Estudo sobre o magnetismo inerente e sua relação com as propriedades mecânicas do aço redondo estrutural

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16078 (2022) Cite este artigo

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O magnetismo inerente é uma propriedade importante dos materiais ferromagnéticos. Neste estudo, a intensidade do campo magnético interno (IMFI) e o efeito magneto-mecânico interno (IMME) de Q390B em um campo estrutural foram investigados para detectar e verificar o magnetismo inerente em configurações estruturais. No teste IMFI, o fluxo magnético foi usado para detectar a mudança no campo magnético para verificar a existência de magnetismo. No teste IMME, um novo instrumento foi implementado para medir a variação magnética na amostra Q390B sem fluxo magnético. Com base nos testes de carga de tração cíclica de baixa frequência (LFC), o magnetismo inerente foi totalmente descrito. Os resultados experimentais indicam que o IMME apresenta grande potencial e maior eficiência em estudos de magnetismo inerente e pode ser promovido em um futuro próximo.

As propriedades de magnetismo dos materiais são amplamente utilizadas em diversas indústrias1,2,3,4. Por exemplo, o magnetismo é usado como um método de teste não destrutivo para a construção de estruturas de aço. No entanto, os escapamentos de aço estrutural podem falhar durante o serviço, o que pode levar a desastres. Portanto, monitorar o estresse dos membros estruturais de aço é vital. O aço estrutural, uma liga de aço de baixo carbono para edifícios e pontes, é um material ferromagnético ou material magnético macio3,5. Após a fundição, soldagem e fabricação, os componentes de aço podem obter um certo magnetismo conhecido como magnetismo inerente. Em pesquisas recentes, o magnetismo tem chamado muita atenção e é amplamente utilizado em ensaios não destrutivos de materiais (NDT)6,7.

Com base nos processos de magnetização em aços, abordagens populares incluem ruído magnético de Barkhausen (MBN), medição de histerese magnética (MHM), memória magnética de metal (MMM) e métodos de vazamento de fluxo magnético (MFL)4,8,9,10. A dependência inerente das propriedades magnéticas da estrutura atômica e da microestrutura leva a uma certa relação entre propriedades magnéticas e tensões mecânicas11. A variação magnética no aço estrutural é sensível a defeitos internos e cargas externas. Sob a influência de tensões mecânicas, a mudança na magnetização intrínseca é piezomagnética para um material ferromagnético. Em 1865, Villari descobriu que o magnetismo está sujeito a ações mecânicas como tensão ou compressão12,13. A mudança no magnetismo foi causada por estresse mecânico14. Os resultados mostram que a tensão do aço estrutural produz um aumento da magnetização em campos fracos e uma diminuição nos campos fortes. De fato, a tensão dos materiais ferromagnéticos é avaliada pela mudança no campo magnético. O estado de tensão de materiais ferromagnéticos pode ser avaliado pela intensidade do campo magnético. Desde então, a conexão entre o campo piezomagnético e a tensão aplicada tornou-se um tópico importante6,15.

Para as origens do efeito magneto-mecânico, Jiles4,15 apresentou uma série de ensaios para o efeito de tensões de tração uniaxiais de até 85 MPa na atividade de Barkhausen e nas propriedades magnéticas dos aços. Ele propôs uma teoria do modelo de efeito magneto-mecânico para MBN. As paredes de domínio são desafixadas pela aplicação de tensão que faz com que as paredes se movam, alterando assim a magnetização. Dubov16 realizou um estudo das propriedades de metais com a técnica de ensaios não destrutivos (NDT) usando memória magnética como método. Sablik et al.17,18 estudaram os efeitos das tensões biaxiais no MHM do aço com o campo de tensões e elucidaram a variação nas propriedades magnéticas com o tamanho de grão e a densidade de discordâncias. Bulte et al.19 apresentaram uma hipótese para explicar o mecanismo pelo qual tensões aplicadas externamente podem afetar as propriedades magnéticas de materiais ferromagnéticos. Segundo Leng et al.20,21, a resposta do sinal MMM à deformação plástica do aço de baixo carbono foi explorada por uma investigação experimental. Wang et al.7 propuseram um novo método para estimar a localização da concentração de tensão e avaliar o grau de dano usando uma curva de gradiente.