Verfahren zur Herstellung von Körpern aus magnetischen Legierungen. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus magnetischen Legierungen mit einer Anfangs permeabilität von mindestens 75000.
Obwohl man in den letzten Jahren bestän dig danach strebte, weiche magnetische Ma terialien mit immer höherer Permeabilität darzustellen, so ist der in der Fachliteratur vermerkte höchste Wert der Anfangspermea bilität der Stoffe, die es gelang herzustellen, nicht grösser als 40000 bis wenig mehr als 50000. Versuche haben gezeigt, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren Körper aus magnetischen Legierungen mit einer Permea bilität von 150000 bei 20 Gauss hergestellt werden können, wobei gleichzeitig der durch Extrapolieren erhaltene Wert der Anfangs permeabilität etwa 125000 beträgt.
Wenn diese Körper noch einer besonderen Behand lung unterworfen werden, um dadurch den maximalen Wert der Permeabilität anstatt den Wert der Anfangspermeabilität mög lichst in die Höhe zu züchten, so können Maximalwerte der Permeabilität von mehr als einer Million erreicht werden. Desglei chen kann man mit einer geeigneten Behand lung der nach dem erfindungsgemässen Ver fahren erhaltenen Materialien die Koerzitiv- kräfte auf weniger als 0,002 Örsted herab drücken. Die genannten Werte sind ein Hin weis auf die gewaltigen in diesem Gebiete der Technik erzielten Fortschritte.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin dung zur Herstellung von Körpern aus magne tischen Legierungen mit einer Anfangspermea bilität von mindestens 75000 ist dadurch ge kennzeichnet, dass man in einer Atmosphäre, in welcher der Partialdruck von Sauerstoff höchstens 62 mm Hg beträgt, eine Legierung erschmelzt, die 75 bis 85 % Nickel, 2 bis 7 % Molybdän und im übrigen Eisen und höch stens 2 % weitere Elemente enthält, dann diese Legierung in einer Atmosphäre, in welcher der Partialdruck von Sauerstoff ebenfalls höch stens 62 mm Hg beträgt, giesst, die erhaltenen Körper in einer Wasserstoffatmosphäre auf eine 1100 C übersteigende, aber die Schmelz temperatur nicht erreichende Temperatur er hitzt,
und ferner eine derartige Wärmebehand lung im Temperaturbereich von 600 bis 300 C vornimmt, dass eine Anfangspermeabilität von mindestens 75 000 erreicht wird.
Die höchste Anfangspermeabilität einer vorbekannten Legierung lag bei etwa 21000. Die Legierung, für die dieser Wert galt, war eine Legierung von 78,5% Nickel, 3,7% Mo- lybdän und 17,8% Eisen, dargestellt in der üblichen Weise durch Schmelzen bei Luft zutritt und nachfolgender Wärmebehandlung, die unter anderem eine Abkühlung der Le-, gierung von l.1000 C auf 350 C innerhalb drei Stunden in sich schloss.
Der für dieses Ma terial angeführte Wert der llöehstpermeabili- tät war zu<B>75000</B> angegeben und die niedrig ste Koerzitivkraft zu ungefähr 0,04 Örsted. , Magnetische Materialien einer Wärme behandlung in Wasserstoff bei einer Tem peratur nahe den Schmelzpunkten zu unter werfen, zum Zweck, die Permeabilität zu er höhen, ist ebenfalls bekannt. Die magneti schen Eigenschaften verschiedener Magnet stoffe erhöhen sich durch eine Wärmebehand lung in Wasserstoff um so mehr, bei gleicher Behandlungszeit, je mehr sich die Temperatur dem Schmelzpunkte nähert.
Unter gewissen Umständen und um möglichst grossen Nutzen von dieser Beziehung zwischen Vervollkomm nungsgrad und Behandlungstemperatur zu ziehen, wird der magnetische Stoff in einer Wasserstoffatmosphäre geschmolzen und eben falls in einer Wasserstoffatmosphäre sich ver festigen gelassen. Einer der Stoffe, die im festen Zustande einer Wärmebehandlung in Wasserstoffatmosphäre unterworfen werden, ist eine Molybdän-Nickel-Eisenlegierung von einer Zusammensetzung von 79,5% Nickel, 4% Molybdän und 16,5% Eisen. Durch eine Wärmebehandlung dieser Legierung in Was serstoff kann eine Anfangspermeabilität von 32500 und eine Höchstpermeabilität von 134000 erreicht werden.
Immerhin wurde bisher nicht in Erwägung gezogen, unter wel chen Bedingungen diese Legierung darge stellt wurde, bevor sie der Wärmebehandlung in Wasserstoff unterzogen wurde, noch war die Rede von den Umständen, unter welchen die nachträgliche Abkühlung zu geschehen hat.
Obwohl das Schmelzen der Legierungsbe standteile nach den üblichen Herstellungsver fahren der meisten magnetischen Legierungen bei Luftzutritt geschieht, ist in der Fach literatur auch schon vorgeschlagen worden, dieses Schmelzen in im wesentlichen nicht oxydierenden Medien geschehen zu lassen, z. B. im Vakuum oder in einer reduzierenden bzw. neutralen Atmosphäre.
Hingegen wurde bis heute noch nicht erkannt, dass die Wir kung der Wärmebehandluing der vorbekann- ten Legierung in Wasserstoff, ziem Zwecke, deren Permeabilität zu erhöhen, in der Hauptsache davon abhängt, ob die Legierung einer Oxydation im geschmolzenen Zustande
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ausgesetzt <SEP> wurde <SEP> einige <SEP> Zeit <SEP> vor <SEP> der <SEP> Wasser stoffbehandlung.
<tb> Im <SEP> Laufe <SEP> der <SEP> Arbeiten, <SEP> die <SEP> zu <SEP> vorliegen der <SEP> Erfinduing <SEP> führten, <SEP> ist <SEP> man <SEP> darauf <SEP> #ge kommen, <SEP> dass,
@wenn <SEP> man <SEP> zur <SEP> Darstellung <SEP> der
<tb> vorbekannten <SEP> Legierung <SEP> von <SEP> den <SEP> handels üblichen <SEP> Bestandteilen <SEP> ausgeht, <SEP> sw,"ar <SEP> von
<tb> solchen <SEP> voll <SEP> relativ <SEP> hoher <SEP> Reinheit, <SEP> und <SEP> die
<tb> Verschmelzung <SEP> bei <SEP> Luftzutritt <SEP> vornimmt, <SEP> eine
<tb> nachträgliche <SEP> Wassei-stoff-Wärniebehandliin,.V
<tb> während <SEP> einiger <SEP> Stunden <SEP> bei <SEP> dein <SEP> Sehnielz punkt <SEP> angenäherten <SEP> Temperaturen <SEP> nichts <SEP> zur
<tb> Erhöhung <SEP> der <SEP> Permeabilität <SEP> der <SEP> sehliesslieb
<tb> erhaltenen <SEP> Legierung <SEP> bis <SEP> zu <SEP> einem <SEP> Wert <SEP> bei trägt, <SEP> der <SEP> grösser <SEP> ist <SEP> als <SEP> der <SEP> weiter <SEP> oben <SEP> -c nannte.
<SEP> Wenn <SEP> hingegen <SEP> die <SEP> vorbekannte <SEP> Le gierung; <SEP> von <SEP> den <SEP> gleichen <SEP> Bestandteilen <SEP> aus gehend, <SEP> hergestellt <SEP> wird <SEP> durch <SEP> Schmelzen <SEP> in
<tb> einer <SEP> Atmosphäre <SEP> niit <SEP> einem <SEP> -genügend <SEP> redu zierten <SEP> Sauierstoffo-ehalt, <SEP> so <SEP> bringt <SEP> eine <SEP> naeli 'folgende <SEP> Wärmebehandlung, <SEP> in <SEP> Wasserstoff
<tb> während <SEP> einer <SEP> oder <SEP> zwei <SEP> Stunden <SEP> am <SEP> End produkt <SEP> die <SEP> hohen <SEP> Werte <SEP> der <SEP> Permeabilität
<tb> hervor, <SEP> welche <SEP> den <SEP> nach <SEP> dein <SEP> erfindungs gemässen <SEP> Verfahren <SEP> hergestellten <SEP> Körpern <SEP> zii
<tb> eigen <SEP> sind,
<SEP> dies <SEP> immerhin <SEP> unter <SEP> der <SEP> Voraus setzung <SEP> einer <SEP> optimalen <SEP> Abkühlun <SEP> gsgesehwin digkeit, <SEP> wie <SEP> dies <SEP> weiter <SEP> unten <SEP> genauer <SEP> ansre führt <SEP> ist.
<tb> An <SEP> Hand <SEP> der <SEP> beiliegenden <SEP> Zeichnung <SEP> wer den <SEP> Ausführungsbeispiele <SEP> des <SEP> erfindungs gemässen <SEP> Verfahrens <SEP> im <SEP> folgenden <SEP> beschrie- <SEP> ;
<tb> ben.
<tb> Fig. <SEP> 1 <SEP> ist <SEP> eine <SEP> perspektivisehe <SEP> Ansiclil
<tb> eines <SEP> Ringes, <SEP> welcher <SEP> erhalten <SEP> wurde <SEP> durch
<tb> Aufrollen <SEP> eines <SEP> Bandes <SEP> aus <SEP> einer <SEP> nach <SEP> dem
<tb> erfindungsgemässen <SEP> Verfahren <SEP> erhaltenen <SEP> Le gierung.
<tb> Fug-. <SEP> \? <SEP> ist. <SEP> ein <SEP> Diagramm, <SEP> welches <SEP> die <SEP> Ver änderung <SEP> der <SEP> Permeabilitä.t <SEP> bei <SEP> "eriii;
er
<tb> gnetflussdichte <SEP> in <SEP> Abhängigkeit <SEP> von <SEP> der <SEP> Zeit
<tb> darstellt, <SEP> während <SEP> welcher <SEP> die <SEP> Legierung <SEP> auf,
<tb> den <SEP> als <SEP> Parameter <SEP> eingezeichneten <SEP> Tempera turen <SEP> gehalten <SEP> wird.
<tb> Fig. <SEP> 3 <SEP> ist, <SEP> ein <SEP> Dia-ranini, <SEP> welches <SEP> die <SEP> Ver änderungen <SEP> der <SEP> Permeabilität <SEP> bei <SEP> geringer
<tb> Magnetflussdichte, <SEP> die <SEP> INclistpermeabilität, und die Koerzitivkraft in Abhängigkeit von der Abkühlungsgeschwindigkeit der Legierung innerhalb des Temperaturbereiches von 600 bis 300 C nach der Wärmebehandlun g in Wasserstoff darstellt, und Fig.
4 ist ein Diagramm, welches die Ver änderung der Permeabilität bei geringer Magnetflussdichte in Abhängigkeit von der Abkühlungsgeschwindigkeit darstellt für Le gierungen mit verschiedenen Siliziumgehalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfin dung werden elektrolytisches Eisen, elektro lytischer Nickel und im wesentlichen reines Molybdä n in solchen Verhältnissen zusammen geschmolzen, dass eine Legierung entsteht von einer Zusammensetzung von ungefähr 79% Nickel, 5% Molybdän, etwa 14% Eisen, fer ner einiger Verunreinigungen, aber ohne ins Gewicht fallende Anteile von Silizium. Die Schmelze enthält weiter einen Anteil von 0,5% Mangan, inn die weitere Fabrikation zu erleichtern. Dabei könnte das Molybdän auch dureh einen entsprechenden Anteil Ferro- molybdän ersetzt werden. Das Schmelzen er folgt durch Erhitzen der Bestandteile in einem Hochfrequenz-Vakuunofen, in welchem der Luftdruck auf 50 mm Hg absolut herab gesenkt wurde.
Diesem Luftdruck entspricht ein Partialdruck des Sauerstoffes von unge fähr 10 mm Hg. Vor dem Giessen wird das Vakuum durch eine Heliumatmosphäre mit angenähert normalem Druck ersetzt. Das Griessen wird in dieser Heliumatmosphäre aus geführt. Die gegossenen Rohlinge werden mit Zwischenerhitzung zu Bändern von einer Dicke von 0,025 mm Dicke ausgewalzt. Das Band wird durch ein Bad von Kohlenstoff tetrachlorid hindurchgelassen, in welchem pro 1,7 Liter Tetrachlorid ungefähr 0,5 kg fein verteiltes Magnesiumoxy d aufgeschlämmt und ungefähr 0,05 kg des Natriumsalzes von Di- octyl-succinat-sulfonsäure beigegeben sind, um das Oxyd im Aufschlämmungszustande zu er halten und um die Oberfläche des Bandes abzuwaschen.
Das Kohlenstofftetrachlorid wird dann sieh verdampfen gelassen unter Zu rücklassung einer dünnen Schicht von Ma- gnesiumoxyd an der Oberfläehe des Bandes zum Zwecke, die verschiedenen Bandlagen voneinander zu isolieren, wenn sie aufgerollt sind.
Dieses isolierte Band wird nachfolgend, wie in Fig. 1 gezeigt, zu einem Transfor matorkern aufgewickelt. In dieser Figur bil det das isolierte Band 1 einen spiralförmig aufgewickelten Kern 2 von der Form eines Ringes.
Der Inns wird sodann in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre mit normalem Druckt bei einer Temperatur von etwa 1300 C wäh rend etwa zwei Stunden wärmebehandelt. Die Wasserstoffatmosphäre ist sauerstofffrei und getrocknet durch Strömenlassen über einen Palladiumkatalysator und durch eine Trok- kenkamner mit aktiver Tonerde. Sodann werden die Kerne auf 600' C abgekühlt bei einer geeigneten Abkühlungsgeschwindigkeit und nachher im Ofen von 600 auf 300'C ab gekühlt bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 2 C pro Minute. Unterhalb 300' C ist eine Steuerung der Abkühlungsgeschwin digkeit nicht mehr nötig.
Die so erhaltenen Kerne besitzen eine An fangspermeabilität von über 75000, einzelne darunter sogar eine solche von 125000. In ähnlichen Kernen aus unisolierten Bändern von 0,35 mm Dicke, die in Hinsicht auf die Entwicklung einer 1-Iöchstpermeabilität wärme behandelt wurden, beträgt die Höchstpermea- bilitä.t im Mittel etwa 750 000, einzelne dar unter besitzen sogar eine IIöehstpermeabilität von 1100 000. Die hervorragenden magneti schen Eigensehaften, von denen oben die Rede war, können auch durch Arbeitsweisen, die in gewissen Grenzen von dem oben angeführten Vorgehen abweichen, erhalten werden.
Ob wohl das Schmelzen unter Vakuum und das Giessen in einer 1=Ieliumatinospliäre sehr gün stige Resultate ergeben, so könnte doch beides, also das Schmelzen und das Giessen, im ur sprünglichen Vakuum ausgeführt werden, und das Giessen in der lIeliumatmospliäre könnte auch bei Unterdruck geschehen. Beim Schmel zen hat sieh die obere Grenze des Vakuums in erster Linie nach den Möglichkeiten der zur Verfügung stehenden Apparatur zu richten. Es kann in einer sauerstoffhaltigen Atmo sphäre, in welcher der Partialdruck des Sauer stoffes 62 mm Hg nicht übersteigt, noch mit günstigen Resultaten gearbeitet werden.
Im merhin ist es wünschenswert, dass der Par- tialdrtacl des Sauerstoffes rund 50 mm Hg nicht überschreitet.
Da in erster Linie eine Begrenzung der Sauerstoffkonzentration über der geschmol zenen Legierung erreicht werden soll, können auch andere Mittel zur Einschränkung des Partialdruckes des Sauerstoffes unter die ge nannten Werte oder sogar zur gänzlichen Aus tilgung des Sauerstoffes über der Schmelze benützt werden. Auch kann die Luftatmo sphäre im Vakuumofen ganz oder teilweise durch ein nicht oxydierendes Gas ersetzt wer den, so z. B. durch Wasserstoff, Stickstoff oder Helium, und der Grad des Vakuums bei solchen Atmosphären kann genügend ausge prägt sein, damit der anfängliche Partial- druck des Sauerstoffes sich unter den oben angeführten Werten bewegt.
Ist eine ge nügende Verdünnung der Luft mit einem nicht oxydierenden Gas oder gar die gänzliche Ersetzung von Sauerstoff erreicht, so kann das Schmelzen bei atmosphärischem oder noch höherem Druck vor sich gehen. Ähnliche Än derungen können an den beim Giessen vorherr schenden Betriebsbedingungen vorgenommen werden. Eine unerlässliche Bedingung zur Erreichung der vorgezeichneten Resultate ist die, dass eine im wesentlichen sauerstofffreie Umgebung sowohl beim Giessen wie beim Schmelzen beibehalten wird. Wenn die Atmo sphäre ein in der Schmelze lösbares Gas ent hält, so muss dafür Sorge getragen werden, dass die Abkühlung langsam vor sich geht, dies damit das Gas aus der Schmelze entwei chen kann und ein porenfreies Gussstiick er halten wird, ohne nachträgliches Wiederein schmelzen.
Dieses Erfordernis einer lang samen Abkühlung kann gemildert werden durch ein Arbeiten mit einem nicht löslichen Gas, z. B. Helium, vor der Verfestigung.
Werden die vorgenannten Betriebsbedin gungen erfüllt, so steht dem Hervorbringen möglichst guter magnetischer Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung in Wasserstoff nichts mehr im Wege. Würde das Schmelzen in üblicher Weise in einer sauerstoffreichen Atmosphäre vorgenommen, so würde eine solche nachträgliche Wärmebehandlung in Wasserstoff keine spürbar besseren Resultate zeitigen als die mit dem bereits bekannten Verfahren erreichbaren. Die weitestgehenden Verbesserungen werden dann erreicht, wenn die Temperatur bei der Wasserstoffbehancl- lung möglichst nahe bei dem Schmelzpunkt liegt.
Immerhin, wenn eine unerwünschte Er weichung des legierten Körpers verhütet wer den soll, können Temperaturen von mehr als 1350 C oder gar 1400'C nur mit gewissen Begleitschwierigkeiten angewandt werden. Es versteht sieh aber von selbst, dass, wenn die Körperform so ist, dass durch die Erweiehung keine Nachteile entstehen, man sehr nahe bis an den Schmelzpunkt gehen wird. Unter 1100'C liegende Temperaturen aber führen bei vernünftigen Behandlungszeiten nicht zu den gewünsehten Ergebnissen. In den meisten Fällen werden Temperaturen von mehr als 1200 C angewendet. Temperaturen zwisehen 1300 und 1350 C können als die günstigsten angesehen werden.
Die Wasserstoffumgebung wird am ein fachsten auf atmosphärischem Druck gehal ten, obwohl die erwünseliten Resultate a.teli bei unter- und überatmospliärisehen Drüeken erhalten werden können. Die besten Resul tate werden dann erzielt, wenn der handels übliche Wasserstoff zuerst getroeknet wird. Dabei kann wie oben angegeben oder in einer andern geeigneten Weise verfahren werden. ; Gewöhnlich genügt eine einstündige Was serstoffbehandlung.
Die Eigenschaften werden noch leicht verbessert., wenn die Behandlungs zeit auf zwei oder mehr Stunden ausgedehnt wird, besonders bei den niedrigeren Tempera-, turen. Bei den höheren Temperaturen genügt. schon eine halbstündige Behandlungszeit.
Die Wärmebehandhing, in Wasserstoff er folgt gewöhnlich am Ende des Fabrikations herganges des magnetischen Artikels, so dass , evtl entstandene innere Spannungen aufge- hoben werden. Die Herstellung von Bändern und der Kerne aus diesen letzteren wurde schon weiter oben beschrieben. Wie man sich erinnert, wird hierzu das Band zuerst mit einer dünnen Schicht von fein verteiltem Ma gnesiumoxyd isoliert. Es hat sich erwiesen, dass unter zahlreichen andern isolierenden Stoffen, die ausprobiert wurden, beispiels weise die Oxyde des Siliziums, des Alumi niums, des Berylliums und des Zirkoniums, eine nachteilige Einwirkung auf die magneti schen Eigenschaften der aus Bändern der Legierung hergestellten Körper hat.
Dies wird einer Zwischenreaktion mit der Legierung während der Wasserstoffbehandlung oder der physikalischen, durch Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgeru fenen Spannung zugeschrieben. Das Magne- siumoxyd wirkt sieh auch nachteilig auf die Permeabilität bei hoher Magnetflussdichte aus (aber nicht auf die Anfangspermeabilität), aber in sehr geringem Masse gegenüber den andern versuchten Stoffen; es genügt vollauf für die Isolierung, insbesondere bei Kernen, die bei geringen Magnetflussdiclten zu arbei ten haben, und erwies sich als das geeignetste unter den geprüften Isolationsstoffen.
Das Isolationsmaterial kann beispielsweise durch das Hindurehführen des Bandes durch eine Aufschlämmung eben dieses Materials in fein verteilter Form in einer inerten, ver- flüchtigbaren Flüssigkeit, wie z. B. Kohlen stofftetrachlorid, aufgetragen werden, bei nachfolgender Verdampfung der Flüssigkeit. Die isolierende Schiebt kann ebenfalls ans einer solchen Aufsehlämmung auf kataphore- tisehem Weg aufgetragen werden.
Um ans der Tatsache Nutzen zu ziehen, dass die in der angeführten Weise erhaltenen Legierungen fähig sind, die anfänglich er wähnten magnetischen Eigenschaften zu ent wickeln, ist eine nachträgliche Wärmebehand lung notwendig. Jede dieser magnetischen Eigenschaften verhält sieh so, als wäre sie von einem kritischen Grad einer Ordnung in der Legierung abhängig.
Es scheint, wie wenn eine Umwandlung von Ordnung zu Unord nung in der Nähe von 600 C vor sieh gehen würde, wobei sich die Legierung oberhalb dieser Temperatur in einem Zustand der Un ordnung befände, während sich unterhalb die ser Temperatur der Zustand gegen unten immer mehr zu ordnen scheint, immer unter der Voraussetzung, dass jede Sondertempera tur genügend lange beibehalten wird, damit sich das Ordnen vollziehen kann und der dieser Temperatur entspreehende Grad der Ordnung einen Gleichgewichtszustand erreicht.. Man spricht in diesem Zusammenhang vom CTleichgewichtsgrad der Ordnung>. Dieser Begriff findet im folgenden seine Erklärung Bei einer gegebenen Temperatur nehmen die Atome in der Legierung eine bestimmte gegen seitige Lage ein.
Nach einem Temperatur wechsel muss aber die Legierung während einer bestimmten Zeit auf der gegebenen Temperatur belassen werden, um den Atomen zu ermöglichen, nach und nach in die ihnen bestimmten Lagen zu kommen. Man sagt daher, dass der Gleichgewichtsgrad der Ord nung bei einer gegebenen Temperatur sieh nach einer bestimmten Zeit einstellt.
Nach dieser Auffassung würde unterhalb 600"C eine Temperatur existieren, bei welcher der Gleichgewichtsgrad der Ordnung dei- gleiche ist wie der kritische Grad der Ord nung, dem ein optimaler Wert der gewünseh- ten magnetischen Eigenschaft beigesellt ist. Oberhalb dieser Temperatur mit kritischer Ordnung ist der Gleichgewichtsgrad der Ord nung kleiner als der gesuchte Wert, so dass in einer Legierung, welche einen geringeren als den gesuchten.
Grad von Ordnung aufweist, der optimale Wert der gewünschten magneti schen Eigenschaft nicht erhalten werden. kann durch Behalten der Legierung oberhalb der Temperatur mit kritischer Ordnung, dies ohne Rücksicht auf die Zeitdauer des Verharrens bei einer solchen Temperatur.
Unterhalb der Temperatur mit kritischer Ordnung ist der CTl.eichgewiehtsgrad der Ord nung grösser als der optimale Wert. Da bei irgendeiner Temperatur der Crad der Ord nung im Laufe der Zeit dem Gleichgewichts wert zustrebt, so ist es möglich, in einer Le gierun, welche einen geringeren als den ge <B>n</B> suchten Grad der Ordnung besitzt, den kri tischen Grad der Ordnung zu erreichen durch Verharrenlassen der Legierung bei einer Temperatur, die wenig oder gar nicht unter der Temperatur mit kritischer Ordnung liegt, und zwar gerade während derjenigen Zeit spanne, die nötig ist, damit sich der gesuchte Grad der Ordnung einstellen kann, wonach die Legierung abgeschreckt wird, um ein wei teres Ordnen zu verhüten.
Wenn der Grad der Ordnung in der Le gierung grösser ist als gewünscht, so kann er herabgesetzt werden durch ein Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur, bei welcher der Gleichgewichtsgrad der Ordnung gleich gross oder kleiner ist als der gewünschte Wert der Ordnung (das heisst durch Erhitzen auf oder über die Temperatur mit kritischer Ord nung). Die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Ordnen (bzw. das Unordnen) vollzieht (hin zu dem Gleichgewichtswert), ist grösser bei den höheren Temperaturen und nimmt progressiv ab bei sinkender Temperatur. Bei 300 C oder darunter ist die Ordnungs geschwindigkeit so klein, dass sie praktisch keine oder nur geringe Bedeutung hat.
Die Kurven in Fig. 2 beweisen, dass diese theoretischen Ausführungen über das Ver halten der Legierung bei der abschliessenden Wärmebehandlung vollständig mit dem zu be obachtenden Verhalten übereinstimmen. Diese Kurven werden weiter unten noch genauer er klärt. Die obigen theoretischen Betrachtun gen weisen darauf hin, dass die abschliessende Wärmebehandlung gemäss einer der nach stehend umschriebenen Arbeitsweisen vor sich gehen kann: 1. Rasches Abkühlen der Legierung von 600 C oder mehr auf eine Temperatur der kritischen Ordnung oder darunter, Verbleiben bei dieser Temperatur so lange, wie notwen dig ist zur Erreichung der optimalen Eigen schaften, und dann Abschrecken auf eine Temperatur, bei welcher die Ordnungsge schwindigkeit unbedeutend ist, z. B. 300 C.
Da bei 600 C eine fast vollständige Un ordnung herrscht, ist es unwesentlich, ob die abschliessende Wärmebehandlung der Legie rung anschliessend an die auf die Wärme behandlung in Wasserstoff folgende Abküh lung oder nach der Abkühlung, z. B. auf Raumtemperatur, zwischen den beiden Wärmebehandlungen, bei nachfolgender Wie dererhitzung auf 600 C und mehr erfolgt. Wenn eine Abkühlung etwa auf Raumtem peratur zugelassen ist, so hat die Abkühlungs und Wiedererhitzungsgeschwindigkeit nicht die geringste Bedeutung.
2. Ohne Rücksicht auf die thermische Vor geschichte der Legierung letztere verharren lassen bei einer Temperatur der kritischen Ordnung -während genügend langer Zeit, um den kritischen Grad der Ordnung zu errei chen, dann rasches Abkühlen bis etwa 300' C, um ein weiteres Ordnen zu verhindern. Einer seits kann also die Legierung genügend rasen von 6001 C oder mehr auf die Temperatur der kritischen Ordnung abgeschreekt werden un(l dann bei dieser Temperatur gelassen werden, so lange, bis der gewünsehte Grad der Ord nung sieh eingestellt hat.
Anderseits kann eine noch zu erfolgende Bearbeitung das Abkühlen der Legierung auf Raumtemperatur oder eine andere Temperatur unter der jenigen der kritischen Ordnung erheischen, vorgängig der abschliessenden Wärmebehand lung bei der Temperatur mit kritischer Ord nung. Ist dies der Fall, so ist. es unwichtig, ob diese Abkühlung so rasch erfolgt, dass sich der Grad der Ordnung noch unter dem ge-, wünschten Wert befindet, oder zu langsam, dass dieser Grad über dem gewünsehten Wert liegt.
In jedem Fall bringt ein Wiedererhit- zen auf die Temperatur der kritischen Ord nung ein Ansteigen oder Absinken des Grade; , der Ordnung auf den gewünschten Wert.
3. Abkühlen der Legierung von<B>600"C</B> oder mehr bis auf etwa 300'C genügend rasch, um sicher zu erreichen, dass sieh der Grad der Ordnung unterhalb des kritischen Wertes bewegt, rasches Wiedererhitzen auf eine Temperatur zwischen 350'C und der Temperatur der kritischen Ordnung, Ver- harrenlassen der Legierung bei dieser Tem peratur während einer genügenden Zeitspanne, um den kritischen Grad der Ordnung hervor zubringen, und dann Abschrecken auf etwa 300 C.
4. Abkühlen der Legierung mit gleichmässiger Geschwindigkeit von 600 C auf 300 C oder weniger, wobei die Abkühlungsgeschwindig keit so zu sein hat, dass die gewünschten magnetischen Eigenschaften, wie sie im Zu sammenhang mit der Fig. 3 diskutiert werden, entstehen.
Wie dargelegt wurde, ist die Geschwindig keit des Ablaufes der Veränderungen der magnetischen Eigenschaften eine Funktion der Temperatur. Es kann also offensichtlich behauptet werden als Verallgemeinerung, dass eine Abkühlungsprozedur zwischen 600 und 300 C, in welcher das Zeitintegral dieser Funktion den gewünschten Wert ergibt, die richtige ist. In ähnlicher Weise ist auch da, wo eine übermässige Ordnung sich vollzogen hat durch Abkühlen bis unter die Temperatur der kritischen Ordnung, und wo der ge wünschte Grad der Ordnung nurmehr durch ein Unordnen erreicht werden kann, die Gre- schwindigkeit des Unordnens ebenfalls eine Funktion der Temperatur.
Darum kann auch eine Erwärmungsprozedur zwischen 300 und 600 C, bei welcher das Zeitintegral der Un ordnungsfunktion den optimalen Wert ergibt, als geeignet betrachtet werden.
Die hier oben mit 1, 2 und 4 bezeichneten Prozeduren sind wohl die geeignetsten für die gewerbsmässige Verwertung. Die Art, mit welcher die optimalen Werte der gewünschten magnetischen Eigenschaften erreicht werden, geht noch besser aus den in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Kurven hervor. In diesen Figuren sind die Werte der Permeabilität und der Koerzitivkraft über eine lineare Skala aufgetragen, während die Werte der Zeit und der Abkühlungsgeschwindigkeit aus Zweck mässigkeitsgründen über eine logarithmische Skala aufgetragen wurden.
Die Kurven der Fig. 2 sind aus Versuchen hervorgegangen, die an Kernen der eingangs beschriebenen Ausführungsform gemacht wur den, wobei aber die abschliessende Wärme- Behandlung durch rasches Abkühlen der Kerne von 600 C auf mehrere Zwischentem peraturen, namentlich 500, 480, 450 und 400 C, erfolgte, unter Belassung der Kerne bei die sen Temperaturen während Zeitspannen von 0,01 bis 65 Stunden, und nachher ein Ab schrecken auf Rahmtemperaturen vorgenom men wurde. Die verschiedenen Kurven sind mit den Temperaturen angeschrieben, bei wel chen die Behandlung stattfand, und zeigen die Veränderung der Permeabilität bei 20 Gauss in Funktion der Behandlungszeit bei der be treffenden Temperatur.
Es kann ersehen werden, dass das Behalten der Kerne bei 600 C während verschieden langen Zeitspan nen keine wesentliche Veränderung der Per meabilität hervorbrachte. Bei 500 C war es offenbar unmöglich, den erforderlichen Grad der Ordnung hervorzubringen, um, auch ohne Rücksicht auf die Behandlungsdauer, die hohen Werte der Permeabilität nu erreichen, von denen eingangs die Rede war. Bei 480 C stellt sich offenbar das wirksamste Ordnen ein, und der optimale Wert der Permeabilität von 110000 bis 115000 kann erreicht werden durch Verharren bei dieser Temperatur wäh rend der ziemlich langen Zeitspanne von 1 bis 10 Stunden.
In Übereinstimmung mit den theoretischen Ausführungen liegt die Tem peratur der kritischen Ordnung für hohe An fangspermeabilitäten und hohe Permeabili täten bei kleinen Magnetflussdichten in der Nähe von 4801 C. Bei geringeren Tempera turen, bei welchen das Gleichgewicht einen höheren Grad der Ordnung zulä,sst und bei welchen das Ordnen mit einer geringeren Ge schwindigkeit stattfindet, wird die Erhit- zungszeit schon kritischer. So wird bei 450 und. 4001 C der bei<B>100000</B> liegende optimale Wert der Permeabilität nach einer Erhitzung von etwa 11/a bzw. 10 Stunden erreicht.
Ab weichungen von diesen optimalen Erhitzun-s- zeiten haben einen scharfen Abfall der Permea bilität zur Folge. Im allgemeinen sollte die Temperatur für das Ordnen nicht weniger als etwa 3501 C betragen, wenn nicht eine unver hältnismässig lange Behandlungszeit in Kauf genommen werden will. Wie oben angegeben, liegt die Temperatur der kritischen Ordnung für die oben beschrie bene Legierung in der Nähe von 480 C. Sie wird nicht beträchtlich von diesem Wert ab weichen, wenn die Legierungszusammenset- zung sieh in den eingangs erwähnten Grenzen bewegt.
Die in der Fig. 3 aufgezeichneten Kurven stammen von Permeabilitäts- und Koerzitiv- kraftmessungen an einem magnetischen, ring förmigen Kern aus unisoliertem Band mit einer Dicke von 0,35 mm. Diese Kerne wurden nach der weiter oben angegebenen Herstel lungsweise erhalten mit der Ausnahme, dass das Band zu einer grösseren Dicke aufgewik- kelt und die Isolierung aus fein verteiltem Oxyd weggelassen wurde. Anlässlich der ab schliessenden Wärmebehandlung wurden diese Kerne im Ofen von 600 C auf 300 C abge kühlt, und zwar mit einer gleichmässigen, sich zwischen 1 und 1000 C pro Stunde bewegen den Abkühlungsgeschwindigkeit.
Die mit 3 bezeichnete Kurve in der Fig. 3 stellt die Abhängigkeit der Permeabilität bei 20 Gauss von der Abkühlungsgeschwindigkeit dar. Es geht aus ihr hervor, dass der optimale Wert der Permeabilität von etwa 150000 bei der genannten Magnetflussdichte dann er reicht wird, wenn die Abkühlungsgeschwin digkeit ungefähr 100 C pro Stunde beträgt. Dieser Wert fällt ab, wenn die Abkühlungs geschwindigkeit zunimmt oder abnimmt. Die mit 4 bezeichnete Kurve zeigt die Abhängig keit der Höchstpermeabilität von der Abküh lungsgeschwindigkeit. Der optimale Wert der Höchstpermeabilität liegt beträchtlich über 1000000 lnd wird dann erreicht, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit etwa 20 C pro Stunde beträgt.
Die mit 5 bezeichnete Kurve zeigt die Veränderung der Koerzitivkraft in Funktion der Abkühlungsgeschwindigkeit. Der etwa 0,002 betragende Minimalwert der Koerzitivkraft wird dann erhalten, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit ungefähr 60 C pro Stunde beträgt. Soll ein Kompromiss zwi- sehen den Optimalwerten von mehreren ver schiedenen magnetischen Eigenschaften ge- schlossen werden, so wird man einen Zwi schenwert der Abkühlungsgesehwindigkeit wählen.
Für irgendeine besondere Legierungszu sammensetzung sinkt der Optimalwert der Abkühlungsgeschwindigkeit mit zunehmenden Molybdän- und Siliziumgehalten und mit ab nehmendem Nickelgehalt ab. Die Abküh lungsgeschwindigkeit ist gewöhnlich etwas kleiner, wenn der niedrigste Wert der Koerzi- tivkraft erreicht werden soll, als wenn man den Optimalwert der Anfangspermeabilität oder den Optimalwert der Höchstpermeabili tät anstrebt. Es hat sieh gezeigt, dass bei gewissen Legierungen die Optimalwerte der Abkühlungsgeschwindigkeiten für alle drei magnetischen Eigenschaften zusammenfallen.
Bei 300 C oder weniger ist die Geschwindig keit der Veränderungen der magnetischen Eigenschaften so klein, dass eine Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen dieser und der Raumtemperatur nicht mehr nötig ist.
Die in der Fig. 4 gezeigten Kurven gelten für Kerne, welche in der gleichen Weise wie der nach Fig. 1 erhalten wurden, mit der Aus nahme, dass der Siliziumgehalt bei der Legie rung zwischen Null und 0,92 % schwankte. Die Kurven zeigen die Abhängigkeit der Permeabilität bei 20 Gauss von der Abküh lungsgeschwindigkeit für Kerne aus Legierun gen mit verschiedenen Siliziumgehalten. Jede Kurve ist mit dem entsprechenden Silizium gehalt bezeichnet. Es gebt aus ihnen hervor, dass für siliziumfreie Legierungen der etwa 150000 betragende Wert der Permeabilität mit einer Abkühlungsgeselwindigkeit von un gefähr 100 C pro Stunde (was einer Abküh- lungsgeschwiudigkeit voll etwas weniger als 2 C pro Minute entspricht) erreicht wird.
Bei Siliziumgehalten von 0,09% bzw. 0,1S% können immer noch \Verte der Pernteabilität von 140000 erreicht werden, aber der Op- timalwert kommt dann bei Abkühlun as- gesehwindigkeiten von etwa 50 bzw. 20"C pro Stunde vor, was bedeutet, dass das zium eine spürbare Wirkung im Sinne einer Abnahme der optimalen Abkühlungsgeschwin- digkeit hervorruft.
Die beschriebenen Prozeduren gestatten eine wirksame Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der Legierungen, in welchen die Gehalte an Eisen, Nickel und Molybdän in gewissen Grenzen sich verändern. Immer hin ist zu erwähnen, dass die magnetischen Eigenschaften dieser Legierungen beträcht lich abfallen, wenn die Zusammensetzung sich über gewisse Grenzen hinaus bewegt. Davon rühren die aussergewöhnliehen und umwälzenden Werte der Permeabilität und der Koerzitivkraft leer, die die Haupteigen schaften der nach dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung erhaltenen Körper bilden und einen sehr bedeutsamen Fort schritt in der Herstellungstechnik derartiger Körper darstellen. Dieser Fortschritt wird also nur dann erreieht, wenn sieh die Legie rungszusammensetzung innerhalb dieser Gren zen bewegt.
Diese Grenzen liegen bei 2 und 7 Gewichtsprozent Molybdän, 75 und 85% Nickel und der Rest Eisen und höchstens 2% weitere Elemente, insbesondere Verunreini gungen, welche auch in den handelsüblichen Bestandteilen von grosser Reinheit nicht zu umgehen sind. Die besten Resultate werden dann erreicht, wenn die Zusammensetzung ungefähr 79% Nickel, 5% Molybdän, 14% Eisen und im übrigen Unreinheiten beträgt. Ganz vorzügliehe Zusammensetzungen sind die mit 78 bis 80% Nickel, 4 bis 6% Molyb dän und der Rest Eisen und Unreinheiten. Wie oben angegeben, sollte der Siliziumgehalt zweckniässigerweise unter 0,2% gehalten werden; die Kontrolle des Herstellungsvor ganges ist einfacher, wenn sozusagen kein S iliziunigehalt vorlieg t .
Kobalt und Mangan in Beimischungen von je 1% zur ursprüng- licben Scbmelze scheinen weder die Optimal werte der Permeabilität noch die der Ab kühlungsgeschwindigkeit zu beeinträchtigen. Kohlenstoff- und Schwefelgehalte scheinen während der Behandlung ausgetilgt zu wer den und ihre Anwesenheit in kleinen Beträ gen in den Bestandteilen bringt daher keine Nachteile mit siele.
Die andern Anteile als das Eisen, das Nile kel und das Molybdän erreichen in der Legie- rung vor der Wärmebehandlung in Wasser stoff kaum 2 % und in manchen Fällen sogar kaum 1%. Eine Analvse einer nach dem oben beschriebenem Ausführungsbeispiel des er findungsgemässen Verfahrens hergestellten Legierung, die vor der Wärmebehandlung in Wasserstoff vorgenommen wurde, ergab fol gende Resultate:
EMI0009.0005
Eisen <SEP> 15,0 <SEP> Gewichtsprozent
<tb> Nickel <SEP> 79,0 <SEP> "
<tb> Molybdän <SEP> 5,0 <SEP> "
<tb> Mangan <SEP> 0,5 <SEP> "
<tb> Kobalt <SEP> 0,5 <SEP> "
<tb> Silizium <SEP> 0,01 <SEP> "
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0,01 <SEP> "
<tb> Schwefel <SEP> 0,007 <SEP> "