Qualificazione degli acciai magnetici dolci per la produzione di attuatori e sensori elettromagnetici

Nell'industria automobilistica si assiste a una costante crescita dei requisiti di qualità degli acciai magnetici dolci forniti per la produzione di vari componenti utilizzati per attuatori, sensori o macchine elettriche. Un esempio frequente è l'elettrovalvola, che in generale può essere utilizzata sia come attuatore che come sensore. Le elettrovalvole trovano ampia applicazione nell'industria automobilistica, essendo parte del meccanismo di movimento o di controllo con l'obiettivo di trasformare in modo rapido ed efficiente l'energia elettromagnetica in azione meccanica o viceversa. Per ottenere la trasformazione e l'efficienza funzionale, sono necessari acciai morbidi permeabili al magnetismo come materiale di base. Per soddisfare i requisiti di efficienza, i fornitori di acciai magnetici dolci e i produttori di componenti devono qualificare i materiali di base (ad esempio l'acciaio inossidabile ferritico) con caratteristiche ferromagnetiche prestabilite.

Quali sono le principali caratteristiche ferromagnetiche richieste?

Le caratteristiche ferromagnetiche considerate per la qualificazione dei materiali magnetici morbidi sono tipicamente rappresentate dalla curva di isteresi magnetica in corrente continua. La curva di isteresi comprende, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, singole grandezze fisiche come la coercitività (H_cJ ), la polarizzazione magnetica di saturazione (J_S ) e la permeabilità relativa (μ_r ).

Ciclo di isteresi

La permeabilità relativa è uno dei parametri più accettati per caratterizzare la "morbidezza magnetica" dei materiali ferromagnetici. La permeabilità relativa µ_r è proporzionale al rapporto B/H e mostra la ripidità della curva iniziale nel diagramma B(H). Caratterizza l'efficienza dinamica di un materiale dedicato in un processo di magnetizzazione dinamico. Più alta è la permeabilità relativa µ_r , più velocemente i componenti (costituiti da questo materiale) del sistema elettromagnetico possono essere magnetizzati, contribuendo ad aumentare la dinamica del sistema.

La permeabilità relativa µ_r non è un parametro costante per i materiali ferromagnetici e dipende dall'entità dell'intensità del campo magnetico applicato (H). Pertanto, non è insolito che per ragioni di semplicità si consideri spesso solo il valore massimo della curva di permeabilità relativa (μ_rmax ).

Permeabilità relativa in funzione di H per 2 tipi di campioni

La permeabilità relativa può essere notevolmente alterata durante la produzione di materiali magnetici morbidi, cioè dopo i processi di trafilatura, laminazione, rettifica e ricottura. Ad esempio, per gli acciai inossidabili come l'1.4105 o l'1.4106, ampiamente utilizzati per produrre attuatori o sensori nell'industria automobilistica, il livello di μrmax può variare tra 700 e 1800 a seconda delle condizioni di lavorazione o di trattamento termico.

Metodo del circuito magnetico aperto e KOERZIMAT J-H

Una delle forme più frequenti di acciai magnetici dolci forniti è costituita da barre tonde o lamiere rettangolari. Per misurare il μrmax, sia i fornitori di acciaio che gli acquirenti sono alla ricerca di un dispositivo industriale preciso, ma con una funzionalità semplice e che non richieda una preparazione sofisticata del campione.

La curva di isteresi può essere misurata in modo efficiente in termini di tempo e risorse con il metodo della magnetizzazione nel circuito magnetico aperto. Il vantaggio del metodo è che non sono necessari ulteriori adattamenti e preparazioni meccaniche (ad es. molatura, serraggio), ma è sufficiente rispettare le dimensioni predefinite del campione.

KOERZIMAT J-H technology

Sulla base di questo metodo, per testare barre e fogli magnetici morbidi FOERSTER ha sviluppato il sistema KOERZIMAT 1.097 J-H. Il sistema KOERZIMAT J-H consente di misurare l'intero ciclo di isteresi. Questo sistema consente di misurare il ciclo di isteresi e la permeabilità relativa senza bisogno di ulteriori adattamenti meccanici e carichi per i campioni testati.

Per la misurazione, il campione viene inserito nella bobina di rilevamento del supporto del campione, che viene poi posizionato all'interno della bobina. Il design assicura che il campione sia posizionato al centro della regione omogenea della bobina di campo. Prima di iniziare la misura, il campione viene smagnetizzato. La successiva misura di isteresi è controllata dal controllore KOERZIMAT, che garantisce tempi di misura sufficientemente lunghi per evitare effetti collaterali dovuti alle correnti parassite e consente misure di isteresi fino a 100 kA/m.

Dispositivo KOERZIMAT J-H

Le misure di isteresi in un circuito magnetico aperto sono influenzate dagli effetti di smagnetizzazione, che possono essere corretti matematicamente. La correzione della smagnetizzazione viene effettuata automaticamente dal software J-H mediante il calcolo dei fattori di smagnetizzazione flussimetrici; i risultati della misura vengono visualizzati sotto forma di isteresi "vera", con taglio.

Quali materiali possono essere misurati?

Il KOERZIMAT J-H è progettato per materiali magnetici morbidi ed è in grado di misurare un ciclo di isteresi con un'intensità di campo massima di 100 kA/m. L'applicazione della correzione di smagnetizzazione implementata mostra un buon accordo con le misurazioni standardizzate e i dati di letteratura nell'intervallo di permeabilità 100-4000.

KOERZIMAT J-H video