Efeito do tratamento térmico na aplicação de aços elétricos totalmente processados e semiprocessados em compressores herméticos

Abstract

Os aços elétricos são aplicados principalmente em motores elétricos de alta eficiência. Eles têm como características fundamentais altas resistividades e permeabilidades magnéticas, baixas perdas magnéticas e alta eficiência energética. Essas propriedades são afetadas e determinadas principalmente pela composição química e pela microestrutura do aço. Na fabricação de compressores herméticos para aplicação em refrigeradores residenciais, são utilizados dois tipos de aços elétricos de grão não orientado, os totalmente processados e os semiprocessados. Neste contexto, no presente trabalho foi avaliada a influência do tratamento térmico nas propriedades magnéticas e eficiência elétrica nos dois tipos de aços. Eles foram obtidos e tratados em uma empresa de fabricação de compressores herméticos. Para isto, eles foram caracterizados em quatro etapas: i) após a estampagem, ou corte, das lâminas da qual foram extraídas amostras para ensaios mecânicos, ensaios metalográficos, de composição química e de propriedades magnéticas; ii) após a aplicação do tratamento térmico, etapa na qual caracterizou-se amostras via ensaio metalográfico e aferição das propriedades magnéticas; iii) após a montagem de estatores e rotores na linha de manufatura, para caracterização de potência energética; iv) após a montagem de compressores na linha, para caracterização de eficiência elétrica. A análise em estatores e rotores foram feitas com aços semiprocessados (SP) e totalmente processados (TP) tratados termicamente e aço TP sem tratamento, enquanto a análise de compressores foi feita apenas em aços SP e TP tratados. O tratamento térmico implicou melhorias nas propriedades magnéticas dos dois aços, entretanto, foi mais significativo no SP, devido ao crescimento mais acentuado no seu tamanho de grão de 7 a 8 ASTM para 2 a 5 ASTM. Devido a não alterar o tamanho da sua microestrutura pelo tratamento térmico, o aço TP teve melhorias menos perceptíveis nas suas propriedades magnéticas. Os resultados mostraram que o aço SP, após o tratamento, possui perdas magnéticas cerca de 1,05% maiores do que o aço TP sem tratamento, mas ainda menores que o aço TP tratado termicamente. Mesmo com o aço SP tendo um crescimento de grão mais eficiente com a aplicação do tratamento térmico, o aço TP teve aproximadamente 12% a menos de perdas magnéticas devido a sua composição química ter praticamente 3 vezes mais quantidades de Alumínio e Silício do que o SP. Portanto, foi possível notar que o crescimento de grão altera significativamente as propriedades magnéticas do aço, mas a composição química é fundamental para manter maiores níveis de eficiência elétrica, possibilitando a utilização de aços com menor tamanho de grão. Quando aplicados em compressores herméticos, o aço TP mostrou-se 1,74% mais eficiente do que o aço SP. Além disso, as propriedades mecânicas dos dois aços se mostraram próprias para o processo de estampagem, ou corte, das lâminas de estator e rotor na empresa onde o processo é realizado sendo que o aço SP mostrou uma menor ductilidade do que o TP, antes do tratamento térmico.

Electric steels are mainly applied in high efficiency electric motors. They have as fundamental characteristics high resistivities and magnetic permeabilities, low magnetic losses and high energy efficiency. These properties are mainly affected and determined by the chemical composition and microstructure of the steel. In the manufacture process of hermetic compressors for house refrigerators applications, two types of non-oriented electrical steels are used, fully processed and semiprocessed. In this context, in the present work, the influence of heat treatment on the magnetic properties and electrical efficiency of both types of steels was evaluated. They were obtained and treated at a hermetic compressor manufacturing company. For this, they were characterized in four stages: i) after stamping, or cutting, of the blades and samples for mechanical tests, metallographic tests, chemical composition, and magnetic properties tests; ii) after applying heat treatment to the samples for metallographic and magnetic properties tests; iii) after assembling stators and rotors on the manufacturing line, to characterize energy power; iv) after assembling the compressors on the line, to characterize the electrical efficiency. The analysis of stators and rotors was carried out with heat-treated SP and TP steels and untreated TP steel, while the analysis of compressors was carried out only with treated SP and TP steels. The thermal treatment implied improvements in the magnetic properties of the two steels, however, it was more significant in the SP, due to the more accentuated growth in its grain size from 7 to 8 ASTM to 2 to 5 ASTM. Due to not altering its microstructure by heat treatment, TP steel had less perceptible improvements in its magnetic properties. The results showed that the SP steel, after treatment, has magnetic losses about 1.05% higher than the untreated TP steel, but still lower than the heat-treated TP steel. Even with the SP steel having a more efficient grain growth with the application of heat treatment, the TP steel had approximately 12% less magnetic losses due to its chemical composition having practically 3 times more amounts of Aluminum and Silicon than the SP. Therefore, it was possible to note that the grain growth significantly changes the magnetic properties of the steel, but the chemical composition is essential to keep higher levels of electrical efficiency, making it possible to use steels with lower grain size. When used in hermetic compressors applied to residential refrigerators, TP steel was 1,74% more efficient than SP steel. In addition, the mechanical properties of the two steels proved to be suitable for the stamping process, or cutting, of the stator and rotor blades in the company where the process is carried out, with the SP steel showing a lower ductility than the TP, before the heat treatment.