas magnéticas em altas induções (0,2 T) e permeabilidade. Amostras sinterizadas em posições mais quentes do forno resultaram em maior densidade e maior tamanho de grão, conforme esperado, mas resultaram em maiores perdas a 25 °C. O aumento do teor de oxigênio entre 5 e 15% não alterou sistematicamente a densidade, mas resultou num pequeno aumento do tamanho de grão. Já a correlação entre teor de oxigênio e perdas foi complexa. Foi observado que existe uma temperatura de mínimo nas perdas totais por volta de 60 °C. O mesmo comportamento foi observado na curva da perda histerética, compatível com a variação da constante de anisotropia magnetocristalina (K1). Foram realizados ensaios de curvas de histerese a partir de 25 até 100 °C, a 0,2 T com o objetivo de avaliar o efeito da temperatura nas duas parcelas da perda histerética. Amostras sinterizadas a 1290 °C com a menor pressão de oxigênio apresentaram menor temperatura de mínimo de perda. As técnicas de análise química do teor de Fe2+ não foram capazes de estabelecer, inequivocamente, a esperada relação entre essa variável e o teor de oxigênio da atmosfera de sinterização. / The use of manganese zinc ferrite in power sources of battery chargers is growing, due to its low magnetic power losses at inductions around 0.2 T. These ferrites belong to the soft magnetic materials group, they are polycrystalline ferromagnetic oxides with face centered cubic structure. Powders of this material were compacted in uniaxial press and in automatic press of production, by ring and toroidal form, respectively. Two firing cycles, varying the atmosphere oxygen content between 5 and 15%, were applied to evaluate its effect on microstructure, density, magnetic losses in high induction and permeability. Samples sintered in warmer positions inside the furnace resulted in higher density and larger grain size, as expected, but higher losses at 25 °C were achieved. Increasing the atmosphere oxygen content from 5 to 15% did not alter density significantly, but resulted in a slight increase in grain size. On the other hand, the correlation between oxygen content and losses was complex. There are lower losses, at 60 °C. Similar behavior was observed with hysteresis loss, which is compatible with the change in magnetocrystalline magnetic anisotropy (K1). Measurements were performed from 25 to 100 °C, at 0.2 T, aiming at the evaluation of the effect of temperature on the two parcels of hysteresis loss. Samples sintered at 1290 °C with low atmosphere oxygen content showing a minimum on the losses versus temperature curve. The available techniques to analyze Fe2+ content were not capable of establishing, unequivocally, the expected relation between this variable and the oxygen content of the sintering atmosphere.

O uso das ferritas de manganês zinco em fontes de potência de carregadores de bateria vem crescendo nos últimos anos, devido a suas baixas perdas magnéticas em induções da ordem de 0,2 T. Estas ferritas pertencem à categoria de ferritas moles, são óxidos ferrimagnéticos, policristalinos com estrutura cúbica tipo espinélio. Pós desse material foram compactados em prensa uniaxial e em prensa automática de produção para anel e toróide, respectivamente. Foram realizados dois ciclos de queima variando o teor de oxigênio entre 5 e 15%, no patamar de sinterização, com o propósito de avaliar seu efeito na densidade, microestrutura, perdas magnéticas em altas induções (0,2 T) e permeabilidade. Amostras sinterizadas em posições mais quentes do forno resultaram em maior densidade e maior tamanho de grão, conforme esperado, mas resultaram em maiores perdas a 25 °C. O aumento do teor de oxigênio entre 5 e 15% não alterou sistematicamente a densidade, mas resultou num pequeno aumento do tamanho de grão. Já a correlação entre teor de oxigênio e perdas foi complexa. Foi observado que existe uma temperatura de mínimo nas perdas totais por volta de 60 °C. O mesmo comportamento foi observado na curva da perda histerética, compatível com a variação da constante de anisotropia magnetocristalina (K1). Foram realizados ensaios de curvas de histerese a partir de 25 até 100 °C, a 0,2 T com o objetivo de avaliar o efeito da temperatura nas duas parcelas da perda histerética. Amostras sinterizadas a 1290 °C com a menor pressão de oxigênio apresentaram menor temperatura de mínimo de perda. As técnicas de análise química do teor de Fe2+ não foram capazes de estabelecer, inequivocamente, a esperada relação entre essa variável e o teor de oxigênio da atmosfera de sinterização. / The use of manganese zinc ferrite in power sources of battery chargers is growing, due to its low magnetic power losses at inductions around 0.2 T. These ferrites belong to the soft magnetic materials group, they are polycrystalline ferromagnetic oxides with face centered cubic structure. Powders of this material were compacted in uniaxial press and in automatic press of production, by ring and toroidal form, respectively. Two firing cycles, varying the atmosphere oxygen content between 5 and 15%, were applied to evaluate its effect on microstructure, density, magnetic losses in high induction and permeability. Samples sintered in warmer positions inside the furnace resulted in higher density and larger grain size, as expected, but higher losses at 25 °C were achieved. Increasing the atmosphere oxygen content from 5 to 15% did not alter density significantly, but resulted in a slight increase in grain size. On the other hand, the correlation between oxygen content and losses was complex. There are lower losses, at 60 °C. Similar behavior was observed with hysteresis loss, which is compatible with the change in magnetocrystalline magnetic anisotropy (K1). Measurements were performed from 25 to 100 °C, at 0.2 T, aiming at the evaluation of the effect of temperature on the two parcels of hysteresis loss. Samples sintered at 1290 °C with low atmosphere oxygen content showing a minimum on the losses versus temperature curve. The available techniques to analyze Fe2+ content were not capable of establishing, unequivocally, the expected relation between this variable and the oxygen content of the sintering atmosphere.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo Salas Maldonado.pdf: 8231425 bytes, checksum: b5b33a872944836efb47f1af38ff5d3c (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a state of the art synthesis about the characterization and losses in iron under the focus of Electrical Engineering; it is intended to understand and to generate aids to ferromagnetic materials characterization at low cost, applied in the evaluation of electromagnetic parameters and energetical e_ciency of electromagnetic devices, using a qualitative view of complex electromagnetic phenomena, helping in the comprehension and in the study of the electrical machines project. / Este trabalho apresenta uma síntese do estado da arte sobre as caracterizações e perdas no ferro sob o enfoque da Engenharia Elétrica; pretende-se compreender e gerar subsídios para a caracterização de materiais ferromagnéticos a baixo custo, aplicado na avaliação de parâmetros eletromagnéticos e de eficiência energética de dispositivos eletromagnéticos, através de uma visão qualitativa dos fenômenos eletromagnéticos complexos auxiliando na compreensão e estudo do projeto de máquinas elétricas.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-22T18:13:24Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-30T15:46:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-30T15:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-26 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Initially in this work, are presented the development and implementation of a new methodology to control the magnetic induction waveform, which was inserted into the automated measurement system for the characterization of soft magnetic materials, called SCaMMa. In the sequence, studies related to the magnetic hysteresis and to the magnetic losses, especially in silicon steels, are presented. The magnetic hysteresis in silicon steels has been analysed through the inverse version of the Jiles–Atherton classical model and through a modified one found in the literature. Concerning the determination of its parameters, the theory and the computational implementation of the heuristic method known as “Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)” have been addressed. Within this context, it was possible to investigate two drawbacks of the Jiles–Atherton model: i) the modeling of the so–called inner loops; and ii) the modeling of the minor loops. In the study of the magnetic losses in silicon steels, it was employed in this work the Bertotti´s model, which establishes the total magnetic losses division in three independent components: hysteresis losses, classical losses, and excess losses. It was investigated two versions of this model, so–called B1 and B2, in which the magnetic hysteresis losses are modeled respectively through the Steinmetz´s model and through the theory of two–portion hysteresis losses subdivision: the one so-called high induction hysteresis losses, and the other, low induction hysteresis losses. Due to some failures, a new approach was chosen reviewing two of the model coefficients calculation: the one related to the classic loss, and the other related to the excess loss. After this reviewing, the magnetic loss models could present predictions that are more exact. / Apresenta-se inicialmente neste trabalho o desenvolvimento e a implementação de uma nova metodologia para controlar a forma de onda da indução magnética, a qual foi inserida no sistema de medição automatizado para a caracterização de materiais magnéticos moles, denominado SCaMMa. Na sequência, apresentam-se estudos relativos à histerese magné- tica e às perdas magnéticas que ocorrem nesses materiais, especialmente os aços para fins elétricos. A histerese magnética em aços para fins elétricos foi abordada através da versão inversa do modelo clássico de Jiles–Atherton e através de uma versão modificada, encontrada na literatura, desse mesmo modelo. Em relação à determinação dos parâmetros desse modelo, são abordadas a teoria e a implementação computacional do método heurístico conhecido como “Algoritmo do Embaralhamento dos Sapos Saltitantes” (tradução livre de Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)). Nesse contexto, pôde-se investigar duas deficiências do modelo de Jiles–Atherton: modelagem dos laços de histerese ditos internos e modelagem dos laços de histerese menores. No estudo das perdas magnéticas em aços elétricos, empregou–se o modelo de Bertotti, o qual estabelece a divisão das perdas magnéticas totais em três componentes independentes: perdas por histerese, perdas clássicas e perdas em excesso. Foram investigadas duas versões desse modelo, os modelos denominados B1 e B2, nos quais as perdas por histerese são modeladas respectivamente através do modelo de Steinmetz e da teoria de subdivisão destas perdas em duas outras: perdas por histerese em altas e em baixas induções. Diante de alguns insucessos, optou-se por uma nova abordagem desse assunto, fazendo uma revisão do cálculo dos coeficientes relacionados à perda clássica e à perda em excesso desses modelos. Essa revisão se mostrou bastante efetiva, no sentido de que a partir de então, os modelos de previsão de perdas possibilitaram a obtenção de resultados mais exatos.