Materiales por propiedades físicas

materiales ferromagnéticos

acero eléctrico, también llamado acero magnético, acero al silicio, o acero para transformadores, es un acero especial fabricado para poseer determinadas propiedades magnéticas, tales como una zona de histéresis pequeña (poca disipación de energía por ciclo), que equivale a bajas pérdidas en el núcleo y una alta permeabilidad magnética.

El material se fabrica habitualmente en forma de chapas laminadas en frío de 2 mm de espesor o menos. Estas chapas se apilan y una vez reunidas, forman los núcleos de transformadores o de estatores y rotores de motores eléctricos. Las láminas se pueden cortar a su forma final mediante troquelado; para cantidades pequeñas, el material se puede cortar con láser o por electroerosión.

Metalurgia

El acero eléctrico es una aleación de hierro con un contenido de silicio que varía de cero a 6,5% (Si:5Fe). El silicio aumenta significativamente la resistencia eléctrica del acero, lo que disminuye las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético y por lo tanto reduce las pérdidas en el núcleo. Se pueden añadir también manganeso y aluminio hasta en una proporción de 0,5%.

Sin embargo, la estructura del grano así logrado aumenta tanto la dureza como la fragilidad del metal, lo cual trae desventajas durante la laminación. Durante el proceso de aleación, los niveles de concentración de carbono, azufre, oxígeno y nitrógeno deben mantenerse bajos, ya que estos elementos elevan la presencia de carburos, sulfuros, óxidos y nitruros. La presencia de estos compuestos, aun en partículas tan pequeñas como un micrómetro de diámetro, aumenta las pérdidas por histéresis mientras que reduce la permeabilidad magnética. El carbono tiene un efecto más perjudicial que el azufre y el oxígeno, pues provoca una gradual reducción de las propiedades magnéticas al precipitar en forma de carburos, lo que a su vez resulta en un aumento de las pérdidas en el material. Por estas razones, el nivel de carbono se debe mantener en 0,005% o menos. Para reducirlo, se puede recocer el acero en un ambiente descarbonizante, por ejemplo, rico en hidrógeno.

Propiedades físicas

(valores típicos para un contenido de silicio ~3,1%)

• Punto de fusión: ~ 1500 °C¹
• Densidad: 7650 kg/m³
• Resistividad: 47,2 × 10^-8 Ω·m

Orientación del grano

Hay dos tipos principales de acero eléctrico: con grano orientado y no orientado.

Los aceros eléctricos de grano orientado normalmente tienen un nivel de 3% de silicio (Si:11Fe). Es procesado de tal manera que las propiedades óptimas se desarrollan en la dirección de la laminación, debido a un control estricto de la orientación de los cristales con respecto a la lámina. Debido a la orientación especial, la densidad de flujo magnético se incrementa en un 30% en la dirección de laminación, aunque su punto de saturación magnética se reduce en un 5%. Se utiliza para fabricar núcleos de transformadores de alta eficiencia y electroimanes.

El acero eléctrico no orientado por lo general tiene un nivel de silicio de 2 a 3,5% y tiene propiedades magnéticas isotrópicas, esto es, similares en todas las direcciones, por lo cual es menos costoso y es apropiado para su utilización en aplicaciones donde la dirección del flujo magnético no es rectilínea, mayormente en construcciones con simetría cilíndrica (máquinas eléctricas rotantes). También se utiliza cuando la eficiencia es menos importante o cuando la geometría de construcción no deja espacio suficiente para alinear apropiadamente los componentes y así aprovechar las propiedades anisotrópicas de las chapas eléctricas de grano orientado.

Revestimiento

El acero eléctrico suele ser recubierto para aumentar la resistencia eléctrica entre las láminas, para proporcionar resistencia a la corrosión u oxidación y lubricación durante el corte. Existen varios revestimientos, tanto orgánicos como inorgánicos y su utilización depende de la aplicación del acero.² El tipo de recubrimiento seleccionado depende del tipo de tratamiento térmico de las láminas, de si la aplicación incluye inmersión en aceite y de la temperatura de trabajo del aparato. La práctica tradicional consistía en aislar cada lámina con una capa de papel o de barniz, pero esto reduce el factor de apilamiento del núcleo, limitando la temperatura máxima de operación del núcleo.

Propiedades magnéticas

Las propiedades magnéticas del acero eléctrico dependen del tratamiento térmico, puesto que el aumento del tamaño medio de los cristales disminuye las pérdidas por histéresis. Las pérdidas por histéresis se determinan mediante una prueba estándar y para los grados comúnmente disponibles de acero eléctrico, pueden variar de 2 a 10 vatios por kilogramo para una frecuencia de 60 Hz y un flujo magnético de 1,5 teslas. Existen también aceros eléctricos semielaborados, los cuales son entregados en un estado tal que, después de darle a las chapas la forma final mediante troquelado, un posterior y último tratamiento térmico desarrolla el tamaño de grano deseado de 150 micrómetros. Los aceros totalmente elaborados generalmente se entregan con revestimiento aislante, tratamiento térmico completo, y propiedades magnéticas definidas, para aplicaciones donde la operación de troquelado no degrada significativamente las propiedades del material. Una curvatura excesiva, un tratamiento térmico incorrecto, o incluso una manipulación o almacenaje incorrectos del acero pueden afectar negativamente a las propiedades magnéticas y aumentar el ruido debido a la magnetostricción.

Acero amorfo

Para ciertos tipos de transformadores se utilizan núcleos de acero amorfo. Este material es un metal amorfo que se prepara vertiendo la aleación de acero fundido en un enfriador rotativo, que enfría el metal tan rápidamente (a una tasa de alrededor de un megakelvin por segundo) que los cristales no tienen tiempo de formarse. En los transformadores con núcleo de metal amorfo, las pérdidas debido al material del núcleo llegan a ser de tan sólo un tercio de las que ocurren en los núcleos de acero convencional. Sin embargo, su alto costo (aproximadamente el doble que el del acero convencional) y sus desventajosas propiedades mecánicas hacen que el uso del acero amorfo sea rentable sólo para determinados tipos de transformadores de distribución.

Acero eléctrico (acero al silicio / acero magnético) desempeña un papel vital en la generación, transmisión, distribución y uso de la energía eléctrica y es uno de los materiales magnéticos más importantes que se producen en la actualidad.
Los aceros eléctricos de grano-orientado es una aleación de hierro que normalmente tiene un nivel de 3% de silicio, con una muy baja pérdida de potencia y alta permeabilidad en la dirección de laminación para los transformadores de alta eficiencia.

El acero eléctrico no-orientado totalmente elaborado por lo general tiene un variado nivel de silicio y posee propiedades magnéticas. Tiene similares propiedades magnéticas en todas las direcciones en el plano de la hoja. Se utiliza principalmente para motores, generadores, alternadores, balastos, transformadores pequeños y una variedad de otras aplicaciones electromagnéticas.
 

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Acero Eléctrico de Grano No-Orientado ( CRNGO)

Mantenemos estrechas relaciones y a largo plazo con las fábricas reputadas en China, especialmente CSC en Taiwán. Podemos proveer el CRNGO de cualidad  primaria /secundaria / over-rolled en forma mensual según las necesidades espécificas de los clientes.

Type	T	CSC	BAOSTEEL	WISCO	NSC	JFE	TKS	POSCO	NLMK	AK
REGULAR	0.35	35CS210	B35A210		35H210	35JN210	M210-35A	35PN210
			B35A230		35H230	35JN230	M235-35A	35PN230
		35CS250	B35A250	35WW250	35H250	35JN250	M250-35A	35PN250	2413	M-15
			B35A270	35WW270	35H270	35JN270	M270-35A	35PN270	2412	M-19
		35CS300	B35A300	35WW300	35H300	35JN300	M300-35A	35PN300	2411	M-22/M-27
			B35A360	35WW360	35H360	35JN360		35PN360
				35WW400
		35CS440	B35A440	35WW440	35H440	35JN440		35PN455
			B35A550					35PN560
	0.5		B50A230		50H230	50JN230	M230-50A	50PN230
		50CS250	B50A250	50WW250	50H250	50JN250	M250-50A	50PN250
			B50A270	50WW270	50H270	50JN270	M270-50A	50PN270	2414
		50CS290	B50A290	50WW290	50H290	50JN290	M290-50A	50PN290	2413	M-15
			B50A310	50WW310	50H310	50JN310	M310-50A	50PN310	2412	M-19
		50CS350	B50A350	50WW350	50H350	50JN350	M350-50A	50PN350		M-22
			B50A400	50WW400			M400-65A	50PN400		M-27/M-36
			B50A470	50WW470	50H470	50JN470	M470-50A	50PN445	2214
		50CS600	B50A600	50WW600	50H600	50JN600	M600-50A	50PN595	2212
			B50A700	50WW700	50H700	50JN700	M700-50A	50PN760		M-47
		50CS800	B50A800	50WW800	50H800	50JN800	M800-50A	50PN890	2011
		50CS1000	B50A1000	50WW1000	50H1000	50JN1000	M940-50A	50PN1015
		50CS1300	B50A1300	50WW1300	50H1300	50JN1300	M1100-50A	50PN1270
	0.65	65CS470	B65A470				M470-65A	65PN470		M-43
		65CS600	B65A600				M600-65A	65PN595		M-45
			B65A700				M700-65A	65PN760
		65CS800	B65A800			65JN800	M800-65A	65PN890		M-47
			B65A1000			65JN1000	M1000-65A	65PN1015
			B65A1300			65JN1300	M1300-65A	65PN1270
HIB	0.35		B35AH230			35JNE230
		35CS250H	B35AH250			35JNE250
			B35AH300			35JNE300

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Acero Eléctrico de Grano-Orientado (CRGO)

Con casi una década de desarrollo, seguimos progresando e incrementando. En la actualidad, apoyándonos en la firme cadena de suministro que hemos mantenido con las 10 mejores acererías mundiales, somos capaces de suministrar CRGO de las siguientes cualidades: primera, over-rolled, exceso, secundaria, hojas, triángulo y desmantelado.

Type	T	WISCO	BAOSTEEL	NSC	JFE	TKS	POSCO	NLMK	AK
CGO	0.23		B23G110	23Z110		C110-23		3409
			B23G120			C120-23
	0.27	27Q120	B27G120	27Z120	27JG120	C120-27	27PG120	3407
		27Q130	B27G130	27Z130	27JG130	C130-27	27PG130	3406
		27Q140				C140-27		3405
	0.3	30Q120	B30G120	30Z120	30JG120		30PG120	3408
		30Q130	B30G130	30Z130	30JG130	C130-30	30PG130	3407
		30Q140	B30G140	30Z140	30JG140	C140-30	30PG140	3405
	0.35	35Q135	B35G135	35Z135	35JG135			3407
		35Q145	B35G145	35Z145	35JG145		35PG145	3406
		35Q155	B35G155	35Z155	35JG155		35PG155
HIB	0.23		B23P090	23ZH90	23JGH090	H090-23	23PH090
			B23P095	23ZH95	23JGH095	H095-23	23PH095
			B23P100	23ZH100	23JGH100	H100-23	23PH100		H-0
	0.27		B27P095	27ZH95			27PH095
		27QG100	B27P100	27ZH100	27JGH100	H103-27	27PH100
		27QG110	B27P110	27ZH110	27JGH110			3409	H-1
		27QG120						3408
	0.3	30QG100	B30P100	30ZH100			30PH100
		30QG105	B30P105	30ZH105	30JGH105	H105-30	30PH105
		30QG110	B30P110	30ZH110	30JGH110	H111-30
		30QG120	B30P120	30ZH120				3409
	0.35		B35P115	35ZH115	35JGH115		35PH115
			B35P125	35ZH125	35JGH125		35PH125	3409
			B35P135	35ZH135	35JGH135		35PH135	3407
LASER	0.23		B23R080	23ZDKH80	23JGSD80		23PHD080
			B23R085	23ZDKH85	23JGSD85	H085-23	23PHD085
			B23R090	23ZDKH90	23JGSD90	H-0DR
	0.27		B27R090	27ZDKH90	27JGSD090	H090-27	27PHD090
			B27R095	27ZDKH95	27JGSD095		27PHD095		H-1DR

Una aleación de Heusler es una aleación de metal ferromagnético sobre la base de una fase de Heusler. Las fases Heusler son compuestos intermetálicos con la composición particular y estructura cristalina cúbica centrada en las caras. Son ferromagnético como resultado del mecanismo de doble intercambio entre los iones magnéticos vecinos. Estos últimos son generalmente iones de manganeso, que se sientan en los centros del cuerpo de la estructura cúbica y llevan la mayor parte del momento magnético de la aleación. (Véase la curva de Bethe-Slater para obtener más información acerca de por qué sucede esto.)

Descubrimiento y propiedades

El término surge por el ingeniero y químico alemán Friedrich Heusler, que estudió una aleación en 1903 que contenía dos partes de cobre, una parte de manganeso, y una parte de estaño (Cu2MnSn). Tenía las siguientes propiedades: Su magnetismo varía considerablemente con el tratamiento térmico y la composición, tiene una saturación de la inducción a temperatura ambiente de alrededor de 8000 gauss, lo que supera la del elemento de níquel (alrededor de 6100 gauss), pero es más pequeña que la del hierro (alrededor de 21.500 gauss). En 1934, Bradley y Rogers mostró que la fase ferromagnética a temperatura ambiente era de una estructura totalmente ordenada del tipo L21. [5] Esto tiene una red cúbica primitiva de átomos de cobre con células alternas centrada en el cuerpo por el manganeso y aluminio. El parámetro de red es de 5.95 angstroms. La aleación fundida tiene una temperatura de solidus de aproximadamente 910 ° C. Como se enfría por debajo de esta temperatura, se transforma en fase beta desordenada, sólido, centrada en el cuerpo cúbico. Por debajo de 750 ° C, B2 ordenó formas de celosía con una celosía de cobre cúbica primitiva, que es por una subred de manganeso-aluminio desordenada centrada en el cuerpo. [1] [6] enfriamiento por debajo de 610 ° C hace más pedidos del manganeso y aluminio sub -lattice a la forma L21. [1] [7] En las aleaciones no estequiométricas, las temperaturas de disminución de ordenar, y el rango de temperaturas anealing, donde la aleación no forma microprecipitados, se hace menor que para el material estequiométrica. [8 ] [9] [1]

Oxley encontró un valor de 357 ° C para la temperatura de Curie, por debajo del cual la aleación se vuelve ferromagnético. La difracción de neutrones y otras técnicas han demostrado que un momento magnético de alrededor de 3,7 magnetrones Bohr reside casi únicamente en los átomos de manganeso. [1] [11] A medida que estos átomos son 4,2 Angstroms de diferencia, la interacción de intercambio, que alinea los espines, es probable indirecta y está mediada a través de los electrones de conducción o los átomos de aluminio y cobre. [10] [12]

Los estudios de microscopía electrónica demostraron que los límites de fase opuesta térmicos forma (APB) durante el enfriamiento a través de las temperaturas de pedidos, como dominios ordenados nuclean a diferentes centros de la red cristalina y son a menudo fuera de sintonía entre sí cuando se encuentran. [1] [6] El dominios anti-fase de crecimiento como se recuece la aleación. Hay dos tipos de APB correspondientes a la B2 y L21 tipos de pedido. APB también forman entre dislocaciones si se deforma la aleación. En la APB los átomos de manganeso estarán más cerca que en la mayor parte de la aleación y, para aleaciones no estequiométricas con un exceso de cobre (por ejemplo Cu2.2MnAl0.8), un antiferromagnéticas forma una capa en cada APB térmica. [13] Estos capas antiferromagnéticos sustituyen por completo la estructura de dominio magnético normal y se quedan con las APB si se cultivan por recocido de la aleación. Esto modifica significativamente las propiedades magnéticas de la aleación no estequiométrica con respecto a la aleación estequiométrica, que tiene una estructura de dominio normal. Es de suponer que este fenómeno está relacionado con el hecho de que el manganeso puro es un antiferromagnético aunque no está claro por qué el efecto no se observa en la aleación estequiométrica. Efectos similares se producen en APB en la aleación ferromagnética MNAL en su composición estequiométrica.

Otra aleación útil Heusler es la clase de materiales conocidos como aleaciones de memoria de forma ferromagnéticas. Estos son generalmente compuestos de níquel, manganeso y galio y pueden cambiar su longitud hasta un 10% en un campo magnético.

Lista de Aleaciones Heusler

• Cu2MnAl
• Cu2MnIn
• Cu2MnSn
• Ni2MnAl
• Ni2MnIn
• Ni2MnSn
• Ni2MnGa
• Co2MnAl
• Co2MnSi
• Co2MnGa
• Co2MnGe
• Co2NiGa
• Pd₂MnAl
• Pd₂MnIn
• Pd₂MnSn
• Pd₂MnSb
• Co₂FeSi
• Co₂FeAl
• Fe₂VAl
• Mn₂VGa
• Co₂FeGe