O aço é magnético? Compreendendo as propriedades magnéticas do metal

O aço se destaca como um dos materiais mais preferidos utilizados globalmente devido à sua resistência, versatilidade e durabilidade O aço não é uniforme em suas propriedades magnéticas, e diferentes variantes de aço se comportam de maneira diferente O aspecto magnético do aço implora a questão do raciocínio de onde algumas variantes obtêm seu magnetismo, e outras não. Os fenômenos magnéticos associados ao aço e seu comportamento são essenciais para entender para as indústrias que lidam com construção, fabricação, eletrônica e até mesmo equipamentos médicos Nesta discussão, delinearemos a ciência do magnetismo, como e do que depende o magnetismo do aço, e suas propriedades e possíveis aplicações Um engenheiro, designer ou um simples hobbyista de metal, este guia explica muitas coisas interessantes sobre aço e magnetismo.

O que torna o aço magnético?

O aço é um material magnético devido à presença de ferro, que é um material magnético em si O ferro tem elétrons desemparelhados, e seus spins se alinham com a direção do campo magnético, dando origem ao magnetismo e contribuindo para o magnetismo do aço Também, a forma cristalina do aço, particularmente sua forma ferrítica, suporta o alinhamento da magnetita; assim, é receptiva ao magnetismo e magneticamente alinhada No entanto, a quantidade de magnetismo no aço não é constante e depende da composição do aço e do tratamento térmico Por exemplo, os aços inoxidáveis com mais cromo e níquel são não magnéticos porque sua estrutura é austenítica.

Ferromagnetismo e Aço

A composição química e a microestrutura do aço afetam muito seu magnetismo Os aços magnéticos comumente possuem uma estrutura ferrítica ou martensítica, onde o ferro está presente, e as spins atômicas do ferro são ordenadas por outro lado, os aços inoxidáveis austeníticos são não magnéticos por causa de seu alto teor de cromo e níquel Além disso, as propriedades magnéticas do aço são alteradas por processos como tratamento térmico e trabalho a frio, que modificam o arranjo interno dos componentes, incluindo a estrutura atômica, ainda mais na fase de ferrita.

O papel dos elementos de liga

As características mecânicas do aço, especialmente quando se consideram atributos diversos, são impactadas significativamente por elementos de liga A adição de carbono, manganês, cromo e níquel promove características específicas Tal como acontece com a maioria dos metais, a dureza e a resistência do aço aumentam com a adição de carbono O manganês torna o aço mais desafiador e mais resistente ao desgaste O cromo é a chave para aumentar a resistência à corrosão e formar a camada protetora de óxido em aço inoxidável O níquel aumenta a resistência e a tenacidade e melhora a resistência à corrosão, especialmente em temperaturas mais baixas O aço pode ser manipulado para diversos requisitos de desempenho selecionando e combinando meticulosamente os elementos de liga.

Como os campos magnéticos afetam o aço

Os campos magnéticos afetam o aço alterando sua organização interna e suas propriedades magnéticas O aço é um metal magnético e pode se tornar magnetizado se colocado dentro de um campo magnético Isso acontece devido à capacidade do campo magnético de contrapor estruturas de domínio, ou zonas de magnetização, dentro do aço A suscetibilidade do fenômeno do aço é relativa à sua estrutura e à intensidade do campo magnético imposta Além disso, a magnetização constante ou campos fortes, especialmente durante períodos prolongados, podem alterar a função, melhor exemplificada pelo magnetismo residual permanente, a magnetização retida quando o campo de magnetização é removido Essas considerações são críticas no caso de aplicações dinâmicas onde o material é submetido a campos magnéticos.

Todos os tipos de aço inoxidável são magnéticos?

Aço Inoxidável Austenítico e Magnetismo

Os aços inoxidáveis austeníticos, como os aços inoxidáveis graus 304 e 316, não são magnéticos devido à sua estrutura cristalina cúbica de face centrada (FCC), que não permite o alinhamento dos domínios magnéticos. No entanto, algumas situações podem alterar as características magnéticas do aço inoxidável austenítico.

Por exemplo, a deformação a frio pode converter algumas das estruturas austeníticas em martensita, uma forma capaz de endurecer o aço e torná-lo magnético. Isso é conhecido como formação de martensita induzida por deformação. Sob tais condições, o aço inoxidável 304, após ser fortemente trabalhado a frio ou soldado, altera suas propriedades para exibir um comportamento magnético fraco. Aqui, o aumento do magnetismo resulta de mudanças estruturais devido ao estresse mecânico ou térmico.

Pesquisas indicam que o magnetismo do aço inoxidável trabalhado a frio é baixo quando examinado no contexto de valores de permeabilidade Para o contexto, os aços inoxidáveis austeníticos têm uma permeabilidade magnética relativa de quase 1,0 no estado recozido Ainda assim, em um estado processado onde a martensita é formada, espera-se que esse valor aumente ligeiramente.

Lembre-se que o níquel e o cromo são essenciais para os aços inoxidáveis austeníticos porque estabilizam a estrutura do FCC e diminuem a resposta magnética Esses aspectos são relevantes para engenheiros e cientistas de materiais quando escolhem materiais para aplicações não magnéticas com requisitos rígidos.

O Comportamento Magnético dos Aços Inoxidáveis Ferríticos e Martensíticos

As propriedades magnéticas dos aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos são muito mais significativas do que os graus austeníticos A diferença primária entre os dois graus de aço inoxidável é baseada em suas estruturas cristalinas Os aços inoxidáveis ferríticos possuem uma estrutura cristalina cúbica centrada no corpo (BCC) que é intrinsecamente ferrimagnética, tornando assim a liga facilmente capaz de sofrer magnetização Ao contrário da crença popular, os aços inoxidáveis martensíticos também são magnéticos, mas seu magnetismo é causado pelo BCC ou estruturas tetragonais centradas no corpo (BCT) que se formam durante o tratamento térmico A resposta que esses aços demonstram a um campo magnético os tornam ideais para uso em áreas onde as habilidades magnéticas são obrigatórias, porém, devem ter cuidado com a baixa perturbação magnética em construções que envolvam baixos campos magnéticos Independentemente do grau, essas propriedades permanecerão verdadeiras com base nos constituintes da liga na composição e no tratamento térmico aplicado.

Por que algum aço inoxidável não é magnético

Os atributos não magnéticos de alguns aços inoxidáveis decorrem principalmente de sua estrutura cristalina, os aços inoxidáveis austeníticos, graus 304 e 316, por exemplo, consistem principalmente em uma estrutura cúbica de face centrada (FCC), que anula o ferromagnetismo O magnetismo está ausente devido à falta de elétrons desemparelhados na rede FCC do átomo, o que causa comportamento magnético em outros materiais.

A composição química do aço inoxidável afeta consideravelmente sua resposta magnética Por exemplo, grandes quantidades de níquel e cromo estabilizam a estrutura FCC em aços inoxidáveis austeníticos, salvo o desenvolvimento de fases ferromagnéticas Esses elementos neutralizam o magnetismo em aços inoxidáveis ferríticos ou martensíticos com estruturas cúbicas centradas no corpo (BCC) ou tetragonais centradas no corpo (BCT).

Fatores externos, no entanto, podem manifestar características magnéticas em aços inoxidáveis austeníticos, trabalhos severos a frio por longos períodos ou alta deformação durante a produção podem alterar a estrutura do FCC para uma fase magnética, que é martensítica, essa mudança, conhecida como martensita induzida por deformação, tende a ser mais prevalente em graus de liga mais enxutos como o aço inoxidável 301 e é menos pronunciada em 316 graus devido à influência estabilizadora do molibdênio.

Adicionalmente, a suscetibilidade do aço inoxidável ao magnetismo pode mudar com base em como a liga é composta e processada, Pesquisas mostram que o aço inoxidável 304 tem suscetibilidade magnética inicial entre 1,05 e 1,15, enquanto o aço inoxidável 316, que tem um teor de molibdênio mais alto, mostra números muito mais baixos, muitas vezes em torno de 1,01. essas diferenças são essenciais ao selecionar um grau de aço inoxidável particular para aplicações com propriedades magnéticas como uma consideração crítica.

Para concluir, a falta de magnetismo em alguns tipos de aço inoxidável pode ser atribuída à sua estrutura atômica e às ligas que compõem o aço, o magnetismo também pode ser influenciado por fatores externos como o aquecimento mecânico, o que ilustra a importância do projeto de engenharia meticuloso.

Como os ímãs interagem com o aço?

A influência dos graus de aço no magnetismo

A composição e microestrutura do aço determinam suas propriedades magnéticas Os tipos de aço magnético incluem o aço carbono devido ao seu maior teor de ferro, estrutura ferrítica e altas propriedades magnéticas Enquanto isso, os aços inoxidáveis austeníticos, como a série 300, geralmente não são magnéticos devido à sua estrutura cristalina dificultando o alinhamento dos domínios magnéticos Esses materiais podem desenvolver magnetismo parcial devido ao trabalho a frio ou deformação mecânica Entender essas características é crítico ao selecionar o grau de aço apropriado para aplicações de ímãs.

Campos Magnéticos Externos e Aço

As interações do campo magnético externo com o aço dependem muito da composição e estrutura interna do aço, os aços ferríticos e martensíticos apresentam maior teor de ferro, assim, são fortemente atraídos por campos magnéticos devido ao alinhamento de domínios magnéticos, por outro lado, os aços inoxidáveis austeníticos como a série 300 são primariamente não magnéticos e não respondem fortemente a campos magnéticos, no entanto, alguma deformação mecânica ou trabalho a frio impõe magnetismo local aos aços austeníticos, para estes casos, onde o aço é submetido a campos magnéticos, o aço inoxidável totalmente austenítico seria mais adequado por conter menor permeabilidade magnética, este tipo de aço proporcionaria menor interferência nas perturbações causadas por magnéticos.

Permeabilidade Magnética de Diferentes Tipos de Aço

Diferentes tipos de aço possuem variantes na permeabilidade magnética dependendo de sua composição e microestrutura geralmente, os aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos apresentam maior permeabilidade magnética, tornando-os mais suscetíveis a campos magnéticos em comparação, os aços inoxidáveis totalmente austeníticos, como o grau 316 L, apresentam permeabilidade magnética muito baixa, o que os torna úteis na guarda de aplicações com mínima interferência magnética graus austeníticos, totalmente não magnéticos após o processamento são preferidos para máxima eficiência em ambientes magneticamente sensíveis.

O aço pode se tornar não magnético?

O Processo de Desmagnetização do Aço

Para desmagnetizar o aço significa interromper seu alinhamento magnético existente, o que pode ser feito de três maneiras Primeiro, aplicar calor além da temperatura Curie do aço eliminará quaisquer propriedades magnéticas, uma vez que a estrutura interna do material é redefinida Segundo, um campo magnético alternado pode reduzir gradualmente o magnetismo residual realinhando os domínios O último método é fisicamente martelando ou dobrando, o que altera o alinhamento dos domínios magnéticos, embora essa técnica não seja muito precisa Embora esses métodos estejam corretos, eles devem ser adaptados à aplicação devido aos materiais envolvidos e suas propriedades mecânicas.

Fatores que levam à perda de magnetismo no aço

A seguir estão as principais razões que podem levar à perda de magnetismo no aço:

• Exposição ao Calor: As altas temperaturas podem desordenar a estrutura interna dos domínios magnéticos no aço, resultando em perda ou perda total de magnetismo Isso é comum quando o material é elevado acima da temperatura Curie.
• Impacto Físico: Impactos físicos, como deixar cair ou dobrar o material, aumentam a deformação mecânica e deslocam os domínios magnéticos internos, causando uma perda de magnetismo.
• Campos magnéticos alternados prolongados: A aplicação repetida de campos magnéticos alternados ao aço por durações prolongadas pode desorientar os domínios e fazer com que o material perca seu magnetismo.
• Corrosão: A alteração das condições ambientais, como a oxidação, leva à corrosão da estrutura do material, reduzindo sua capacidade de induzir a estrutura magneticamente.

Estes factos descritos deverão, dentro de todas as outras considerações, permear a concepção de dispositivos que utilizem ímanes permanentes.

Aplicações de Aço Inoxidável Magnético e Não Magnético

Indústrias que utilizam aço inoxidável magnético

O aço inoxidável magnético é amplamente utilizado em indústrias que consideram sua resistência corrosiva e magnetismo úteis Os setores mais importantes são

• Automotivo: Usado em algumas peças como sensores, injetores de combustível e sistemas de escapamento devido à resistência e natureza magnética do material.
• Eletrônica: Importante para transformadores, solenóides e meios de armazenamento magnético.
• Eletrodomésticos: Eles são encontrados em tambores de arruela magnética, máquinas de refrigeração e utensílios de cozinha onde a resistência e o magnetismo são úteis.
• Construção: Usado para arquitetura e fixadores com força e magnetismo.

Todas essas indústrias utilizam aço inoxidável magnético por sua utilidade prática, confiabilidade e adaptabilidade em diferentes ambientes.

Vantagens dos Metais Não Magnéticos na Tecnologia

Metais não magnéticos são legais, mas requerem campos magnéticos estáveis para uso em tecnologia A propriedade não magnética faz com que tais metais valham a pena em dispositivos eletrônicos de precisão, máquinas de ressonância magnética e elementos semicondutores modernos em outros aparelhos eletrônicos sensíveis Além disso, esses metais são frequentemente usados em tecnologia aeroespacial e militar porque os materiais não magnéticos são constantemente expostos a condições críticas de desempenho sem problemas de confiabilidade Os materiais não magnéticos também servem bem em ambientes obtidos porque esses metais são desgastados e resistentes à corrosão Assim, esses metais não magnéticos contribuem significativamente para o desenvolvimento da tecnologia hoje.

Perguntas frequentes (FAQs)

Q: É o aço magnético?

R: O aço é um ímã, embora seu magnetismo seja condicional ao tipo de aço Certos tipos de aço, como o aço ferromagnético, são fortemente magnéticos por causa do ferro e da estrutura cristalina que possuem.

P: Por que alguns tipos de aço, como 304 e 316, não são magnéticos?

A: Os aços inoxidáveis 304 e 316 não são magnéticos devido à sua alta quantidade de cromo e níquel. Esses dois elementos promovem uma estrutura cristalina austenítica que não favorece o alinhamento dos momentos magnéticos. Portanto, esses aços permanecem não magnéticos e são, na melhor das hipóteses, fracamente magnéticos.

Q: Pode o aço inoxidável 304 tornar-se magnético?

A: O aço inoxidável 304 pode tornar-se magnético submetendo-se a processos como o trabalho frio Tais processos alteram a estrutura e a rede cristalina dos materiais, que tendem a fazê-los ímãs.

Q: Que é um metal ferromagnético?

R: Os metais ferromagnéticos são aqueles materiais que englobam uma magnetização forte e podem servir como ímãs permanentes, Estes metais consistem em elétrons desemparelhados com seus spins alinhados de maneira paralela e, assim, criam um forte campo magnético.

P: De que forma o níquel e o cromo impactam o magnetismo do aço?

R: Níquel e cromo impactam a estrutura cristalina do aço O níquel estabiliza a estrutura austenítica, que geralmente não é magnética O cromo auxilia na resistência à corrosão, mas não auxilia no magnetismo no aço.

P: E quanto aos elétrons desemparelhados que contribuem para a magnetização?

R: A presença de elétrons desemparelhados é importante para a magnetização Eles podem girar de uma forma que une e em um domínio para mudar o material para um com magnetismo Isso ocorre em elementos metálicos como o ferro, pois eles são capazes de se alinhar e se tornar ferromagnético.

P: O aço é classificado como contendo ferro?

R: O aço sempre conterá ferro, pois o ferro é seu material primário, e sua resistência e magnetismo são determinados A presença de ferro permite que o aço seja magnetizado sob algumas condições.

Q: Que é aço não magnético?

R: A diferença primária é o arranjo de alguns componentes de liga da estrutura cristalina Às vezes referido como aço ferromagnético, o aço magnético compreende ligas que estruturam adequadamente e permitem a superposição de momentos Os aços austeníticos inoxidáveis não magnéticos não permitem o empilhamento devido à rede.

Q: Qual é o impacto do trabalho a frio no magnetismo do aço?

R: O trabalho a frio pode aumentar as propriedades magnéticas do aço porque pode alterar a estrutura cristalina do aço de austenítica para martensítica ou ferrítica Este aumento é devido a um estado de energia mais baixo (maior estabilidade) dos momentos magnéticos dentro do aço, permitindo um melhor alinhamento.

Q: Que outros metais não magnéticos, como o alumínio?

R: Existem metais não magnéticos como alumínio, cobre e zinco porque esses metais não possuem elétrons desemparelhados, fornecendo uma fonte para gerar o campo magnético. Assim, esses metais são denominados substâncias não magnéticas.

Fontes de referência

Propriedades magnéticas vetoriais associadas à tensão e temperatura da chapa de aço elétrica (Zhang e outros, 2022, pp)

• Principais conclusões:
  • O método de medição proposto é verificado através da avaliação dos VMPs de chapas de aço elétrico (ESS) não granuladas e de grãos orientados em várias temperaturas e níveis de tensão aplicados.
  • O modelo propõe um método de medição que inclui a interação de temperatura e tensão.
• Metodologia:
  • Na região de medição do espécime, o leito horizontal da forquilha ortogonal de tipo vertical em U duplo está equipado com dois ímãs retangulares de abertura oposta, que criam uma distribuição uniforme do campo magnético.
  • A densidade do fluxo magnético vetorial B e a intensidade do campo magnético H são adquiridas usando as técnicas de sonda B e bobina H de composto duplo.
  • Por meio de um atuador linear, a tensão de tração ou compressão é aplicada ao longo dos eixos de laminação e transversal da amostra.
  • O controlador de temperatura facilita condições variáveis de medição de temperatura em conjunto com almofadas de aquecimento cerâmicas.

2. Estudo e uso de chapas de aço de silício orientadas a grãos ultrafinos Propriedades magnéticas sob acoplamento de campo multifísico (Li e outros, 2022)

• Principais conclusões:
  • No aço silício orientado a grãos, as propriedades magnéticas são melhores para a região selecionada dentro de um desvio de magnetização de 30 graus ângulo comparado ao aço silício não orientado a grãos.
  • O aço silício orientado a grãos perderá suas propriedades magnéticas à medida que a temperatura externa do calor não uniforme aumentar, ao contrário do aço silício orientado a grãos não uniformemente, que se comporta de maneira diferente.
  • O aço silício orientado a grãos tem uma propriedade magnética relativamente ideal sob tensão de 30 MPa.
  • O uso de aço silício orientado a grãos nas partes internas de veículos elétricos (IPM) aumenta a densidade do fluxo magnético dos dentes do estator em 2,21TP3 T, aumenta o torque do motor em 2,181TP3 T e o pico de eficiência em 11TP3 T, aumentando a potência gravimétrica em repouso.
• Metodologia:
  • As características magnéticas do aço silício orientadas a grãos foram examinadas sob condições variadas usando uma estrutura Epstein e dispositivos de campo multifísicos autoconstruídos.
  • O modelo orientou a exploração do uso de aço silício de grão orientado em IPM para veículos elétricos com modelo de motor de aço silício orientado à precisão.

laminação cruzada de 3. múltiplas etapas do aço UNS S32101: microestrutura, textura e propriedades magnéticas (Dandekar et al., 2021, pp. 2916 pol.929)  

• Principais conclusões:
  • O aço UNS S32101 apresenta propriedades magnéticas melhoradas através de laminação cruzada em múltiplas etapas devido ao refinamento da microestrutura e textura.
  • As propriedades magnéticas não são tão favoráveis devido às características dos métodos de corte empregados e do material.
  • O corte de fio tem pouco impacto no desempenho magnético, mas o corte a laser reduz a permeabilidade magnética relativa em maiores profundidades dentro das tiras de aço.
• Metodologia:
  • Após a laminação cruzada em várias etapas, caracterizamos e medimos a microestrutura, a textura e as propriedades magnéticas das amostras de aço UNS S32101.
  • Medições magnéticas próximas às bordas de corte foram feitas usando uma estrutura móvel de detecção BH.