UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ENGENHARIA DE MATARIAIS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENGENHARIA DE MATARIAIS

WHIRLPOOL S/A- EMBRACO – COMPRESSORES

HERMÉ-TICOS E SOLUÇÕES EM REFRIGERAÇÃO

Relatório de Estágio Curricular V

Período: 17 de maio de 2010 a 3 de setembro de 2010

Aluno: Diogo Martins Umbelino Matrícula no: 06237034 Orientador: Antonio Tadeu Cristofolini

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WHIRLPOOL S/A.

UNIDADE EMBRACO DE COMPRESSORES E SOLUÇÕES DE

REFRIGERAÇÃO

Rua Rui Barbosa ,4436 – Costa e Silva.

CEP : 89219-901 – Joinville

Santa Catarina – Brasil

Fone: (47)3441-2121 Fax: (47)3441-2765

www.embraco.com.br

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Agradecimentos

À Whirlpool S.A. – Unidade Embraco Compressores pela oportunidade conce-dida para a realização deste estágio, contribuindo para a formação acadêmica dos alunos do curso de Engenharia de Materiais.

Ao Sr. Eng. Roberto Binder, pelo apoio concedido durante estes quatro meses. Ao meu orientador Sr. Antônio Tadeu Cristofolini e co-orientador Eloir Lino Tomelin, aos Srs. Márcio Silvério, Fernando Torres, Valésio Schulz e Carlos Castanho, pela grande amizade, incentivo, confiança e tamanha aprendizagem concedida durante todo esse período.

Aos colegas de estágio Ricardo Mello Di Benedetto e Pedro Shioga pela amiza-de e troca amiza-de conhecimento. Aos amiza-demais colaboradores e amigos conhecidos na empre-sa, pelo carinho e amizade concedidos e que deixarão saudade. À Universidade Federal de Santa Catarina, representada pelos professores Paulo Antônio Pereira Wendhausen, Berend Snoeijer e Germano Riffel pelo interesse e acompanhamento durante o estágio.

Aos meus pais e demais familiares, que mesmo distantes sempre me dedicam apoio e confiança.

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Sumário

1. Introdução: ... 1

2. Laminas de aço elétrico: ... 2

2.1. Classe de aços elétrico: ... 5

2.2. Tratamento de aços elétricos para fins eletromagnéticos: ... 6

3. Objetivo ... 7

4. Resultados: ... 8

4.1. Composição química das ligas: ... 8

4.2. Análise metalográfica: ... 8

4.2.1. Bico da ranhura antes do dobramento: ... 8

4.2.2. Bico da ranhura dobrado: ... 16

4.2.3. Bico da ranhura desdobrado: ... 22

4.3. Ensaio de tração: ... 25

4.3.1. Aço elétrico E145:... 25

4.3.2. Aço elétrico E230:... 26

4.3.3. Aço elétrico PN470: ... 27

4.3.4. Aço elétrico Baostell: ... 28

5. Conclusão: ... 30

6. Referência bibliográfica: ... 32

7. Anexos: ... 33

7.1. Histórico da empresa: ... 33

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1. Introdução:

O presente relatório refere-se ao quinto estágio do curso de engenharia de mate-riais, realizado na empresa Whirlpool S/A- Embraco – Compressores Herméticos e So-luções em Refrigeração, compreendendo o período de 17 de maio à 3 de setembro de 2010.

A Embraco é uma empresa especializada em soluções para refrigeração e líder mundial do mercado de compressores herméticos. A maior fábrica de compressores localiza–se em Joinville-SC, onde também está a Administração e o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento. Compondo o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento, há o Labora-tório de Materiais, onde é oferecido o estágio aos graduandos do Curso de Engenharia de Materiais.

Bem equipado, o laboratório pode realizar diferentes tipos de caracterizações: metalográfica, por microscopia eletrônica, tribológica, química e mecânica. As ativida-des ativida-desenvolvidas centraram-se em caracterização de materiais, certificação de novos processos e fornecedores, controle de qualidade e análise de diversos tipos de análises de falhas.

Foram desenvolvidas diversas atividades dentro da área de ciências dos materi-ais, como: Analise de falhas, avaliação de produtos nitretados, e ferroxidados, caracteri-zação de aços elétricos, placas válvulas estampadas, placas válvulas sinterizadas, bem como seus componentes, caracterização de produtos soldados, entre outras.

Este relatório tem como objetivo, relatar o estudo da influência da atmosfera do forno de tratamento térmico na microestrutura de alguns aços elétricos.

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2. Laminas de aço elétrico:

Em sistemas de refrigeração comuns uma das partes fundamentais é o sor hermético, componente ao qual a Embraco é líder mundial de mercado. O compres-sor hermético usado em refrigeradores é um dispositivo impulsionado por motor elétri-co, que puxa o fluido refrigerante vaporizado do evaporador, e o comprime em um vo-lume pequeno a uma alta temperatura.

Figura 1: Compressor hermético PORTASIO, 1982.

O compressor age como uma bomba no ciclo de refrigeração, fornecendo a e-nergia necessária ao transporte do refrigerante por todo o sistema. O compressor fornece também a separação entre os lados de alta e baixa pressão no ciclo.

Os sistemas de refrigeração à compressão devem ter uma fonte de potência ou de energia para tocar o compressor. O motor elétrico monofásico é o dispositivo mais po-pular para as unidades domésticas de tamanho pequeno e médio, pois transforma efici-entemente a energia elétrica em energia mecânica.

Estruturalmente, os tipos mais comuns de motores de indução monofásicos as-semelham-se a motores polifásicos de gaiola. Todos os motores monofásicos possuem uma construção básica similar, que é composta por duas partes: o estator (figura 1, B) e o rotor (figura 1, A) [1].

O torque do motor depende do fluxo magnético no entreferro entre o estator e o rotor. Define-se entreferro como o ar que ocupa o espaço entre as partes móvel e imóvel do motor. O fluxo magnético é produto da intensidade do campo magnético existente pela área perpendicular à direção do campo. Mais de 99,9% do fluxo magnético que passa pelo entreferro da máquina foi originada no interior do aço, pelos átomos de ferro presentes. A intensidade do campo magnético no interior do material é chamada de

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in-dução magnética, visto que o magnetismo foi induzido pelo campo externamente apli-cado.

Já a capacidade de amplificar o campo magnético chama-se permeabilidade magnética, e se define como a relação entre o valor da indução magnética e a intensi-dade do campo magnético que a criou e não tem uniintensi-dade, pois é um fator de amplifica-ção. É definida pela relação a seguir [4]:

Onde:

- B é o valor da indução magnética; - µµµµ0é a permeabilidade do ar;

- H é o valor do campo aplicado.

A permeabilidade magnética é fator determinante na eficiência do aço elétrico, quanto maior este valor, melhor. Para entender melhor o fenômeno do magnetismo, baseemo-nos na curva de histerese de um determinado material ferromagnético, repre-sentado na figura 2.

Figura 2: Curva de histerese para material ferromagné-tico [3]

Suponhamos que, partindo de zero, aumentamos a intensidade do campo até a saturação, Hmáx, assim obtemos a curva 0-1. Então, a partir de Hmáx, vamos diminuindo o

campo até que ele se anule. A curva da volta não é mais a 0-1, e sim a 1-2. Para o mes-mo valor de campo, temes-mos um maior fluxo magnético (B) nesta volta. E mesmes-mo anulan-do o campo, o fluxo não volta a ser zero, como no momento inicial. Este fenômeno, no qual o fluxo magnético é maior quando o campo decresce, é chamado histerese. O

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con-junto de todos os valores necessários de H e B para fechar a curva é chamado de ciclo de histerese.

O intervalo 0-2 é chamado de remanência. Para esta ser eliminada, é necessária a inversão do campo magnetizante, num intervalo maior que 0-3, produzindo um fluxo magnético de sentido oposto ao inicial, entre 3-4, que ao ser cortado produzirá uma di-minuição deste fluxo magnético até 0.

Obter um aço elétrico de alto rendimento significa também reduzir ao máximo as perdas magnéticas, que ocorrem muito mais facilmente no ferro do que no cobre. Quan-do as máquinas utilizam correntes alternadas, o que é comum, os campos magnéticos são invertidos periodicamente a cada 0,008 segundo. Este processo de inversão ocorre com dissipação de energia, devido aos fenômenos de histerese magnética e da circula-ção de correntes parasitas induzidas pela variacircula-ção do fluxo magnético no interior do material.

As perdas magnéticas podem ser classificadas em perdas histeréticas (Ph),

parasí-ticas (Pp) e anômalas (Pa).

A partir do quadro acima, vê-se que um aço do tipo 1006 sem recozimento terá grandes perdas histeréticas e anômalas. Se um recozimento for realizado, eliminam-se discordâncias e obtém-se tamanho de grão grande, reduzindo bastante as perdas histeré-ticas. Entretanto, as perdas parasíticas continuam altas, pois a espessura e a resistividade não foram alteradas. A adição de silício, por aumentar a resistividade elétrica, permite uma considerável redução nas perdas parasíticas, mas não se mostra eficaz na redução das perdas histeréticas. No quadro abaixo pode-se entender como modificações e trata-mentos afetam a eficiência do aço elétrico.

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2.1.Classe de aços elétrico:

Aços de grão orientado – Utilizados em transformadores, são aços com 3% de silício, produzidos de maneira a induzir uma forte textura cristalográfica do tipo {110}<001>. Ou seja: quase a totalidade dos cristais têm seus planos {110} paralelos à superfície da chapa, com a direção <001> paralela à direção longitudinal da chapa. Este tipo de aço possui excelentes propriedades magnéticas em apenas uma direção.

Aços de grão não orientado – Utilizados em motores elétricos, pois estes exi-gem uma condição isotrópica na chapa. Esta classe é subdividida em outras três subclas-ses:

- Aços siliciosos totalmente processados – Prontos para estampagem e

uso, são entregues pela usina já com baixo carbono e recozimento final;

- Aços semi-processados – Siliciosos ou não, são comprados sem o

trata-mento térmico final, que é feito na própria empresa que os comprou. São prepa-rados para ter grande crescimento de grão no recozimento final, no qual ocorrerá eliminação das tensões residuais, descarbonetação e crescimento de grão.

- Aços ABNT 1006/1008 – Não são produzidos especialmente para fins

eletromagnéticos, mas são usados em larga escala por serem mais baratos.

A escolha do tipo do aço depende diretamente da aplicação. Em casos de peças maiores, como transformadores, onde é necessária uma permeabilidade alta, os aços de grão orientado são utilizados. Já os aços de grão não orientado são utilizados em casos no qual é necessária isotropia da chapa, ou seja: as propriedades têm que ser satisfató-rias nas duas direções. E os aços ABNT 1006/1008 são os que apresentam menor ren-dimento, mas são utilizados em motores menores, pelo fato de serem mais baratos que os aços elétricos especiais.

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2.2.Tratamento de aços elétricos para fins eletromagnéticos:

O tratamento de aços elétricos para a fabricação de motores tem por objetivo re-duzir o carbono a níveis inferiores a 0,003%, eliminar o encruamento, obter tamanhos de grão na faixa de 150 µm e criação de uma zona elétrica interlamelar por oxidação. Abaixo são abordados os principais parâmetros que influenciam a eficiência do aço elé-trico.

Tamanho de grão – Os contornos de grão são grandes descontinuidades, entre-tanto não afetam as propriedades magnéticas mais que as discordâncias. Quanto menor o tamanho médio dos grãos, maior o número de grãos por unidade de volume. Com is-so, mais difícil o processo de magnetização do material, aumentando as perdas. Quanto maior o tamanho de grão, maior a permeabilidade.

Discordâncias – A introdução de discordâncias no processo de deformação re-duz a permeabilidade, pois elas atuam como barreiras. Estes defeitos cristalinos interfe-rem na movimentação das paredes de domínios.

Partículas e poros – Partículas de óxidos, sulfetos e carbonetos são altamente prejudiciais aos aços elétricos. Elas não fazem parte da estrutura do ferro, são inclusões, partículas isoladas com outra estrutura cristalina. Por isso a importância da descarbone-tação. Antes dela, o carbono está presente em forma de carbonetos, que pode estar junto aos contornos de grão ou incrustado dentro dos grãos. Os poros, presentes em aços sin-terizados e fundidos, têm efeito similar ao das partículas.

Azulamento – É a parte do ciclo térmico na qual se aumenta o ponto de orvalho para se formar uma camada de óxido do tipo Fe3O4, que é um óxido bastante aderente,

protegendo a lâmina da corrosão atmosférica e é também um isolante elétrico necessário para o bom desempenho do aço.

O ciclo térmico responsável pela descarbonetação, crescimento de grão, elimina-ção do encruamento e pelo azulamento está representado na figura abaixo:

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Na etapa 1, tem-se o aquecimento até a temperatura de descarbonetação, na qual o óleo da estampagem é removido. A atmosfera é mantida seca, neste momento uma formação de óxido poderia interferir na descarbonetação. Na etapa 2 ocorre a descarbo-netação. Introduz-se H20vapor até atingir-se um ponto de orvalho de cerca de 30ºC. Após o

resfriamento (etapa 4), há a formação da camada de Fe3O4, com o aumento do ponto de

orvalho até 85ºC. E, por fim, na etapa 5, há um resfriamento lento, para que todo o car-bono restante precipite em contornos de grão, minimizando o efeito de envelhecimento magnético[2].

3. Objetivo

Por questão de processamento, faz-se necessário a dobra e desdobra do bico da ranhura das laminas para a bobinagem dos fios do estator.

Sabendo que, as laminas dos motores elétricos dos compressores passam por um tratamento térmico de azulamento. Esta analise tem como objetivo avaliar a interferên-cia de diferentes atmosferas de tratamento térmico, na microestrutura e propriedades mecânicas das ligas de aço elétrico. Para esta avaliação, foram enviadas ao laboratório, diversas amostras para a realização de ensaios de tração, metalografias e análise de composição química.

Os aços elétricos recebidos e testados foram o E145, E230, PN470 e Baostell. Cada aço apresenta quatro tipos de amostras para avaliação (conforme figura 4 e 5), chapas sem tratamento térmico, amostras que passaram por um recozimento no forno Brasimet (sem controle de umidade), as que são tratadas no forno Aichelin (com contro-le de umidade) e as amostra que são recozidas em um forno teste, que possui atmosfera controlada.

Figura 4: Foto de amostras de aços elétricos E145, PN470 e E230.

Figura 5: Foto de amostras de aço elétrico Baostell.

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4. Resultados:

4.1.Composição química das ligas:

Com o auxilio do laboratório de químico foram realizadas três análises diferen-tes de composição química. O primeiro equipamento utilizado foi o Quimitron, que de-termina o percentual de carbono presente na liga. O segundo foi a espectometria de plasma ICP, utilizado para determinar o percentual de alumínio. Por ultimo foi realizado uma análise qualitativa no EDX, para verificar a existência de outros elementos em maior quantidade e com menos precisão.

Análise de composição química

Amostra Ferro [%]

Quimitron ICP EDX (análise qualitativa)

Carbono [%] Alumínio [%] Silício [%] Manganês [%] Cromo [%] Zinco [%] E145 96.6643 0.0040 0.0017 2.7800 0.4300 0.1200 - E230 96.3063 0.0021 0.0016 3.2500 0.4400 - - PN470 98.0474 0.0026 0.3200 1.4100 0.2200 - - Baostell 97.6171 0.0029 0.3700 1.6700 0.3400 - 0.0300

Através do quadro 3 verifica-se que a E145 e E230 são as ligas com maiores teo-res de silício e que as ligas PN470 e Baostell apteo-resentam percentual de alumínio superi-or às outras ligas.

4.2.Análise metalográfica:

4.2.1. Bico da ranhura antes do dobramento:

4.2.1.1. Amostras sem tratamento térmico:

As figuras 6, 7, 8 e 9, representam respectivamente a superfície dos aços E145, E230, PN470 e Baostell, sem recozimento e sem ataque. Ao analisar as figuras é possí-vel verificar que nenhuma das amostras apresenta camada de oxido aparente.

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Figura 6: Aço elétrico E145_sem tratamento térmico Aumento: 500X- Sem ataque químico

Figura 7: Aço elétrico E230_sem tratamento térmico Aumento: 500X- Sem ataque químico

Figura 8: Aço elétrico PN470_s/ tratamento térmico Aumento: 500X- Sem ataque químico

Figura 9: Aço elétrico Baostell_s/ tratamento térmico Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Através da análise das figuras 10, 11, 12 e 13, verifica-se que as quatro amostras apresentam microestrutura ferrítica, com encruamento superficial proveniente do pro-cesso de estampagem. Conforme é observado, todas as amostras apresentam tamanho de grão bastante grosseiro e heterogêneo, número 2, conforme os padrões A.S.T.M. para tamanho de grão dos aços.

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Figura 10: Aço elétrico E145_sem tratamento térmi-co

Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 11: Aço elétrico E230_sem tratamento térmico Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 12: Aço elétrico PN470_s/ tratamento térmico Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 13: Aço elétrico Baostell_s/ tratamento térmico Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

4.2.1.2. Amostras tratadas no forno Brasimet:

A seguir são apresentadas as amostras recozidas no forno Brasimet, que não pos-sui umidade controlada. Todas as chapas de aços apresentaram a formação da mesma camada de precipitado. No aço E145 (figura 14), a espessura da camada encontrada foi de 4.6 a 6.75 µm, no E230 (figura 15) de 8.56 a 11.09 µm, no PN470 (figura 16) 4.5 a 5.57 µm, e no aço Baostell (figura 17) foi formada uma camada continua menor que 2 µm, que em alguns pontos alcança 11.56 µm.

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Figura 14: Aço elétrico E145_forno Brasimet Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 15: Aço elétrico E230_ forno Brasimet Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 16: Aço elétrico PN470_ forno Brasimet Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 17: Aço elétrico Baostell_ forno Brasimet Aumento: 1000X- Sem ataque químico

A seguir as amostras foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV), para através do EDS constatar a natureza da camada de precipitados. Tendo como exemplo o aço elétrico E230 (figura 18) pode-se destacar que, além da aparição de alta concentração de carbono e cálcio, por interferência da baquelite, existe a alta concentração de oxigênio e silício (conforme figura 19). Os altos teores de silício e oxi-gênio indicam a formação de óxidos de sílica e faialita (2FeOSiO4), muito característica

nos aços ferro-silicio após tratamento térmico de azulamento em atmosfera com umida-de. A formação deste tipo de oxido na superficie do aço pode prejudicar a eficiência do aço, além de fragilizar o material.

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Figura 18: Aço elétrico E230_ forno Brasimet

Imagem no MEV_Aumento: 2000X- S/ ataque químico _{Composição química EDS_ Camada de faialita.}Figura 19: Aço elétrico E230_ forno Brasimet

Através das figuras 20, 21, 22 e 23, nota-se que todas as amostras apresentam tamanho de grão bastante grosseiro e heterogêneo, número de 1 a 2, além de um ligeiro aumento no tamanho dos grãos ocasionado pelo recozimento.

Figura 20: Aço elétrico E145_ forno Brasimet Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 21: Aço elétrico E230_ forno Brasimet Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 22: Aço elétrico PN470_ forno Brasimet Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 23: Aço elétrico Baostell_ forno Brasimet Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

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4.2.1.3. Amostras tratadas no forno Aichelin:

Após o recozimento no forno Aichelin, que possui umidade controlada, foi veri-ficado que as amostras dos aços E145 (figura 24), E230 (figura 25) e PN470 (figura 26) apresentaram faialita. No aço E145 a espessura da camada é de aproximadamente 1.5 µm, no E230 aproximadamente 8.3 µm e no PN470 aproximadamente 1 µm. Pode-se perceber também nos aços PN470 e Baostell (figura 27), a aparição de precipitados es-curos próximos a região superficial.

Figura 24: Aço elétrico E145_ forno Aichelin Aumento: 1000X- Sem ataque

Figura 26: Aço elétrico PN470_ forno Aichelin Aumento: 1000X- Sem ataque

Figura 27: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Aumento: 1000X- Sem ataque

Os aços PN470 e Baostell foram análisados no MEV e a composição química dos precipitados verificado no EDS. Através da figura 29 verifica-se que os pontos es-curos são precipitados de alumínio, formados provavelmente pelo teor mais acentuado de alumínio destas duas ligas.

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Figura 28: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Imagem no MEV_Aumento: 2000X- S/ ataque químico

Figura 29: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Composição química EDS_ Precipitados de alumínio.

Através das figuras 30, 31, 32 e 33, verifica-se que todas as amostras apresentam tamanho de grão bastante grosseiro e heterogêneo, número de 1 a 2, e novamente nota-se pequeno aumento no tamanho de grão.

Figura 30: Aço elétrico E145_ forno Aichelin Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 31: Aço elétrico E230_ forno Aichelin Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 32: Aço elétrico PN470_ forno Aichelin Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 33: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

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4.2.1.4. Amostras tratadas no forno teste:

Por fim foi realizada à análise metalográfica das amostras tratadas no forno teste, que possui atmosfera controlada. Novamente verifica-se a formação de uma camada contínua de faialita, nas amostras dos aços E145, E230 e PN470, e a formação de pontos isolados de precipitados de alumínio na superfície dos aços PN470 e Baostell.

Figura 34: Aço elétrico E145_forno teste Aumento: 1000X- Sem ataque

Figura 35: Aço elétrico E230_ forno teste Aumento: 1000X- Sem ataque

Figura 36: Aço elétrico PN470_ forno teste Aumento: 1000X- Sem ataque

Figura 37: Aço elétrico Baostell_ forno teste Aumento: 1000X- Sem ataque

Com a análise das figuras 38, 39, 40 e 41, constatse que todas as amostras a-presentam tamanho de grão bastante grosseiro e heterogêneo. O tamanho de grão das amostras varia de número 1 a 2, segundo os padrões A.S.T.M, verifica-se também um pequeno aumento no tamanho de grão em relação às peças não tratadas.

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Figura 38: Aço elétrico E145_forno teste Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 39: Aço elétrico E230_ forno teste Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 40: Aço elétrico PN470_ forno teste Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

Figura 41: Aço elétrico Baostell_ forno teste Aumento: 100X- Ataque: Nital 4%

4.2.2. Bico da ranhura dobrado:

4.2.2.1. Amostras tratadas no forno Brasimet

As figuras 42, 43, 44 e 45 retratam a superfície da dobra do bico de ranhura da lamina do estator com um aumento de 100x. Através das figuras 42, 43 e 44, fica evi-dente a fragilização da superfície dos aços E145, E230 e PN470. Verifica-se a presença de micro-trincas na superfície destas laminas após a dobra do bico da ranhura. No aço elétrico Baostell (figura 45), não é possível verificar a aparição de micro-trincas em um aumento de 100x.

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Figura 44: Aço elétrico PN470_forno Brasimet Aumento: 100X- Sem ataque químico

As figuras com aumento de 1000 X sem ataque químico confirmam a fragiliza-ção superficial ocasionada pela camada de faialita. No aço E145, representado pela figu-ra 46, observa-se a presença de trincas que chegam a 37,8 µm. O aço E230, representa-do na figura 47, apresenta trincas com tamanho de 10.10 a 13.95 µm. O aço PN470, representado pela figura 48 nucleou micro-trincas que chegam 7.47 µm. O aço Baostell, figura 49 com aumento de 1000x, foi detectado a presença micro-trincas, com profundi-dade inferior a 6 µm, e certo desplacamento.

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Figura 48: Aço elétrico PN470_forno Brasimet Aumento: 1000X- Sem ataque químico

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4.2.2.2. Amostras tratadas no forno Aichelin:

Através das micrografias abaixo foi verificado que somente a mostra do aço E230 (figura 51) apresenta micro-trincas aparentes com o aumento de 100 X.

Figura 50: Aço elétrico E145_ forno Aichelin Aumento: 100X- Sem ataque químico

Figura 52: Aço elétrico PN470_forno Aichelin Aumento: 100X- Sem ataque químico

Figura 53: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Aumento: 100X- Sem ataque químico

No aumento de 1000X, o aço E230 (figura 55) apresentou desplacamento da camada de faialita, e micro-trincas com profundidade de até 8.53 µm. As amostras PN470 (figura 56) e Baostell (figura 57) apresentam precipitados escuros próximos à superfície, que aparentemente não nuclearam trincas visíveis. O aço E145 (figura 54) não apresentou camada de faialita

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Figura 56: Aço elétrico PN470_ forno Aichelin Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 57: Aço elétrico Baostell_ forno Aichelin Aumento: 1000X- Sem ataque químico

4.2.2.3. Amostras tratadas no forno teste:

Verifica-se novamente que, somente a lamina de aço elétrico E230 apresenta mi-cro-trincas visíveis nas micrografias com aumento de 100 X.

Para análise não foram recebidas amostras do aço elétrico E145 tratadas no forno teste.

Figura 58: Aço elétrico E230_ forno Teste Aumento: 100X- Sem ataque químico

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Figura 59: Aço elétrico PN470_ forno Teste Aumento: 100X- Sem ataque químico

Figura 60: Aço elétrico Baostell_ forno Teste Aumento: 100X- Sem ataque químico

A seguir, as figuras 61, 62 e 63 mostram a superfície das amostras com aumento de 1000 X, sem ataque. As amostras dos aços E230 (figura 61), PN470 (figura 62) e Baostell (figura 63) nucleiam micro-trincas que transpassam a camada de faialita.

Figura 61: Aço elétrico E230_ forno Teste Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 62: Aço elétrico PN470_ forno Teste Aumento: 1000X- Sem ataque químico

Figura 63: Aço elétrico Baostell_ forno Teste Aumento: 1000X- Sem ataque químico

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4.2.3. Bico da ranhura desdobrado:

Foi verificado que somente as chapas do aço elétrico E230, tratado nos fornos teste e Aichelin fraturaram após o desdobramento do bico da ranhura. Por isto somente estas laminas foram análisadas após o desdobramento do bico da ranhura visto que, as outras laminas apresentam o comportamento semelhante ao bico da ranhura dobrado.

4.2.3.1. E230 tratado no forno Aichelin:

A amostra tratada no forno Aichelin apresenta camada de faialita próximo à fra-tura que alcança 3.1µm. Nesta amostra foi encontrada uma reentrância, conforme circu-lado na figura 64, que por estar fragilizada pela formação da faialita, pode atuar como uma trinca.

Através da figura 65 e 66 é possível verificar que o bico da ranhura da lamina apresenta uma fratura inter-granular, indicando fragilização no contorno de grão. Foi observado a existência de duas estruturas na fratura (figura 66). Uma rica em oxigênio (figura 67), e outra rica em carbono (figura 68). A estrutura rica em carbono provavel-mete é proveniente ao manuseio, e a estrutura rica em oxigênio aparenta ser a formação de algum óxido posterior a fratura.

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Figura 65: Aço elétrico E230_ fratura Imagem no MEV_Aumento: 100X

Figura 66: Aço elétrico E230 Imagem no MEV_Aumento: 500X

Figura 67: região clara rica em oxigênio Composição química EDS.

Figura 68: região escura rica em carbono Composição química EDS

4.2.3.2. E230 tratado no forno teste:

Na análise metalográfica realizada na amostra tratada no forno teste, foi verifi-cada a formação de uma camada irregular de faialita nas imediações do início da fratura (figura 69). A espessura da camada de faialita formada chega a atingir 17.78 µm, for-mando trincas que transpassam esta camada.

Figura 69: Aço elétrico E230_ forno teste Aumento: 1000X- Sem ataque

Estrutura rica em oxigênio

Estrutura rico em carbono

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Através das figuras 70 e 71 observa-se que, como no caso dos bicos das ranhuras das laminas tratadas no forno Aichelin, as amostras tratadas no forno teste também a-presentam uma fratura frágil inter-granular. No caso desta amostra é possível observar a difusão da faialita para o contorno de grão, conforme mostra a figura 71 e 72.

Figura 70: Aço elétrico E230_ forno Teste Aumento: 100X- Nital 4%

Figura 71: Aço elétrico E230_ forno Teste Aumento: 1000X- Nital 4%

Figura 72: Faialita Composição química EDS.

Faialita

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4.3.Ensaio de tração:

Os ensaios de tração foram realizados seguindo o procedimento normativo ado-tado pela Embraco, a velocidade de deslocamento utilizada para o ensaio foi de 5 mm/min. Foram realizados doze ensaios de tração em cada amostra, três ensaios de tra-ção em cada estado tratado. Para a melhor visualizatra-ção, as curvas de tratra-ção das amos-tras com mesmo estado de tratamento térmico foram representadas com cores semelhan-tes. As curvas em tons de azul representam os ensaios de tração das amostras tratadas no forno Brasimet, as em vermelho no forno Aichelin, as em verde no forno teste e as em roxo as amostras sem tratamento térmico.

4.3.1. Aço elétrico E145:

Verifica-se através da análise dos gráficos (figura 73) e quadro 4, que no aço elé-trico E145 a atmosfera do forno pouco afeta a tensão máxima e a tensão de escoamento, ficando a diferença observada nos ensaios dentro do desvio padrão dos ensaios. O valor médio de tensão de escoamento ficou em 277 MPa, com desvio padrão de 10 MPa, a tensão máxima média é de 384 MPa, com desvio padrão de 12 MPa e o módulo de elas-ticidade médio é 36,0 GPa, com desvio padrão de 2,7 GPa.

Com o auxilio dos gráficos contata-se a tendência de perda de ductilidade das amostras tratadas no forno Brasimet. Todas as amostras do aço E145 tratadas neste for-no tendem a ter um alongamento mefor-nor antes da ruptura.

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E145 Amostra σesc [Mpa] σmáx [Mpa] ε [%] E [Gpa] Sem tratamento térmico

1 274 382 31% 31,5

2 278 390 29% 34,4

3 278 390 31% 34,6

Tratado no forno Brasimet

2 251 352 29% 35,1

4 270 382 29% 34,5

5 268 384 29% 34,4

Tratado no forno Aichelin

4 284 402 33% 39,5

5 281 380 29% 38,0

6 288 384 28% 41,0

Tratado no forno Teste

2 284 390 35% 34,7

4 284 387 31% 37,1

5 279 388 31% 37,7

4.3.2. Aço elétrico E230:

O valor médio da tensão de escoamento é de 284 MPa, com desvio padrão de 9 MPa, a tensão máxima média apresentada foi de 398 MPa, com desvio padrão de 7 MPa e o módulo de elasticidade médio é 33,3 GPa, com desvio padrão de 1,6 GPa. Como no caso do aço E145, foi verificado através dos gráficos (figura 74), a tendência de menor ductilidade das amostras do aço E230 tratadas no forno Brasimet.

Figura 74: Gráficos dos ensaios de tração das amostras do aço elétrico E230 Quadro 4: Resultados dos ensaios de tração do aço E145

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E230 Amostra σesc [Mpa] σmáx [Mpa] ε [%] E [Gpa] Sem tratamento térmico

1 287 410 35% 32,2

2 280 395 33% 31

3 281 390 37% 30,8

1 290 405 32% 35,2

2 289 396 32% 34,5

3 293 403 36% 34,4

1 273 394 35% 32,3

2 266 386 33% 33,3

3 271 399 34% 34,7

1 289 395 36% 34,1

2 295 403 37% 32,5

3 290 396 37% 35,1

4.3.3. Aço elétrico PN470:

As amostras do aço elétrico PN470 possuem um valor médio de tensão de esco-amento de 284 MPa, com desvio padrão de 8 MPa, tensão máxima média é de 407 MPa, com um desvio padrão de 7 MPa e o módulo de elasticidade médio é 36,8 GPa, com desvio padrão de 1,7 GPa. Algo interessante a ser destacado é que, no caso do aço PN470 (figura 75), as amostras que apresentaram pior alongamento, foram às amostras tratadas no forno Aichelin. As amostras do forno teste obtiveram dois comportamentos distintos, as amostras 1 e 2 apresentaram ductilidade bem inferior à média do ensaio da amostra 3.

Figura 75: Gráficos dos ensaios de tração das amostras do aço elétrico PN470 Quadro 5: Resultados dos ensaios de tração do aço E230

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PN470

Amostra σesc [Mpa] σmáx [Mpa] ε [%] E [Gpa]

Sem tratamento térmico

4 274 396 31% 34,8

5 291 419 30% 37,0

6 280 403 33% 36,0

4 281 413 32% 38,3

5 283 414 31% 39,7

6 275 404 32% 37,0

1 295 410 21% 37,6

2 299 415 21% 36,2

3 291 400 15% 35,8

2 275 399 24% 34,8

3 279 401 24% 35,4

4 279 411 26% 39,5

4.3.4. Aço elétrico Baostell:

Verifica-se através da análise dos gráficos (figura 76) e do quadro 7, que no aço elétrico Baostell a atmosfera do forno pouco afeta a tensão de escoamento, ficando a diferença observada dentro do desvio padrão dos ensaios. O valor médio de tensão de escoamento ficou em 298 MPa, com desvio padrão de 9 MPa, a tensão máxima média é de 433 MPa, com desvio padrão de 13 MPa e o módulo de elasticidade médio é 37,7 GPa, com desvio padrão de 2,2 GPa.

Com o auxilio dos gráficos contata-se a tendência de perda de ductilidade e di-minuição da resistência máxima das amostras tratadas no forno teste. Todas as amostras do aço Baostell tratadas neste forno tendem a ter um alongamento menor antes da ruptu-ra e menor tensão máxima.

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Figura 76: Gráficos dos ensaios de tração das amostras do aço elétrico Baostell

Baostell

Amostra σesc [Mpa] σmáx [Mpa] ε [%] E [Gpa]

Sem tratamento térmico

1 303 449 33% 39,1

2 303 447 33% 38,5

3 303 448 30% 38,2

1 298 435 34% 38,6

2 291 424 33% 38,3

3 297 436 35% 39,3

1 297 426 31% 37,4

2 313 442 36% 39,9

3 305 434 33% 37,5

1 293 425 28% 40,1

2 275 403 31% 36,3

4 293 422 27% 39,1

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5. Conclusão:

Através das análises metalográficas foi possível verificar que, todas as amostras apresentam microestrutura ferrítica com ausência de perlita e tamanho de grão entre o numero 1 e 2, segundo os padrões A.S.T.M. As amostras tratadas termicamente apre-sentaram pequeno aumento do tamanho de grão, em relação às sem tratamento térmico.

Ao serem comparadas as amostras, constatou-se que os dois principais fatores que afetam a formação da camada de faialita são a umidade da atmosfera do forno, e o teor de silício na liga. Quanto maior o teor de silício da liga e maior a umidade da at-mosfera do forno, maior é a espessura da camada de faialita formada. A análise da fratu-ra do aço E230 mostrou a ffratu-ragilização causada pela formação da camada de faialita. Esta fase precipita nos contornos, fragilizando o material, e forma uma camada superfi-cial frágil, que tende a nuclear trincas.

Além da precipitação da camada de faialita, foi verificado nos aços PN470 e Baostell a formação de precipitados de alumínio na superfície. A precipitação superfici-al do superfici-alumínio esta associado à atmosfera oxidante do forno de tratamento térmico, e aos teores mais elevados de alumínio destas ligas. Como foi constatado através dos en-saios de tração, estes precipitados induzem uma perda de ductilidade nas chapas.

O aço elétrico E145, após o tratamento térmico no forno Brasimet, apresentou formação de camada de faialita com espessura chegando a 6,75 µm, e ductilidade infe-rior aos outros tratamentos térmicos. Foi possível verificar redução substancial da ca-mada de faialita, ao serem utilizados os fornos Aichelin, com umidade controlada, e forno teste, que possui atmosfera controlada. Nestes dois fornos a camada de faialita formada não ultrapassou 1,61 µm.

O aço elétrico E230 apresentou formação substancial de faialita após todos os tratamentos térmicos. Houve uma pequena redução da camada de faialita após o trata-mento térmico no forno Aichelin. Através da análise dos ensaios de tração constatou-se que, as amostras do aço E230 tratadas no forno Brasimet, apresentaram tendência à maior fragilidade, se comparado aos outros estados de tratamento.

O aço elétrico PN470 apresentou formação de camada de faialita com espessura chegando a 5,57 µm após tratamento térmico no forno Brasimet. Os fornos Aichelin e teste, não apresentaram camada expressiva de faialita, porém foi verificada a precipita-ção de alumínio próximo à região superficial, que em ambos os casos gerou significati-va perda de ductilidade.

As amostras do aço elétrico Baostell tratadas no forno Brasimet, apresentaram camada de faialita inferior a 2 µm. Os fornos Aichelin e teste não apresentaram camada contínua de faialita, porém apresentaram formação de precipitados de alumínio, que no

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caso das amostras tratadas no forno teste, podem ter afetado a ductilidade e a tensão máxima de ruptura.

A seguir, no quadro 8, segue um resumo das propriedades mecânicas dos aços elétricos ensaiados. σesc [Mpa] σmáx [Mpa] ε [%] E [Gpa] E145 Média 277 384 30% 36 Desv.Pad 10 12 2% 2,7 E230 Média 284 398 35% 33,3 Desv.Pad 9 7 2% 1,6 PN470 Média 284 407 27% 36,8 Desv.Pad 8 7 6% 1,7 Baostell Média 298 433 32% 38,5 Desv.Pad 9 13 3% 1,1

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6. Referência bibliográfica:

[1] CARMEIS Dean Willian - Os efeitos da diversidade de tensões de distri-buição no setor elétrico brasileiro. Estudo do caso do Refrigerador Doméstico. Dis-sertação de mestrado, 2002.

[2] LANDGRAF, F. e TEIXEIRA, J. – Aços carbono e aços silício para fins elétricos. IPT Divisão de Metalurgia;

[3] http://www.micromag.com.br/, acessado na semana de 9/08/2010

[4] CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos. 7.ed. São Paulo: ABM, 2005;

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7. Anexos:

7.1.Histórico da empresa:

Fundada em Joinville (SC) em 1971 por três empresas fabricantes de refrigera-dores, Cônsul, Springer e Prosdócimo, a EMBRACO começou a operar em 1974, com o objetivo inicial de suprir a indústria brasileira de refrigeradores, então dependente da importação de compressores. O primeiro compressor, um PW com tecnologia da empre-sa dinamarqueempre-sa Danfoss, empre-sai da linha de montagem em 6 de setembro de 1974. Em 7 de março de 1975 o parque fabril é oficialmente inaugurado, com capacidade de produ-ção de 1 milhão de compressores por ano.

Nesta mesma década tornou-se exportadora associando-se ao grupo Brasmotor e, na década seguinte, seus produtos já eram comercializados em todos os continentes. Nos primeiros anos de 1990, a EMBRACO deu início ao processo de abertura de bases pro-dutivas fora do Brasil e a conseqüente ampliação de sua estrutura global de vendas.

Logo chegou à liderança mundial, com um market share atualmente estimado em 20%.

Em março de 2006 a empresa comemorou 35 anos e, neste mesmo mês, inaugu-rou o POLO – Laboratórios de Pesquisa em Refrigeração e Termofísica, consolidando a parceria tecnológica de 24 anos com a UFSC. Desde maio de 2006 atua, no Brasil, sob a razão social Whirlpool S.A., em função da junção da Empresa Brasileira de Compresso-res S.A. – Embraco com a Multibrás S.A. Eletrodomésticos. Entretanto, a EMBRACO continua a operar de forma estruturalmente independente, dada a peculiaridade de seus negócios.

A Embraco produz 12 famílias de compressores e centenas de modelos adapta-dos às exigências de diferentes mercaadapta-dos. Também monta Unidades Condensadoras para diversos tipos de aplicação. Os compressores Embraco atendem a aplicações do-mésticas, comerciais de pequeno e médio porte em aplicações de baixa, média e alta pressão de sucção, buscando atender aos níveis de eficiência de ruído e vibração neces-sários. Merecem destaque os compressores da família VCC (Compressor de Capacidade Variável) que permitem soluções personalizadas através da utilização de uma unidade eletrônica.

Esta tecnologia permite o ajuste automático e contínuo da velocidade dentro da faixa selecionada, para ótima performance do sistema. É indicado para aparelhos

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do-pressores convencionais. Além disso os comdo-pressores VCC são os mais silenciosos do mercado permitindo ainda a melhor conservação dos alimentos em função de tempera-turas mais estáveis dentro do gabinete.

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