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Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von magnetisierbaren Legierungen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von magnetisierbaren Werkstoffen in Blechform, und zw. insbesondere auf die auswahl der Temperaturen für die spannungsbeeinflussende Wärmebehandlung, durch die in den ferromagnetischen Blechen eine Orientierung hervorgerufen wird, die die Permeabilität und andere magnetische Eigenschaften verbessert.
Der geschichtete magnetisierbare Werkstoff, der für Transformatorenkerne, dynamoelektrische Maschinen und andere ähnliche elektrische Geräte verwendet werden soll, muss vorzugsweise hohe Permeabilität bei hohen Feldstärken besitzen, da bei einer gegebenen Gerätekapazität der Magnetkern umso kleiner sein kann, je höher die Permeabilität ist. Im Interesse der Wirksamkeit soll der Werkstoff auch möglichst niedrige Kraftverluste besitzen.
Es hat sich gezeigt, dass ein Blech von gegebenem ferromagnetisehem Werkstoff dann die höchste Permeabilität bei hohen Feldstärken hat. wenn die Körner so orientiert sind. dass die Riehtunc'der leichtesten Magnetisierung durch die Kristalle mit der Richtung der Magnetisierung des Bleches über- einstimmt.
Es ist bereits eine spannungsbeeinflussende Wärmebehandlung vorgeschlagen worden, die geeignet ist, eine besonders wirksame Kornorientierung zu erzeugen, die die genannte Kombination von hoher Permeabilität und niedrigen Verlusten bei hohen Feldstärken besitzt. In dieser Behandlung wird der ferromagnetische Werkstoff während der letzten Stiche der Dickenverringerung einer oder mehreren spannungserzeugenden Kaltwalzungen und spannungsbeseitigenden Glühungen unterworfen, die zusammen einen gut orientierten Werkstoff erzeugen, der grosse, für die Rekristallisation geeignete
Körner besitzt.
Gemäss der Erfindung hat es sich indessen gezeigt, dass durch Vornahme des Walzens bei höheren Temperaturen die bisher erzielten Ergebnisse wesentlich verbessert werden können.
Bei der Ausführung der Erfindung wird das magnetisierbare Material, u. zw. vorzugsweise eine Eisen-Silizium-Legierung mit bis zu a o Silizium, zwischen 600 und 900 f, insbesondere zwischen 600 und 700a C, auf Fertigmass ausgewalzt und dann bei Temperaturen zwischen 9000 und 13000 C schluss- geglüht. Dieses Glühen wird während einer Zeit vorgenommen, die zwischen einigen Sekunden und mehreren Stunden liegen kann. Der sieh ergebende Werkstoff, der sowohl höchste Permeabilität als auch niedrigste Verluste besitzt, hat sich als wesentlich besser gegenüber dem herausgestellt, der durch Einfügung von inneren Spannungen mittels Walzens in der Kälte hergestellt wurde.
Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Darstellung, wie die Atome in einem einzelnen Kristall eines magnetisierbaren Werkstoffes der Eisenklasse angeordnet sind. Fig. 2 enthält ein Diagramm mit Kurven, die bestimmte magnetische Eigenschaften des Kristalles nach Fig. J zeigen. Fig. 3 stellt eine perspektivische Ansicht eines vergrösserten Teiles eines magnetisierbaren Bleches dar und zeigt zwei verschiedene Arten, wie die Kristalle sich während der spannungsbeeinflussenden Behandlungen orientieren.
Zur Erklärung der Erfindung soll erst eine Betrachtung über die Eigenschaften eines einzelnen liristalles aus ferromagnetischen Werkstoffen vorgenommen werden, dessen Würfelstruktur in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser Kristall besitzt an jeder seiner Ecken ein Atom und ausserdem ein Atom in seinem
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räumlichen Mittelpunkt und ist kennzeichnend für Werkstoffe der Eisenklasse, zu denen auch EisenSilizium-Legierungen gehören.
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Kurve gehört, liegt längs jeder der drei Kantènrichtungen, die in Fig. 1 mit [100] bezeichnet sind.
Eine jede hievon definiert eine Richtung, die senkrecht zu einer Würfelfläche steht.
Hieran schliessen sich die Richtungen, die von einer Ecke einer jeden Fläche zu der diagonal entgegengesetzten Ecke der gleichen Wiirfelfläehe gehen. Eine solche Richtung ist in Fig. 1 mit tu bezeichnet und dieses Symbol ist auch in Fig. 2 auf die entsprechende Magnetisierungskurve angewendet.
An letzter Stelle in der Magnetisierbarkeit folgt schliesslich die Kurve [H der Fig. 2, die jeder der Richtungen entspricht, die diagonal durch den Würfel gehen und durch jede der Achsen bestimmt sind, die von einer Ecke des Würfels zu der räumlich gegenüberliegenden Ecke gehen.
Nicht nur Kristalle von reinem Eisen, sondern auch solehe von Eisenlegierungen mit geringen
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solcher zusätzlichen Elemente sind : Silizium, Aluminium, Nickel, Kupfer, Mangan usw.
Wenn der Werkstoff wie gewöhnlich behandelt wird, so ist er nicht orientiert oder er besitzt eine zufällige beliebige Kornorientierung. Jede Kornansammlung, die aus einer grossen Anzahl der beschriebenen würfelförmigen Kristalle besteht, die dicht aneinander in einer regulären oder parallelen Art angeordnet sind, erzeugt magnetische Eigenschaften, die mit denen eines jeden einzelnen Kristalles vergleichbar sind, aus denen sie aufgebaut ist. Bei beliebiger Orientierung ist die Verteilung der Kornachsen im wesentlichen in allen Richtungen die gleiche, und keine besondere Richtung ist daher bevorzugt.
Bei einer solchen Bedingung können die höchsten erreichbaren magnetischen Eigenschaften nur von durchschnittlicher Höhe erwartet werden, so wie sie durch die gestrichelte Kurve in Fig. 2 angedeutet sind.
Wenn jedoch bestimmte von diesen Kristallachsen alle in wesentlich der gleichen Richtung liegen-eine Bedingung, die als orientiert bezeichnet wird-so ergibt sich ein Werkstoff mit bevorzugten Richtungen der leichtesten Magnetisierung, die erfindungsgemäss mit Vorteil bei der spannungsbeeinflussenden Behandlung zur Verbesserung der Eigenschaften verwendet werden können.
Bei der Grundart der spannungsbeeinflussenden Behandlung wird die gewünschte Orientierung der Körner dadurch erreicht, dass der Werkstoff einer oder mehreren bestimmten Stufen von Walzund Glühbehandlungen unterworfen wird. Die endgültige Orientierung ist, wie später erklärt werden wird, eine solche, in der die Kanten des Kristallwürfels mit der Walzrichtung übereinstimmen, während die ebenen Oberflächen des Würfels, welche diese Kanten bestimmen, beliebig um die Achse der Walzrichtung orientiert sind.
Im vorliegenden Falle bewirkt das Walzen eines ferromagnetischen Werkstoffes eine Orientierung der jMJ-Achsen des Kristalles, von denen einer vergrössert mit 27 in der Fig. 3 bezeichnet ist, in eine Richtung, die parallel zu der Walzrichtung liegt. Als Folge hievon richten sieh andere [110J-Achsen so aus, dass sie um 450 von der Walzriehtung abweichen. Hiedurch ergibt sich, dass in einem nur in einer Richtung gewalzten ferromagnetisehen Werkstoff die Richtung der leiehtesten Magnetisierung um einen ähnliehen Winkel abweicht.
Die sieh an das beschriebene Walzen anschliessende Glühung bei 900 bis U300 C beseitigt die vorher hineingebraehten Spannungen und richtet einen wesentlichen Teil der Kristalle in eine Lage aus, die in Fig. 3 mit 28 bezeichnet ist. Diese zweite Art der Orientierung, in der ein Teil der [100]- Achsen mit der Walzrichtung übereinstimmt, ist diejenige, welche gemäss der Erfindung die wesentlich verbesserten Eigenschaften hervorruft.
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durch Röntgenstrahlen, magnetische, elastische und optische Versuchsverfahren, die, da sie auf verschiedener Grundlage beruhen, voneinander weitgehend abweichen.
Auf diese Weise kann gezeigt werden, dass, während zwei der sechs Würfelflächen 28 gleichmässig in Flächen, die senkrecht zur Walzrichtung stehen, ausgerichtet sind, die übrigen vier Würfelflächen nicht so gleichmässig angeordnet sind und ihre Orientierung zufällig und beliebig ist. Das Vorhandensein einer solchen Beziehung ist weiterhin durch die Tatsache erwiesen, dass die erfindungsgemäss behandelten Werkstoffe ihre besten magnetischen Eigenschaften in der Walzrichtung besitzen und wesentlich schlechtere Eigenschaften in allen andern Richtungen zeigen.
In manchen Fällen braucht das Walzen nur einmal vorgenommen zu werden, um ein wirksames Übergewicht der gewünschten zweiten Orientierungsart zu erreichen. In andern Fällen wird die grösste Verbesserung dann erzielt, wenn mehr als einmal gewalzt wird, wobei jedes einzelne Walzen die durch die vorhergehende Walzstufe erzielte Wirkung erhöht. In allen Fällen hat sich gezeigt, dass durch das Erhöhen der Walztemperatur eine wesentliche Verbesserung in den Endergebnissen erzielt werden kann. Diese Erkenntnis hat sich ergeben auf Grund von Walzversuchen, die unterhalb, bei und oberhalb Raumtemperatur durchgegeführt wurden, um festzustellen, welche Temperatur die besten Ergebnisse zeitigt.
Einige Versuehsstücke wurden unmittelbar vor dem Walzen in flüssige Luft eingetaucht ; andere
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wurden ohne Erwärmung oder Abkühlung gewalzt, und noch andere wurden unmittelbar vor jedem Walzschritt bei 600 bis 700 C geglüht.
Bei den allgemein gebräuchlichen Eisen-Silizium-Legierungen liegt dieser Höchstwert zwischen 600 und 900 C. Ein Walzen bei sehr hohen Temperaturen, nämlich oberhalb 1000 C, führt angenähert einen Zustand herbei, der durch fortdauerndes Glühen erhalten wird, und schliesst die Einführung der notwendigen Spannungen aus.
Um weiterhin die Überlegenheit des Heisswalzens gegenüber dem Kaltwalzen bei der spannungsbeeinflussenden Behandlung zu zeigen, wurden andere Proben von 3-25 v. H. igen Silizium-Eisen-Legierungen dreimal hintereinander mit je 50 v. H. Stärkenverminderung verformt und dazwischen bei 10000 geglüht. Während die kaltgewalzten Proben bei Feldern von 5 bzw. 10 bzw. 100 Oersted eine Induktion von 12910 bzw. 14330 bzw. 17730 Gauss zeigten, besassen die heissgewalzten Proben Werte von 14270, 15590 bzw.
18869 Gauss. Diese Versuehsergebnisse zeigen weiterhin, dass die Verbesserungen in der Permeabilität durch Heisswalzen sowohl als wesentlich als auch in allen Fällen übereinstimmend gefunden wurden.
Infolgedessen ist das Heisswalzen allgemein und insbesondere für Eisen-Silizium-Legierungen beträchtlich wirksamer als das Kaltwalzen, wenn die spannungsbeeinflussende Behandlung gemäss der Erfindung vorgenommen und dadurch die gewünschte zweite Art der Orientierung erzeugt wird, von der die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften abhängt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von magnetisierbaren Legierungen, vorzugsweise von Eisen-Silizium-Legierungen mit bis zu 5 v. H. Silizium durch Walzen auf Fertigmass und abschliessendes Glühen, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswalzen auf Fertigmass bei Temperaturen zwischen 6000 und 9000 C, vorzugsweise zwischen 6000 und 7000 C, und das abschliessende Glühen bei Temperaturen zwischen 9000 und 13000 C durchgeführt wird.