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Design de produto : seleção de materiais e processos com aplicação de campo magnético em núcleos de alto-falantes

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Design de produto : seleção de materiais e processos com aplicação de campo magnético em núcleos de alto-falantes

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Título Design de produto : seleção de materiais e processos com aplicação de campo magnético em núcleos de alto-falantes
Autor Mozetic, Halston José
Orientador Kindlein Junior, Wilson
Data 2008
Nível Mestrado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Minas, Metalúrgica e de Materiais.
Assunto Design de produto
Ferro fundido nodular
Propriedades magneticas
Seleção de materiais
Tratamento térmico
[en] Cast iron
[en] Magnetics properties
[en] Material selection
[en] Product design
[en] Thermal treatments
Resumo Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados obtidos com o uso da técnica de campo magnético induzido durante o tratamento térmico do Ferro Fundido Nodular em desenvolvimento de núcleos de alto-falantes. Para este estudo foi escolhido como material o Ferro Fundido Nodular devido ao baixo custo de obtenção das peças e também por ser um material de fácil aquisição no mercado. Foram confeccionadas 90 amostras deste Ferro Fundido Nodular com percentuais diferenciados de Ferro, Silício e Carbono, sendo que as amostras quando foram submetidas ao tratamento térmico de recozimento também sofreram a indução magnética. Os parâmetros utilizados no tratamento térmico situaram-se na faixa de temperatura de aquecimento de 900ºC até 920ºC e uma indução magnética "B" entre 16000 e 20000 Gauss. O grande desafio deste trabalho estava no fato de que variações de composição das ligas de ferro fundido nodular, aliadas as inclusões de outros materiais não magnetizáveis, modificavam, para pior, o desempenho dos núcleos dos alto-falantes. Para obter-se, então, uma estrutura em que o fluxo magnético pudesse permear, buscou-se primeiramente selecionar a liga de ferro fundido eliminando ao máximo os materiais não magnetizáveis, e só então, estudar um processo de tratamento térmico com indução magnética que tornasse o material adequado ao uso nos núcleos de alto-falantes Para melhorar as propriedades magnéticas de forma contundente, buscou-se através do recozimento com campo induzido um alinhamento dos domínios, ou seja, uma ordenação dos "spins" dentro dos grãos do material que juntamente com a elevação de temperatura tenderam a ter um mesmo sentido, facilitando de maneira significativa a passagem do fluxo magnético, propriedade importante para o desempenho dos núcleos de alto-falantes. Foram realizados recozimentos com campo induzido observando-se o desempenho da permeabilidade magnética inicial das peças e posteriormente medidas com equipamento de saturação de campo. Esses resultados foram correlacionados com os dados obtidos pelo uso do aço SAE 1020, nas mesmas condições de uso e teste de laboratório. Foram realizados estudos metalográficos, além de análises de composição química das amostras e a relação destes fatores com as propriedades magnéticas. Também foram estudados os dados de usinabilidade das amostras do ferro fundido nodular tratadas termicamente com indução magnética e subseqüentemente comparados com o Aço SAE 1020. Do ponto de vista científico, uma das contribuições deste trabalho, está na influência da indução de campo magnético durante o tratamento térmico das amostras, pois é possível verificar um ganho significativo nas propriedades magnéticas apresentadas pelos núcleos dos alto-falantes durante os testes de desempenho. A outra está no fato de que ganhos correlacionados ao design do produto possibilitam utilizar o ferro fundido como uma alternativa economicamente viável e perfeitamente ajustável à alta performance dos alto-falantes. Como resultado deste estudo foi demonstrado à possibilidade do uso do recozimento com indução magnética, como forma de aumentar a permeabilidade de um material com alto teor de carbono, no caso específico, o ferro fundido nodular. Este trabalho permite afirmar que é possível desenvolver núcleos magnéticos de alto-falantes em ferro fundido nodular com alto desempenho e também sugerir que outras aplicações onde seja necessário aumento do desempenho magnético esta técnica possa ser aplicada.
Abstract This work aims to present the results obtained with the use of induced magnetic field during the heat treatment of Nodular Cast Iron for speaker cores. For this study development, the chosen material is the nodular cast iron due to the low trading costs and ease of purchase on the market. Ninety samples of nodular cast iron were constructed, with different iron, silicon and carbon contents. Samples, when subjected to annealing, were also subjected to magnetic induction. The final temperature on the heat treatment was in the range of 900ºC to 920ºC, and the magnetic induction was in the range of 16000 to 20000 Gauss. The challenge of this work was in the fact that compositional changes in the nodular cast iron, allied to inclusions of non-magnetizable materials, modify for worse the performance of speaker cores. To obtain a structure that the magnetic field could permeate, the cast iron alloys were selected to eliminate, at most, the presence of non-magnetizable materials, and only then consider a heat treatment process with magnetic induction to make the material suitable for use in speaker cores. To improve the magnetic properties, an alignment of dipoles of the material, through induced magnetic field during annealing was intended. Annealing with induced magnetic field was carried out, observing the performance of the initial magnetic permeability of the samples, and subsequently measured with field saturation equipment The results were correlated with the obtained data from the use of the SAE 1020 steel, with the same conditions of use and laboratory tests. Metallographic and chemical composition analyses were carried out on the samples, and the correlation of these data with the magnetic properties was estmated. Also machinability of the thermal treated with magnetic induction nodular cast iron samples were analyzed and compared with the SAE 1020 steel. From the scientific point of view, one of the contributions of this work is the influence of induced magnetic field during the heat treatment of the samples, since it was possible to verify a significant gain in the magnetic properties of the speaker cores during the performance tests. Another contribution is the fact that gains correlated with the design of the product enable the use of cast iron as an economically viable and fully adjustable material to the high performance of subwoofers. As a result of this work, the possibility of using annealing with magnetic induction was presented as a way to increase the permeability of a material with high carbon content, in this particular case, the nodular cast iron. This research allows asserting that it is possible to develop speaker magnetic cores of nodular cast iron with high performance and also suggest that this technique can be applied to other applications where it is necessary to increase their magnetic performance.
Tipo Dissertação
URI http://hdl.handle.net/10183/15735
Arquivos Descrição Formato
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