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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Metallen.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Metallen, insbesondere Legierungen des Eisens, welche beispielsweise zur Herstellung von Màgnetkernen und permanenten Magneten dienen.
Es ist bekannt, dazu dienende Drähte und Bleche im Bereich jener Temperatur zu strecken, in der die Rekristallisation des Gefüges vor sich geht und das Material aus dem unmagnetischen in den magnetischen Zustand übergeht. Die kritische Temperatur, bei der die magnetischen Eigenschaften der besagten Metalle auftreten oder verschwinden, liegt ober und unter 820 C.
Bei Temperaturen oberhalb des kritischen Temperaturbereiches sind fast alle Metalle unmagnetisch.
Bei Temperaturen unterhalb des kritischen Temperaturbereiches werden viele. von diesen magnetisch und dies um so stärker, je niedriger die Temperatur des Metalls ist.
Es wurde schon vorgeschlagen, die Bearbeitung solcher Metalle in der Wärme durch Ziehen, Walzen oder Schmieden zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften bei einer Temperatur des Metalls auszuführen, welche wesentlich oberhalb des kritischen Temperaturbereiches liegt.
Auch ist nach der amerik. Patentschrift 1708936 bereits versucht worden, die magnetischen Eigenschaften von Legierungen durch Erwärmung über die Rekristallisationstemperatur unter gleichzeitiger Einwirkung eines magnetischen Feldes zu verbessern. Wesentlich bessere Ergebnisse lieferten Versuche, bei denen die bekannten Verfahren kombiniert wurden.
Gemäss der Erfindung wird eine weitere Verbesserung dadurch erzielt, dass die mechanische Bearbeitung, insbesondere Querschnittsverminderung, nach Erhitzung der Werkstücke auf eine über der Rekristallisationstemperatur liegende Temperatur in einem magnetischen Kraftfeld erfolgt.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass während der mechanischen Bearbeitung die Werkstücke entweder auf eine unter der'Rekristallisationstemperatur liegende Temperatur abgekühlt oder mehr oder weniger genau auf Rekristallisationstemperatur gehalten werden.
Das magnetische Feld kann so angeordnet werden, dass die Kraftlinien das Werkstück senkrecht zu seiner Längenausdehnung durchdringen oder in Richtung der Längenausdehnung durchfliessen.
Nach diesem Verfahren können vor allem die Bleche für Transformatorenkerne, Anker und Polschuhe hergestellt werden.
Insbesondere müssen die Bleche für Transformatorkerne und auch die in Wechselstromgeneratoren niedrige Hysteresisverluste besitzen. Gleichzeitig ist eine hohe Permeabilität erwünscht. Wie bereits bekannt, eignet sich hiezu besonders Siliziumstahl. Erfindungsgemäss behandelte Bleche aus diesem weisen, wie nachstehend angeführt wird, einen niedrigeren Wattverlust auf als die besten magnetischen Stoffe.
Zur Erlangung von Versuchsergebnissen wurden aus der Charge Nr. 4311 eines Siliziumstahles mit 4-35% Si, 0-056% C, 0-078% Mn, 0'011% P und 0-026% S je sechs Bleche in einem magnetisierbaren und gewöhnlichem Walzwerk bei ungefähr 800 C ausgewalzt. Aus den Blechen wurden je drei Probestreifen quer zur Walzfaser und parallel zu dieser herausgeschnitten und an diesen der Wattverlust je kg (W/kg) nach Epstein bestimmt.
Die Probestreifen aus den im magnetisierbaren Walzwerk gestreckten Blechen zeigten Watt-
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Aus obigem ist ersichtlich, dass der durchschnittliche Wattverlust der auf dem magnetisierbaren Walzwerk erzeugten Bleche um 0-214 1/ geringer ist als der Bleche des gleichen Walzwerkes ohne
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Durch das Walzen auf einem magnetisierbaren Walzwerk wurde nicht nur ein Material von niedrigerem Wattverlust, sondern auch ein gleichförmigeres Blech als mit dem Walzwerk gleicher Type ohne
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noch günstigere Ergebnisse erzielt. Die molekulare Umwandlung wird jedoch bei hoher Verarbeitungtemperatur stärker beeinflusst als beim Kaltwalzen.
Aber auch das Material für permanente Magnete lässt sich so wesentlich verbessern.
Ein ferneres auf ein mehr beschränktes Gebiet bezügliches Merkmal der Erfindung besteht in einem Verfahren, durch welches die Korrosionsbeständigkeit gewisser Legierungen gesteigert wird. Einige dieser Legierungen sind im Handel als "Allegheny-Metall", "KA-2", "lS-S" und "Enduro" bekannt.
Diese wie andere Erfolge, welche für den auf dem Gebiete, auf welches sich die Erfindung bezieht, Sachverständigen erkennbar sind, werden mit Hilfe der oben grundsätzlich beschriebenen Behandlungmethode erreicht, welche nachstehend im einzelnen in Verbindung mit der Herstellung von Blechen, u. zw.
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werden wird.
Da das Verfahren nach der Erfindung allgemein gesprochen darin besteht, die Bearbeitung eines Metalls oder einer Metallegierung (beispielsweise durch Walzen oder Aussehmieden) vorzunehmen, während die Temperatur der Werkstücke von einem Punkte oberhalb des Bereiches, in welchem die Wiederordnung der Moleküle erfolgt, auf eine Temperatur absinkt, die unterhalb dieses Punktes oder Temperaturbereiches liegt, und während das Material dem Einfluss eines relativ starken Magnetflusses oder Magnetfeldes ausgesetzt wird, ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten zur Durchführung des neuen Verfahrens.
Zur Durchführung des Verfahrens brauchen nur die bekannten Vorrichtungen zur Bearbeitung, z. B. durch Ziehen, Walzen oder Schmieden, mit einem verhältnismässig starken Magnetfeld so kombiniert
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so nahe diesem Felde vor sich geht, dass das in der Wärme bearbeitete Material durch dieses Feld beeinflusst wird.
Das Verfahren gemäss der Erfindung findet vorzugsweise Anwendung im letzten Bearbeitungsgang, weil dann die beste Wirkung erzielt wird.
Bei Anwendung des Verfahrens auf das Fertigwalzen von Blechen werden diese in der üblichen Weise vornehmlich in Paketen auf Walztemperatur, d. h. auf eine Temperatur, welche oberhalb des kritischen Temperaturbereiches des Metalls liegt, erwärmt.
Die Zeichnungen zeigen schematisch Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 1 ist ein Aufriss, Fig. 2 eine Seitenansicht eines magnetisierbaren einpaarigen Walzwerkes.
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch zwei hintereinander angeordnete Walzenpaare zum Strecken von streifen-
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Das zum Fertigwalzen von Blech geeignete Walzwerk nach Fig. 1 und 2 besteht aus den üblichen Ständern 10 und 11, in deren Durchbrechungen12 Lager . 14 für die Zapfen der zwei Walzen 15, 16 angeordnet sind.
Die Walzenlager 18, 14 bestehen aus unmagnetischem Material. Die untere Walze 16 wird angetrieben durch ein unmagnetische Kupplungsglied 17, das den Walzenzapfen 18 mit einer in der Figur nicht dargestellten Antriebsspindel verbindet.
Um zwei zusammenarbeitende magnetische Felder zu schaffen, werden auf die zylindrischen Andrehungen 22 der Zapfen 18 der Unterwalze 16 je ein hufeisenförmiger Elektromagnet 20 mit dem durch einen Bügel 23 schliessbaren unteren Schenkelende dicht gleitend aufgesetzt.
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gleitende Reibung zwischen der Bohrung der unteren Schenkel der Magnete und den vorspringenden Hälsen 22 der unteren Walze 16 verringert, wobei die Anordnung des in seitlicher Richtung angeordneten Tragfusses 27 mit diesem Ziele erfolgt.
Tragösen 30 werden zweckmässig vorgesehen, um die Magnete leicht von einer Stelle zur andern transportieren zu können und um sie in die richtige Lage zu den Reduzierwalzen bringen zu können.
Den Walzenzapfen und Magnetschuhen wird Kühlwasser durch Ventile 32 und Rohre 31 zugeführt.
Das zwischen die Walzen eingeführte Material 33 wird von den mit Pfeilen angedeuteten Kraftlinien senkrecht durchsetzt.
Die zur Zu-und Abfuhr sowie Abstreifung des an den Walzen haftenden magnetischen Walzgutes dienende Vorrichtung besteht gemäss Fig. 5 aus einem Bock 34 mit einem Vortisch 35 aus unmagnetischem Material und einem Deckel 36, welcher an der Eingangsseite-bei 37-nach oben gebogen ist. Tisch und Deckel sind mit Abstreifern 88 und 39 versehen, welche durch Federn 40, 41 an die Walzen 15, 16 gedrückt werden. Am vorderen Ende 37 des Deckels 36 ist in 43 eine Brücke 42 angelenkt, die rückwärts auf einer Stütze 44 des Bockes 34 aufruht.
An der Austrittsseite des Walzgerüstes werden durch Federn 47 und 48 an die Walzen angedrückte Abstreifer 45 und 46 angeordnet. Das Walzgut läuft zwischen unmagnetischen Führungen 49 und 50 aus.
Die Führung 49 ist mit einem aufwärts gerichteten Brückenglied 51 versehen, das mit der Brücke 42 ermöglicht, das Walzgut über die obere Walze zu führen und so von der Auslaufseite die Einlaufseite zurüekzubefördern.
Eine Magnetisiereinrichtung für zwei hintereinander angeordnete Walzgerüste zeigen die Fig. 3 und 4. Hiebei verlaufen die magnetischen Kraftlinien innerhalb des Materials während des Walzvorganges in Richtung der Walzfaser des Materials, d. i. in Längsrichtung des Walzgutes.
Die lamellierten oder massiven Kerne 52 der Elektromagnete werden mit ihren durchbohrten Enden 57 auf die beiderseitigen Zapfen 58 der Oberwalzen und ebenso auch auf je zwei Zapfen der Unterwalzen aufgesteckt und mit geeigneten Wicklungen 55 versehen. Jedes der unteren magnetischen Felder durchdringt den unteren Kern in der Längsrichtung und geht in die vordere untere Walze und nach oben in das Walzgut über, von dort dem Walzgut entlang nach rückwärts zur unteren hinteren Walze und dann nach unten in den Kern zurück. Oberhalb des Werkstückes verläuft das Feld entlang dem Kern durch die obere Walze 53, hinunter in das Walzgut, diesem entlang nach rückwärts zur hinteren Walze und dann nach oben in die obere Walze 54.
Einen Kurzschluss der Kraftfelder durch die Walzenständer 59 verhindern die unmagnetisehen Lager 60.
In Fig. 6 ist ein Hammerwerk, das auf einer unmagnetischen Grundplatte angeordnet im Ständer einen Kern 62 mit einer Wicklung 63 besitzt. Das zu bearbeitende Werkstück 64 schliesst das magnetische Feld.
Durch ähnliche Vorrichtungen kann auch das Walzen von Stäben, Stangen, Röhren, Draht od. dgl. beeinflusst werden.
Da sich Ober-und Unterwalzen im magnetischen Feld kräftig anziehen, werden die Walzenständer weniger beansprucht und die Walzen sich auch weniger durchbiegen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Metallen und deren Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung, insbesondere Querschnittsverminderung, nach Erhitzung der Werkstücke auf eine über der Rekristallisationstemperatur liegende Temperatur in einem magnetischen Kraftfeld erfolgt.