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" Perfectionnements à la fabrication des alliages magnétiques "
La présente invention a trait à des per fection- nements apportés dans la fabrication des alliages magnétiques comprenant surtout du fer et du nickel, et destinés à être employés dans les conducteurs de signalisation électrique et plus particulièrement à un procédé de recuit de ces alliages en vue de développer une perméabilité sensiblement constante dans leurs limites d'emploi.
On a l'habitude pour développer une perméabilité magnétique, de recuire ces alliages magnétiques à une température variant de 700 à 9000 C et au dessus de la température critique de l'alliage, après quoi l'alliage possède dans des champs faibles, une perméabilité élevée qui augmente avec une iaugzent&.tion de la
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force du champ.
Cette propriété de perméabilité variable n'est cependant pas désirable quand l'alliage doit éire utilisé sous forma de fils ou de rubans pour le charge de conducteurs de
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signalisation car, pour avoir une translùcsion efficace de signaux électriques à travers un long conducteur chargée il faut que la pel1éabili té de la matiéiii' magnétique de :,,h;rge19ent change aussi peu que possible avec les variations de force du champ magnétique dominant.
Conformément à l'une de;? caractéristiques de la pré- sente invention, on soumet des alliages magnétiques, exempts en substance de carbone et comprenant surtout',du fer et du nickel,
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à une température élevée jusqu'à recuit coplet, PUi3, après re- froidisxenieni, à un traitement à plus basa;: température, de 50 au moins supérieure au point de transfON;];)tion magnétique de l'al- liage et ne devant pas excéder 700 C.
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Ce double traitement thermique: produit;, cülrirû on s'en est rendu compte, un alliage ayant une psritisabilité à peu près constante dans les champs magnétiques rencontrés COLu'nl11l11Snt dans les systèmes de signalisation électrique.,
Il y a lieu de distinguer de double traitement: du
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double tl"'aitenant thermique auquel on a COl1.turrB de soumettre des alliages nickel-fer pour développer la prr-risabilitê jj"G,}i11Ja.. trai- tel1Je'.1.t qui consiste à soumettre tout dabG:-d l'alliage à un tl'ai.. ter#:1.t thermique à une température de recuit de l'oidre de 1000 q, puis, après refroidissement, à un nouveau chauffage à la tempéra-
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ture de transition magnétique ou point de transformation de l'al- liage et à un rapide refroidissement à une vitesse prédéterclinée.
Dans le traitement thermique de la présente invention,
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les alliages sont chauffés, durant leur second traitement thermi- que, à une température qui est notablement supérieure à la tempes rature de transition magnétique, et sont ensuite refroidis à l'air ou de toute autre manière appropriée,,
L'invention concerne spécialement les alliages nickel. fer ayant au plus 50 % et de préférence 30 à 45 % de nickel.
Avec ces alliages, le second traitement thermique peut atteindre à une température encore plus élevée, de 100 au moins supérieure à la température de transition magnétique,
L'invention a aussi pour objet la production d'al- liages magnétiques nickel-fer contenant 30 à 45 % de nickel et possédant non seulement une perméabilité constante dans de larges limites de force de champ, nais encore une résistance spécifique élevée
Das alliages conformes à cette caractéristique de l'invention comprennent 30 à 45 % de nickel, avec adjonction de un ou plusieurs éléments susceptibles d'augmenter la résistance spécifique de l'alliage, le total de cette adjonction ne devant pasdépasser 10 % de l'alliage.
On peut utiliser comme éléments d'addition pour auge, menter la résistance électrique du manganèse, du chrome, du cuivre, du molybdène,du tungstènedu vanadium, de l'aluminium ou du silicium.
Les alliages doivent être exempts ou pratiquement exempts de carbone. Dans certains cas, il peut être nécessaire d'ajouter de petites quantités de 1 % au plus de manganèse pour favoriser le travail de l'alliage.
Dans la fabrication d'un conducteur de signalisation électrique chargé de manière continue avec un fil ou un ruban en
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alliage n3¯cel-fer, l'alliage est PrélDL6 par les procédés usuels, et, après coulée, réduit à l'état de fil ou de ruban de la dimension voulue. Ce fil ou ruban est ensuite entièrement recuit pour développer le maximum de douceur par les procédés connus dans ce cas, en chauffant à élevé-- , à environ
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?00 C pendant environ quinze =?inutes, iJ fi"l ou ruban est en- suite refroidi à une vitesse suffisammsnt lente; la vitesse ac- tuelle de refroidissement n'est pas importante. La température
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de recuit est variable et peut e'tre de ë00<* à 1050 C.
On enroule alors le fil ou. ruban recuit sur le con- ducteur en cuivre en prenant les précautions connues pour as-
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suine r un espacement adéquat entre la couche icagnétiquo et le cuivre, et le conducteur chargé est sot, "L8 à un nouveau trai- te men t thermique à 500 - 700 C.
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la température de ce second traiteiaent thermique, qui s'opère à une température d'au moins 50 C supérieure au point de transformation magnétique de l'alliage nais ne devant pas excéder 700 C et ne devant pas descendre de préférence au dessous de 500 C sous peine de voir se prolonger le temps néces- saire pour obtenir l'équilibre.. peut varier avec l'alliage subis-
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sant le traiter#nt co:
mr# indiqué au tablln Li ci-après qui montre la variation du point de transformation ;:1gnétiquc avec la pro- portion de nickel dans l'alliage : pourcent en nickel........ ,31, ;5 -10 zal5 50 température de transformation magnétique........... 2 60 ô2 0 400 4600 5000 La durée de ce second tl'ait:;',nt à cette tempéra- ture dépend des dimensions de l'échantillon de fil ou ruban.
Dans le cas d'un conducteur chargé avec de 'fil ou ruban do di- mensions usuelles., un traitement thermique à 500-700 C pendant quatre minutes a été trouvé suffisant.
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On a trouvé qu'après le traitement thermique à tem- pérature élevée, l'alliage recuit doit être, de préférence, légè- rement sous tension avant d'être soumis au traitement à basse tem- pérature. Dans le cas de la fabrication d'un conducteur chargé d'une façon continue telle que décrite ci-dessus, le fil ou ruban magnétique est suffisamment tiré pendant son application sur le conducteur de cuivre. Si 1 opération de mise sous tension est négligée, il faut chauffer plus longtemps à 500-700 C.
Le traitement thermique nécessaire pour l'alliage lui-même est le même on substance que celuidécrit ci-dessus pour le cas de la fabrication d'un câble. La durée du premier recuit peut être plus longue et dépend de l'épaisseur de la feuille ou barre . les exemples ci-après montrent comment? après un premier traitement à température de recuit, suivi d'un second traitement à plus basse température, l'alliage, qui après le pre- mier traitement possédait une perméabilité élevée dans des champs faibles, perméabilité s'accroissant fortement avec la force du champ, développa finalement une perméabilité constante ou pratique-. men t constante dans de larges limites de forces du champ.
Exemple 1
Un alliage comprenant g nickel.................... 41,3 % fer....................... 58,6 % manganèse................. 0,1 % donna les résultats suivants après traitement thermique
1 ) à 9000 C H = 0.001 gauss = 1000 H = 0.5 gauss @ = 3400j @
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2 ) à 9000 C puis à 6000 C H = 0.001 gauss = 420
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H =0.1 gnu,, J f.i.::: 420 H = 0.3 gauns j;1 * 420 H = 0.5 gauss 1 :!,:: 4-20 le, résistance spécifique de l'alliage traité t:1.er- miquement était de 70 microhms par cm.5,
Exemple 2 Un alliage comprenant :
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Ilicke 1........... " ......
S 0,6 % fer , ..,.............. .. 64,6 % chrome................. 4,8 %
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donna les résultats suivants après traiteront thermique : 1 ) à 9000 C H = 0.001 gauns 8?0 H = 0.5 gaus3 tî = 2200 2Q) à 900e C puis . 600' 0 H = 0.00. g.t;e: jil X 400 H = 0.1 gauss fi X 400 H = 0.3 gattüs )A. = 450
H = 0.5 - gauss = 560 La résistance spécifique de cet alliage était de
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89,5 microhms par cm3.-
Exemple 3 Un alliage contenant :
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nicl#l........... <........ 0 32<- 8 IQ i'er...................... 65. 2 % manganèse ................ 2.0 % donna les résultats suivants après avoir été soumis au double trai- terrent thermique de l'invention.
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H = 00001 gauss = 395
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H = 0 1 gauss /Y1 = 395 Ho 003 gauss /ô 440 H = 0.5 gauss fA: 440 La résistance spécifique de l'alliage traité tlier- miquexnt était de 82,5 miC1"'ohms par cl3.
Exemple 4 Un alliage contenant nickel ........................ 30 %
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fer........<...<.............60 % cuivre ........................ 10 % donna les résultats suivants après avoir été soumis au double traitement thermique de l'invention H= 0.001 gauss = 350
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H = 01 gauss f' ::: 360 H = 0 3 gauss /v, = 410
H = 0.5 gauss = 440 La résistance spécifique de l'alliage traité ther-
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mique ment était de 82 microhms par CM3.
Une des caractéristiques de l'invention est qu'il semble exister des états d'équilibre à 500-700 C, qui diffèrent complètement des états d'équilibfe à 900 C. Il faut beaucoup de temps pour atteindre l'équilibre à une température aussi basse que 500-700 C, si on emploie une cuisson directe à cette température.
Cette difficulté est surmontée dans la présente invention où l'on chauffe le métal au-dessus du point d'équilibre (c'est-à-dire à 900 C) en partant de l'état écroui, puis où l'on recuit à nou- veau le métal pendant une courte période à une basse température.
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"Improvements in the manufacture of magnetic alloys"
The present invention relates to improvements made in the manufacture of magnetic alloys comprising mainly iron and nickel, and intended for use in electrical signaling conductors and more particularly to a process for annealing these alloys with a view to to develop a substantially constant permeability within their limits of use.
In order to develop magnetic permeability, it is customary to anneal these magnetic alloys at a temperature varying from 700 to 9000 C and above the critical temperature of the alloy, after which the alloy has, in weak fields, a permeability high which increases with an increase in the
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field strength.
This property of variable permeability is, however, undesirable when the alloy is to be used in the form of wires or tapes for charging conductors.
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signaling because, in order to have an efficient translation of electrical signals through a long charged conductor, the peelability of the magnetic material of: ,, h; rge19ent must change as little as possible with variations in the strength of the dominant magnetic field.
According to one of ;? characteristics of the present invention, magnetic alloys are subjected which are substantially free of carbon and mainly comprising iron and nickel,
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at an elevated temperature until coplet annealing, PUi3, after cooling, at a lower treatment ;: temperature, at least 50 above the transforming point;];) magnetic tion of the alloy and not not to exceed 700 C.
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This double heat treatment: produced ;, cülrirû it was realized, an alloy having an almost constant psritisability in the magnetic fields encountered COLu'nl11l11Snt in electrical signaling systems.,
A distinction should be made between double treatment:
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double thermal adjunct to which we have COl1.turrB to subject nickel-iron alloys to develop the prr-risability jj "G,} i11Ja .. trai- tel1Je'.1.t which consists in subjecting all dabG: -d the alloy has a thermal tl'ai .. ter #: 1.t at an annealing temperature of the order of 1000 q, then, after cooling, at a further heating to the temperature.
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Magnetic transition point or alloy transformation point and rapid cooling to a predetermined rate.
In the heat treatment of the present invention,
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the alloys are heated, during their second heat treatment, to a temperature which is significantly above the magnetic transition temperature, and are then cooled in air or in any other suitable manner.
The invention relates especially to nickel alloys. iron having at most 50% and preferably 30 to 45% nickel.
With these alloys, the second heat treatment can reach at an even higher temperature, at least 100 above the magnetic transition temperature,
The invention also relates to the production of magnetic nickel-iron alloys containing 30 to 45% of nickel and having not only a constant permeability within wide limits of field strength, but also a high specific resistance.
Alloys in accordance with this characteristic of the invention comprise 30 to 45% nickel, with the addition of one or more elements capable of increasing the specific resistance of the alloy, the total of this addition not having to exceed 10% of the alloy.
The electrical resistance of manganese, chromium, copper, molybdenum, tungsten, vanadium, aluminum or silicon can be used as trough addition elements.
Alloys must be free or practically free of carbon. In some cases, it may be necessary to add small amounts of up to 1% manganese to help the alloy work.
In the manufacture of an electrical signaling conductor loaded continuously with a wire or tape of
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n3¯cel-iron alloy, the alloy is PrelDL6 by the usual processes, and, after casting, reduced to the state of wire or ribbon of the desired size. This wire or tape is then fully annealed to develop the maximum softness by the methods known in this case, by heating at high -, at approximately
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At 00 C for about fifteen minutes, the wire or ribbon is then cooled at a sufficiently slow rate; the actual rate of cooling is not important.
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annealing rate is variable and can be from ë00 <* to 1050 C.
The wire is then wound up or. tape annealed on the copper conductor taking known precautions to ensure
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following adequate spacing between the magnetic layer and the copper, and the charged conductor is stupid, "L8 to a new heat treatment at 500 - 700 C.
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the temperature of this second heat treatment, which takes place at a temperature of at least 50 C above the magnetic transformation point of the alloy but not to exceed 700 C and preferably not to drop below 500 C otherwise the time necessary to obtain equilibrium may be prolonged. may vary with the alloy undergone.
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sant treat it # nt co:
mr # indicated in the table Li below which shows the variation of the transformation point;: 1gnétiquc with the proportion of nickel in the alloy: percent in nickel ........, 31,; 5 -10 zal5 50 magnetic transformation temperature ........... 2 60 ô2 0 400 4600 5000 The duration of this second tl'ait:; ', nt at this temperature depends on the dimensions of the sample of thread or ribbon.
In the case of a conductor loaded with wire or tape of customary sizes, heat treatment at 500-700 C for four minutes has been found sufficient.
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It has been found that after the high temperature heat treatment, the annealed alloy should preferably be slightly under tension before being subjected to the low temperature treatment. In the case of manufacturing a continuously charged conductor as described above, the magnetic wire or tape is sufficiently pulled during its application to the copper conductor. If 1 power-up operation is neglected, it is necessary to heat longer to 500-700 C.
The heat treatment required for the alloy itself is the same or in substance as that described above for the case of the manufacture of a cable. The duration of the first annealing may be longer and depends on the thickness of the sheet or bar. the examples below show how? after a first treatment at annealing temperature, followed by a second treatment at lower temperature, the alloy, which after the first treatment had a high permeability in weak fields, permeability increasing strongly with the strength of the field , eventually developed a constant or practical permeability. men t constant within wide limits of field strengths.
Example 1
An alloy comprising g nickel .................... 41.3% iron .................... ... 58.6% manganese ................. 0.1% gave the following results after heat treatment
1) at 9000 C H = 0.001 gauss = 1000 H = 0.5 gauss @ = 3400j @
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2) at 9000 C then at 6000 C H = 0.001 gauss = 420
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H = 0.1 gnu ,, J fi ::: 420 H = 0.3 gauns j; 1 * 420 H = 0.5 gauss 1:!, :: 4-20 le, specific resistance of the treated alloy t: 1.ermically was 70 microhms per cm.5,
Example 2 An alloy comprising:
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Ilicke 1 ........... "......
S 0.6% iron, .., .............. .. 64.6% chromium ................. 4, 8%
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gave the following results after thermal treatment: 1) at 9000 C H = 0.001 gauns 8? 0 H = 0.5 gaus3 tî = 2200 2Q) at 900e C then. 600 '0 H = 0.00. g.t; e: jil X 400 H = 0.1 gauss fi X 400 H = 0.3 gattüs) A. = 450
H = 0.5 - gauss = 560 The specific resistance of this alloy was
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89.5 microhms per cm3.-
Example 3 An alloy containing:
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nicl # l ........... <........ 0 32 <- 8 IQ i'er .................. .... 65.2% manganese ................ 2.0% gave the following results after being subjected to the double heat treatment of the invention.
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H = 00001 gauss = 395
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H = 0.1 gauss / Y1 = 395 Ho 003 gauss / ô 440 H = 0.5 gauss fA: 440 The specific resistance of the polymer treated alloy was 82.5 miC1 "'ohms per c13.
Example 4 An alloy containing nickel ........................ 30%
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iron ........ <... <............. 60% copper .................... .... 10% gave the following results after having been subjected to the double heat treatment of the invention H = 0.001 gauss = 350
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H = 01 gauss f '::: 360 H = 0 3 gauss / v, = 410
H = 0.5 gauss = 440 The specific resistance of the heat treated alloy
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mically it was 82 microhms per CM3.
One of the features of the invention is that it appears to exist equilibrium states at 500-700 C, which are completely different from equilibrium states at 900 C. It takes a long time to reach equilibrium at such a temperature. low than 500-700 C, if direct cooking is used at this temperature.
This difficulty is overcome in the present invention where the metal is heated above the point of equilibrium (that is to say at 900 C) starting from the hardened state, then where it is annealed at new metal for a short time at low temperature.