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Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen für permanente Magnete, die Nickel, Titan und Aluminium mit oder ohne Kobalt enthalten. Derartige Stähle sind z. B. aus dem Aufsatz von Kotaro Honda in der Zeitschrift"Metall-Wirtschaft,-Wissenschaft und -Technik", XIII. Jahrgang, Heft 24, Seite 425, 15. Juni 1934, und aus der französischen Patentschrift Nr. 764375 bekannt. Sie enthalten im allgemeinen neben andern Stoffen, wie z. B. Aluminium, folgende Bestandteile :
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<tb>
<tb> 3-50% <SEP> Nickel,
<tb> 0-01-50% <SEP> Kobalt,
<tb> 1-50% <SEP> Titan.
<tb>
Es ist zwar bekannt, dass derartige Stahllegierungen in manchen Fällen ohne besondere Wärmebehandlung verwendbare Magnete liefern. Doch gilt dies nur für besondere Zusammensetzungen im Verein mit besonderen Abmessungen der Gussstücke und besondere Wärmeabfuhrverhältnisse der
Gussformen.
Im allgemeinen geht man so vor, dass die Stahllegierungen von hohen Temperaturen, d. h.
Temperaturen, bei denen eine erhöhte Lösungsfähigkeit der Grundmasse für eine heterogene Phase auftritt, bis auf Zimmertemperatur abgeschreckt und anschliessend bei Temperaturen wesentlich unterhalb der Härtungstemperatur während kürzerer oder längerer Zeit angelassen werden. Dies wird in der Praxis z. B. ausgeführt durch Eintauchen des heissen Magnetkörpers in ein Öl-oder Wasserbad und anschliessende Erwärmung während einiger Zeit auf erhöhte Temperatur. Diese Wärmebehandlung ist grundsätzlich für diese Art von Magnetstählrn allgemein erforderlich und gebräuchlich.
Nur die Absehreck-und Anlasstemperaturen, die Absehreekgesehwindigkeit durch Wahl des Kühlmittels und die Anlasszeit werden in Zusammenhang mit den Eigenschaften des speziellen Materials variiert.
Es hat sich herausgestellt, dass diese allgemein verwendete Wärmebehandlung für die obengenannten Magnetstähle weniger gut geeignet ist. Zwar können auf diese Weise recht gute magnetische Eigenschaften erhalten werden, jedoch werden die aus der hohen natürlichen Sprödigkeit dieser Art von Materialien herrührenden mechanischen Schwierigkeiten bei der Herstellung der Magnete durch die schroffe Wärmebehandlung sehr gross, u. zw. in einem Masse, dass gerade die magnetisch besten Legierungen überhaupt nicht mehr für technische Herstellung in Frage kommen, während andere Zusammensetzungen in der Fabrikation zu ausserordentlich grossem Ausschuss durch Bruch Anlass geben.
Gemäss der Erfindung wird zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen, bei der Herstellung von Dauermagneten aus Nickel, Aluminium, Kobalt, Titan, Rest Eisen und Verunreinigungen, die eine Koerzitivkraft von wenigstens 500 Gauss aufweisen sollen, die Magnetkörper bis auf eine Temperatur abzuschrecken, die von derselben Grössenordnung wie die üblichen Anlasstemperaturen ist, gegebenenfalls sogar höher liegen kann. Es kann dann weiter, nachdem das Material vollständig die Abschreektemperatur angenommen hat, der Stahl allmählich bis auf Zimmertemperatur abgekühlt werden und anschliessend wieder auf die Anlasstemperatur erhitzt und während bestimmter Zeit angelassen werden.
In Fällen, bei denen die Abschrecktemperatur höher gewählt ist als die erforderliche Anlasstemperatur, kann der Stahl auch allmählich das zwischenliegende Intervall durchlaufen und während bestimmter Zeit auf der Anlasstemperatur gehalten (angelassen) und nachher auf Zimmertemperatur abgekühlt werden. Wird die Abschrecktemperatur niedriger als die Anlasstemperatur
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gewählt, was in manchen Fällen Vorteile ergeben kann, so kann man ebenfalls unmittelbar von der Absehrecktemperatur zur Anlasstemperatur übergehen oder auch eine Abkühlung auf Zimmertemperatur Zwischenschalten. Wenn Abschreck- und Anlasstemperatur gleich sind, ist naturgemäss kein Temperaturintervall vorhanden und es kann die Wärmebehandlung demzufolge sehr einfach sein.
Als Kühlmittel zum Absehrecken des Magnetkörpers wird z. B. ein bis auf die Absehrecktemperatur erhitztes Metall-oder Salzbad verwendet. Zu diesem Zweck kann z. B. ein Bad aus geschmolzenem Zinn verwendet werden.
Im Falle, dass die Absehreek-und Anlasstemperaturen gleich sind, können die Magnetkörper
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sich erübrigt.
Es hat sich herausgestellt, dass die erreichbaren magnetischen Werte von den in derartiger Weise behandelten Stählen ebensogut, in vielen Fällen aber ganz wesentlich besser sind als diejenigen derselben Stähle, wenn sie auf Zimmertemperatur abgeschreckt werden.
Zum besseren Verständnis sei hier erwähnt, dass Versuche gemacht wurden mit einem Stahl, der durch Ausgiessen einer Legierung von nachstehender Zusammensetzung erhalten wurde : 16% Nickel, 28% Kobalt, 12% Titan, 41/, % Aluminium und der Rest Eisen.
Es wurden dabei Probestücke von 10 x 28 x 32 M ; M verwendet. a) Beim Abschrecken dieser Stücke von etwa 1225 C in Öl bis zur Zimmertemperatur und nach Anlassen während einiger Stunden bei zwischen 500-700 C ansteigenden Temperaturen ergaben sieh die folgenden magnetischen Werte :
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<tb>
<tb> Remanenz <SEP> Brem <SEP> = <SEP> 6. <SEP> 900 <SEP> gaurs
<tb> Koerzitivkraft <SEP> Hkoerz. <SEP> = <SEP> 720 <SEP> ,,
<tb> Produkt <SEP> B. <SEP> Hoax <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 730. <SEP> 000".
<tb>
EMI2.3
steigenden Temperaturen angelassen.
Es wurden dann die folgenden magnetischen Werte erhalten :
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<tb>
<tb> Remanenz <SEP> Brum <SEP> = <SEP> 4.800 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> Hkoerz. <SEP> 970"
<tb> Produkt <SEP> B. <SEP> Hmax <SEP> = <SEP> 1,710. <SEP> zu
<tb>
Derselbe Stahl, mit denselben Abmessungen, wurde sodann gemäss der Erfindung behandelt, u. zw. wie folgt : e) Die Stücke wurden von etwa 1175 C in einem Zinnbad von etwa 700 C abgeschreckt und verblieben etwa eine Minute in diesem Bad, wonach sie in der Luft abgekühlt wurden.
Nach Anlassen während einiger Stunden bei zwischen 600-650 C ansteigenden Temperaturen ergaben sich die folgenden magnetischen Werte :
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<tb>
<tb> Remanenz <SEP> Brem <SEP> = <SEP> 6.900 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> Hkoerz. <SEP> = <SEP> 920 <SEP> "
<tb> Produkt <SEP> B. <SEP> Hmax <SEP> = <SEP> 2,700.0000 <SEP> ,, <SEP> .
<tb>
EMI2.6
wurden die folgenden magnetischen Werte erhalten :
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<tb>
<tb> Remanenz <SEP> Brem <SEP> = <SEP> 6. <SEP> 200 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> Hkoerz. <SEP> = <SEP> 1. <SEP> 000 <SEP> "
<tb> Produkt <SEP> B. <SEP> Hmax <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 600. <SEP> 000 <SEP> "
<tb>
Besonders wichtig ist, dass die Bruchgefahr bei der angeführten neuen Behandlung sehr stark vermindert ist, was in dem Beispiel die Wirkung hatte, dass Magnete gebräuchlicher Abmessungen ohne mechanische Schwierigkeiten angefertigt werden konnten. Gemäss dem alten Verfahren war dies nicht möglich. Selbst bei den einfachen Probemodellen kleiner Abmessungen, wie sie z. B. zu magnetischen Messungen erforderlich sind, stellten sich bisher Schwierigkeiten infolge der Sprödigkeit heraus.
Erst durch das erfindungsgemässe Verfahren ist die Möglichkeit geschaffen worden, derartige Stahlmagnete in rationeller Weise fabrikatorisch anzufertigen.
Gemäss der Erfindung erfolgt das Abschrecken der Legierung vorzugsweise ausgehend von einem Temperatnrintervall von etwa 1100 bis 13000 C bis zu einer etwa zwischen 550 und 7500 C liegenden Temperatur in einem geeigneten Metall- oder Salzbad dieser Temperatur ; die Legierung kann dann während kürzerer oder längerer Zeit in diesem Bad belassen und auf diese Weise angelassen werden oder es kann eine besondere Anlassoperation bei einer Temperatur von etwa 650 bis 680 C angeschlossen werden. In manchen Fällen ist es auch möglich, ein Abschreckbad wesentlich niedrigerer Temperatur, z. B. 100-2000 C, zu benutzen und die Magnetkörper darin nur so lange zu lassen, bis die gewünschte Temperatur von z. B. 700 C erreicht ist.
Als Beispiel aus der Lautsprecherpraxis sei hier noch erwähnt, dass ein ringförmiger Magnet von der Grösse, wie diese in den heutigen elektrodynamischen Lautsprechern verwendet wird, der
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Rest hauptsächlich Eisen erhalten wurde, die folgenden magnetischen Werte ergab, die jedoch nicht als maximal erreichbare Daten anzusehen sind :
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<tb>
<tb> Remanenz <SEP> Brom <SEP> = <SEP> 6. <SEP> 200 <SEP> Gauss
<tb> Koerzitivkraft <SEP> Hkoerz. <SEP> 800".
<tb>
Der Magnet hatte folgende Abmessungen :
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<tb>
<tb> Aussendurchmesser <SEP> ............... <SEP> 74 <SEP> mm
<tb> Innendurchmesser <SEP> 49 <SEP> mm
<tb> Höhe <SEP> 35 <SEP> ynm,
<tb>
Er wurde von etwa 1200 C in einem Zinnbad von ss00 bis 750 C abgeschreckt und verblieb während etwa einer Minute in diesem Bad, wonach er in der Luft abgekühlt wurde. Danach wurde er bei ansteigender Temperatur bis zu etwa 670 C angelassen und sodann wie üblich magnetisiert.
Es soll an dieser Stelle noch bemerkt werden, dass in der jüngsten Literatur unter dem Namen "Termalhärtung"eine Methode beschrieben wird, die äusserlich eine gewisse Ähnlichkeit mit dem beschriebenen Verfahren aufweist : die erforderliche Zwischentemperatur liegt aber hiebei wesentlich niedriger. Auch beruht diese Methode auf grundsätzlich andern Verhältnissen, weil für das Zustandekommen des dabei erwünschten Effektes eine Austenit-Martensit-Umsetzung unumgängliche Voraussetzung ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von wenigstens 500 Gauss aus Legierungen, die Nickel, Aluminium, Kobalt, Titan und Eisen enthalten, wobei diese von einer Temperatur, bei der erhöhte Lösungsfähigkeit eintritt, abgeschreckt und anschliessend angelassen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken der zweckmässig etwa 10-30% Ni, 3-15% Ti, 2-13% Al, 4-30% Co, Rest Fe und Verunreinigungen enthaltenden Magnetkörper bis auf Temperaturen erfolgt, die von derselben Grössenordnung wie die üblichen Anlasstemperaturen sind, gegebenenfalls sogar höher liegen.