CH639425A5

CH639425A5 - Verfahren zum herstellen von bandkernen.

Info

Publication number: CH639425A5
Application number: CH165579A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Pfeifer; Wernfried Behnke
Original assignee: Vacuumschmelze Gmbh
Priority date: 1978-04-05
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1983-11-15
Also published as: BE875295A; ES479337A1; CA1131437A; NL7902225A; GB2023174A; FR2422234A1; NL181588C; DE2814640C2; IT1112944B; GB2023174B; FR2422234B1; AT370446B; JPS54135396A; IT7921590A0; JPS6123646B2; US4290827A; ATA249479A; DE2814640A1; SE7902447L; SE452022B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bandkernen aus einer Legierung aus 45 bis 53 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, einschliesslich geringer Desoxydations- und Verarbeitungszusätze, wobei ein 0,01 bis 0,1 mm dickes Band aus der Legierung zu einem Bandkern gewickelt, dann einer wenigstens einstündigen Schlussglühung bei wenigstens 900°C unterzogen und dann in einem Magnetfeld einer

Anlassbehandlung unterworfen wird.

Es ist bekannt, Bandkerne aus Nickel-Eisen-Legierungen mit 48 bis 67 Gew.-% Nickel bei Temperaturen zwischen 1150 und 1200°C in reinem Wasserstoff einer etwa 5stündigen 5 Schlussglühung und anschliessend einer Anlassbehandlung in einem Magnetfeld zu unterziehen, wobei dieses in der Bandebene parallel zur Walzrichtung des Bandes angelegt wird. Durch das Anlassen in einem solchen sogenannten magnetischen Längsfeld erhält man rechteckförmige Hystereseschlei-lo fen bzw. hohe dynamische Permeabilitäten bei kleiner Aussteuerung (Zeitschrift für Metallkunde 57 [1966], Seiten 240 bis 244).

Derartig behandelte Bandkerne eignen sich jedoch nicht für Anwendungen, bei denen ein grosser Induktionshub und i5 eine grosse Impulspermeabilität erforderlich sind, also beispielsweise für Drosseln mit Gleichfeldvormagnetisierung oder Impulsübertrager, die im unipolaren Betrieb arbeiten. Für solche und ähnliche Anwendungen werden bislang Bandkerne aus Nickel-Eisen-Molybdän-Legierungen mit relativ 20 hohem Nickelgehalt von 61 bis 67 bzw. 74 bis 84 Gew.-% verwendet, die nach einer mehrstündigen Schlussglühung zwischen 950 und 1220°C einer Anlassbehandlung in einem Magnetfeld unterworfen werden, dessen Feldlinien in dem behandelten Gut quer zur Richtung des späteren magneti-25 sehen Flusses, also quer zur Walzrichtung des Bandes, verlaufen. Solche Kerne, die sich durch sehr flache Hystereseschleifen auszeichnen, haben verhältnismässig hohe Impulspermeabilitäten, die in Abhängigkeit vom Induktionshub zunächst einen nahezu konstanten Verlauf zeigen, jedoch bei Einmün-3o dung in die Sättigung entsprechend Induktionshüben zwischen etwa 0,4 und 0,8 T rasch auf kleine Werte weit unterhalb von etwa 4000 abfallen (DE-PS 1558818 und 1558820).

Aufgabe der Erfindung ist es, Bandkerne herzustellen, die auch noch bei höheren Induktionshüben von 1 T und mehr für 35 die technische Anwendung ausreichende Impulspermeabilitäten besitzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäss das Magnetfeld in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung des Bandes angelegt. 4o Durch diese Massnahme, also durch das bei den erwähnten Legierungen mit höheren Nickelgehalten bereits an sich bekannte Anlassen in einem magnetischen Querfeld, erhält man überraschenderweise bei Legierungen aus 45 bis 53 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, bei Induktionshüben von 1 T und 45 mehr Impulspermeabilitäten, die bei 4000 und teilweise noch weit darüber liegen. Dies ist insbesondere deshalb überraschend, weil ausgehend von den eingangs erwähnten bekannten Legierungen mit hohen Nickelgehalten die durch Quer-feldtemperung erzielbaren ausnutzbaren Induktionshübe und so Impulspermeabilitäten mit abnehmendem Nickelgehalt unter gleichzeitiger Zunahme der Magnetisierungsverluste stark abnehmen, so dass beispielsweise Bandkerne aus Legierungen mit 56 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, auch nach einer Querfeld-temperung, beispielsweise zur Anwendung in unipolar ausge-55 steuerten Bauelementen völlig ungeeignet wären. Da mit weiter sinkendem Nickelgehalt die Curietemperatur der Legierungen weiter absinkt, wäre an sich ein noch schlechteres Ansprechen der Legierungen mit Nickelgehalten unter 56 Gew.-% auf eine Querfeldtemperung zu erwarten gewesen. 60 In anderem Zusammenhang ist es zwar bereits bekannt, auch Bänder bzw. Bandkerne aus Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 50 Gew.-% Nickel in einem magnetischen Querfeld anzulassen, jedoch handelt es sich dabei in einem Fall (Zeitschrift für Physik 94 [1935], Seiten 504 bis 522) um eine rein 65 wissenschaftliche Untersuchung an ebenen Streifen aus der Legierung und im anderen Fall (US-PS 3 125472) um einen Ringbandkern, der im Gegensatz zu den nach dem anmel-dungsgemässen Verfahren hergestellten Kernen mit einem den

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Kern in radialer Richtung durchsetzenden Luftspalt versehen ist und bei dem die Permeabilität im Frequenzbereich bis 50 kHz konstant etwa 1200 bis 1500 beträgt. Bezüglich der Eignung einer Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld zur Herstellung von Bandkernen mit hohen Impulspermeabilitäten bei grossem Induktionshub lassen sich aus diesem Stande der Technik keine Hinweise entnehmen.

Das anmeldungsgemässe Verfahren führt im ganzen Legierungsbereich von 45 bis 53 Gew.-% Nickel zu technisch interessanten Impulspermeabilitäten bei Induktionshüben um 1 T, wobei besonders hohe Impulspermeabilitäten und Induktionshübe im Bereich von 47 bis 52 Gew.-% Nickel, vorzugsweise 49 bis 51 Gew.-% Nickel, zu erzielen sind. Die Legierungen können zusätzlich die üblichen Desoxydations- und Verarbeitungszusätze enthalten, beispielsweise 0,2 bis 1 Gew.-% Mangan, 0,05 bis 0,3 Gew.-% Silizium sowie andere Zusätze wie Magnesium, Calzium oder Cer in Mengen von weniger als 0,5 Gew.-%.

Das Bandmaterial kann nach der Schlussglühung vorteilhaft ein feinkörniges isotropes Gefüge besitzen, das durch entsprechende Erwärmung und Schlussverformung vor und die Schlussglühung nach dem Wickeln des Kernes erzeugt wird. Das Band wird dabei vor der Schlussverformung auf eine Temperatur oberhalb der mit wachsendem Schlussverfor-mungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht. Der Verlauf der erwähnten Temperaturgrenze wird später noch genauer erläutert werden.

Besonders günstig zur Erzeugung eines feinkörnigen isotropen Gefüges ist es, wenn wenigstens 1 Stunde lang auf wenigstens 700 °C erwärmt wird und die Schlussverformung zwischen 80 und 90% beträgt. Die Erwärmung kann in einer Zwischenglühung zwischen einer Kaltbearbeitung und der Schlussverformung bestehen, es kann aber auch die Erwärmung des Bandes beim Heisswalzen vor der Schlussverformung, d.h. vor dem Kaltwalzen, ausgenutzt werden.

Die Schlussglühung kann vorteilhaft zwischen 900 und 1250°C erfolgen, wobei die obere Temperaturgrenze im wesentlichen durch die technisch verfügbaren Ofenanlagen bedingt ist.

Eine weitere Steigerung der Impulspermeabilitäten bei hohen Induktionshüben lässt sich dadurch erreichen, dass im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlussverformung vor und durch Schlussglühung nach dem Wickeln des Kernes in anisotropes Gefüge mit Vorzugsrichtung <001 > in Walzrichtung erzeugt wird. Durch eine solche Behandlung wird der durch das Anlassen im magnetischen Querfeld erzeugten magnetischen Vorzugsrichtung senkrecht zur Walzrichtung und damit senkrecht zum späteren magnetischen Fluss im Bandkern eine weitere Vorzugsrichtung überlagert, die parallel zur Walzrichtung und damit in Richtung des späteren magnetischen Flusses im Bandkern verläuft.

Der Anteil der in Vorzugsrichtung ausgerichteten Kristal-lite am gesamten Gefüge sollte vorzugsweise wenigstens 20% betragen.

Das Gefüge mit Vorzugsrichtung in Walzrichtung kann vorteilhaft eine Würfeltextur (100) < 100 > sein, wobei die ausgerichteten Kristallite im polykristallinen Material mit der Würfelebene parallel zur Walzebene und mit den Würfelkanten parallel und senkrecht zur Walzrichtung liegen. Ferner kommt auch ein sekundärrekristallisiertes Gefüge in Frage, das vorteilhaft magnetisch günstige Kristallkörner in (210) <001 >-Lage enthält. Bei dieser Lage liegt die (210)-Ebene parallel zur Walzebene und die <001 > -Richtung parallel zur Walzrichtung.

Einen Bandkern mit anisotropem Gefüge mit Vorzugsrichtung <001 > in Walzrichtung erhält man vorteilhaft dadurch,

dass die Schlussverformung wenigstens 90% beträgt und das Band vorher auf eine Temperatur oberhalb 600 °C und unterhalb der mit wachsendem Schlussverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein 5 Gefüge bildet, aus dem bei der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht. Die Erwärmung vor der Schlussverformung kann auch hier wiederum durch eine Zwischenglühung nach einem vorhergehenden Kaltverformungs-schritt erfolgen oder es kann die Wärme beim Heisswalzen vor io der Schlussverformung durch Kaltwalzen ausgenutzt werden.

Die im Gefüge entstehende Textur hängt von der Temperatur der Schlussglühung ab. Bei einer Schlussglühung zwischen 900 und 1050°C erhält man die Würfeltextur (100) <001 >, bei einer Schlussglühung zwischen 1050 und 1200°C 15 ein sekundärrekristallisiertes Gefüge. Falls vor der Schlussver-formung auf eine Temperatur oberhalb etwa 700 °C erwärmt wird, enthält das sekundärrekristallisierte Gefüge bevorzugt Körner in (210) <001 >-Lage. Die Schlussglühung soll, wie bereits erwähnt, wenigstens 1 Stunde, vorzugsweise wenigstens 20 2 Stunden dauern.

Falls die Erwärmung vor der Schlussverformung als Zwischenglühung vorgenommen wird, sollte auch diese sowohl bei isotropem als auch bei anisotropem Gefüge wenigstens 1 Stunde, vorzugsweise 2 bis 5 Stunden, dauern. 25 Die Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld, durch welche eine atomare Überstruktur mit Vorzugsrichtung in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung erzeugt wird, kann vorteilhaft derart erfolgen, dass der Bandkern nach vorherigem Erwärmen über die Curietemperatur des Bandmaterials 30 wenigstens 30 Minuten lang in einem Temperaturbereich zwischen etwa 300 °C und der Curietemperatur gehalten wird. Das Erwärmen über die Curietemperatur dient dabei in erster Linie zur Auslöschung eines etwas vorausgegangenen Anlasszustandes und kann gegebenenfalls auch entfallen. 35 Im einzelnen gibt es für die Anlassbehandlung verschiedene Möglichkeiten. So kann man etwa das Bandmaterial im Ofen von der Curietemperatur oder einer Temperatur oberhalb derselben mit Abkühlungsgeschwindigkeiten von 300 °C pro Stunde und weniger auf etwa 200°C und anschliessend 40 ohne Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit weiter abkühlen lassen.

Fernerkann man im Ofen zunächst von etwa 550 °C, beispielsweise mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200 °C pro Stunde, auf Anlasstemperatur abkühlen und die Band-45 kerne dann einige, vorzugsweise 4, Stunden auf einer unterhalb der Curietemperatur liegenden Anlasstemperatur halten und schliesslich weiter im Ofen abkühlen.

Insbesondere bei Legierungen mit Nickelgehalten unter 49 Gew.-%, beispielsweise mit 47,5 Gew.-%, bei denen die Curie-50 temperatur und damit auch die Anlasstemperatur verhältnismässig niedrig liegen, empfiehlt es sich, zunächst ohen Querfeld im Ofen von etwa 550 auf etwa 500 °C abzukühlen, wenigstens etwa 1 Stunde lang bei dieser Temperatur zu tempern und anschliessend durch schnelles Abkühlen ausserhalb des 55 Ofens Überschussleerstellen einzufrieren. Die anschliessende Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld kann dann beispielsweise bei Temperaturen von etwa 300 bis 450 °C erfolgen und vorzugsweise mehrere Stunden dauern.

Das bei der Anlassbehandlung angelegte magnetische Feld 6o sollte das Bandmaterial vorzugsweise annähernd sättigen, wobei das innere Feld im Material wenigstens etwa 5 A/cm betragen sollte.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

65 Fig. 1 und 2 zeigen den Verlauf der bereits erwähnten Temperaturgrenze für die Erwärmungs- bzw. Zwischenglüh-temperatur in Abhängigkeit vom Schlussverformungsgrad, und zwar Fig. 1 für Schlussglühtemperaturen von 900 bis 1050°C

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und Fig. 2 für Schlussglühtemperaturen von 1050 bis 1200°C.

Fig. 3 zeigt die Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub für Bandkerne aus verschiedenen Legierungen mit feinkörnigem isotropem Gefüge.

Fig. 4 zeigt die Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub für Bandkerne aus verschiedenen Legierungen mit anisotropem Gefüge.

Fig. 5,6 und 7 zeigen dynamische Hystereseschleifen bei einer Frequenz von 50 Hz für Bandkerne mit unterschiedlichem Gefüge.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 und 2 die Gefügeausbildung kurz erläutert werden:

Bei polykristallinen Nickel-Eisen-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 53 Gew.-% und weniger kann eine Textur erzeugt werden, bei der die Kristalle mit der Würfelebene parallel zur Walzebene und mit den Würfelkanten parallel und senkrecht zur Walzrichtung liegen. Da die Würfelkante eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit ist, hat die Würfeltextur (100) <001 > daher längs und quer magnetische Vorzugsrichtungen. Sie wird vorzugsweise nach hoher Kaltverformung von etwa 90 bis 99% und nach einer Schlussglühung im Temperaturbereich von 900 bis 1050°C erhalten, unter der Voraussetzung, dass die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur vor der Schlussverformung oberhalb 600 °C aber unterhalb der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Temperaturgrenze 1, also im Gebiet A liegt. In Fig. 1 und auch in Fig. 2 ist an der Ordinate die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur Tz in °C und an der Abszisse der Schlussverformungsgrad in % aufgetragen. Die Schärfe der Würfeltextur wird im allgemeinen um so besser, je höher der Schlussverformungsgrad und je feinkörniger das Ausgangsgefüge vor der Schlussverformung ist, das heisst, je näher Tz bei der Rekristallisationstemperatur von etwa 600 T liegt. Wählt man eine Zwischenglühtemperatur im Gebiet B oberhalb der Temperaturgrenze 1, so erhält man nach der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge. Die Gebiete A und B lassen sich gegeneinander nicht völlig exakt abgrenzen, weshalb die Temperaturgrenze 1 schraffiert gezeichnet ist. Der Grenzbereich kann sich beispielsweise abhängig von der Menge der Schlackenteilchen in der Schmelze oder auch abhängig von Zusätzen, insbesondere geringen Mengen Aluminium und Molybdän, etwas verschieben. Die Grundtendenzen bleiben dabei jedoch erhalten.

Glüht man ein Material, das bei Schlussglühtemperaturen von 900 bis 1050°C Würfeltextur zeigt, im Temperaturbereich von 1050 bis 1200°C, dann setzt eine die Würfellage zerstörende Sekundärrekristallisation mit starkem Kornwachstum ein. Die Temperaturgrenze für das Gebiet in dem Sekundärrekristallisation auftritt, in Fig. 2 mit 2 bezeichnet, entspricht natürlich der Temperaturgrenze 1 in Fig. 1, weil die Würfeltextur Voraussetzung für die Sekundärrekristallisation ist. Das normal sekundärrekristallisierte Material enthält Körner verschiedener Orientierung, das heisst, neben einer Reihe magnetisch ungünstiger Lagen auch magnetisch günstige Körner mit einer Orientierung (210) parallel zur Walzebene und <001 > parallel zur Waizrichtung. Unter entsprechenden Bedingungen kann man vor allem bei dünnen Bändern mit einer Dicke von 0,05 mm und weniger bei der Sekundärrekristallisation eine bevorzugte Bildung von Körnern in (210) <001 >-Lage erreichen. So ergibt sich im Gebiet C in Fig. 2 bei Wahl von Tz unterhalb der Temperaturgrenze 3, also zwischen 600 und etwa 700 °C, zunächst bei der Schlussglühung eine normale Sekundärrekristallisation, wobei die Korngrösse mit dem Verformungsgrad ansteigt. Wählt man Tz zwischen den Temperaturgrenzen 2 und 3 im Gebiet D, so wird bei der Schlussglühung bevorzugt (210) <001 >-Lage gebildet. Diese Lage erkennt man im Schliffbild insbesondere an den Zwillingsstreifen, die in einem Winkel von ± 37° oder seltener ± 66° zur Walzrichtung liegen. Bei Tz im Gebiet B bildet sich bei der

Schlussglühung wiederum ein feinkörniges isotropes Gefüge. Ähnlich wie die Temperaturgrenzen 1 und 2 ist auch die Schlussglühtemperatur, bei der die Sekundärrekristallisation beginnt, ebenfalls von Verunreinigungen und von sauerstoffaffinen Zusätzen, wie Aluminium, in der Schmelze abhängig. Insbesondere Aluminiumzusätze können die Sekundärrekri-stallisationstemperatur beträchtlich erhöhen.

Wählt man einen in den Fig. 1 und 2 nicht mehr dargestellten Schlussverformungsgrad von weniger als 88% und ein Tz oberhalb 600 °C, so erhält man nach der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge. Zur Herstellung von Bandkernen mit feinkörnigem isotropem Gefüge, die in den folgenden Beispielen 1 bis 3 erläutert werden soll, wurde folgendermas-sen vorgegangen :

Die erschmolzene Legierung wurde auf eine Banddicke von etwa 7 mm heissgewalzt, dann auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann nach einer zweistündigen Zwischenglühung bei 1000°C auf 0,35 mm kaltgewalzt, anschliessend 2 Stunden bei 700 °C zwischengeglüht und schliesslich auf 0,05 mm Dicke kaltgewalzt, wobei der Kaltverformungsgrad nach dem letzten Zwischenglühen 85,7% betrug. Aus 15 mm breiten Bandstreifen wurden dann Ringbandkerne mit einem Aussendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm hergestellt. Diese wurden unter Wasserstoff schlussgeglüht und im Ofen abgekühlt. Anschliessend wurden die Kerne einer Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld unterworfen, das mittels Dauermagneten an die Kerne angelegt wurde. Am fertigen Kern wurden folgende Grössen gemessen:

Mit einem ballistischen Verfahren die Induktion Bs bei 5 A/cm (annähernd Sättigungsinduktion) und die Remanenz Br; die für Impulsbetrieb wichtige Abhängigkeit der Impulspermeabilität (ip = 1,256 • ÀB/ÀH Tcm/A vom Induktionshub AB bei einer Impulsdauer von 50 jis und einer Impulsfolge von 20 ms; die Ummagnetisierungsverluste PFe bei Aussteuerung bis 0,3 T mit einer Frequenz von 10 kHz.

Beispiel 1

Verwendet wurde eine Nickel-Eisen-Legierung mit 50,40 Gew.-% Nickel, 0,39 Gew.-% Mangan, 0,16 Gew.-% Silizium, Rest Eisen. Schlussgeglüht wurde 4 Stunden lang bei 950 °C. Zur Anlassbehandlung wurde im magnetischen Querfeld zunächst auf 550 °C hocherhitzt, dann im Ofen mit etwa 200 °C pro Stunde rasch auf eine Anlasstemperatur von 480 °C abgekühlt, bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gehalten und anschliessend weiter im Ofen abgekühlt. Die Impulspermeabilität Up in Abhängigkeit vom Induktionshub AB zeigt Kurve 11 in Fig. 3. Weitere Messwerte finden sich ebenso wie die der folgenden Beispiele in der Tabelle.

Beispiel 2

Verwendet wurde eine Legierung nach Beispiel 1. Die Behandlung unterschied sich von Beispiel 1 nur in der Anlasstemperatur, die 460 °C betrug. ji.p in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 12 von Fig. 3.

Beispiel 3

Es wurde ausgegangen von einer Nickel-Eisen-Legierung mit 47,55 Gew.-% Nickel, 0,43 Gew.-% Mangan, 0,15 Gew.-% Silizium, Rest Eisen. Der hergestellte Ringbandkern wurde bei 1150°C 4 Stunden lang unter Wasserstoff schlussgeglüht, anschliessend ohne magnetisches Querfeld unter Wasserstoff auf 550°C erhitzt, auf 500°C abgekühlt und bei dieser Temperatur 1 Stunde lang getempert und dann zum Einfrieren von Überschussleerstellen rasch ausserhalb des Ofens abgekühlt. Anschliessend erfolgte eine 4stündige Querfeldtemperung bei 400 °C. p.p in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 13 in Fig. 3.

Wie Fig. 3 und die in der Tabelle angegebenen Werte zeigen, lassen sich durch die Querfeldtemperung von Legierun5

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gen mit isotropem Gefüge bei einem Induktionshub von 1 T Impulspermeabilitäten zwischen 4000 und 5000 erreichen.

Eine weitere Steigerung der Impulspermeabilität ergibt sich bei Legierungen mit anisotropem Gefüge, wie in den folgenden Beispielen erläutert werden soll.

Bei allen folgenden Beispielen wurde die erschmolzene Legierung zunächst bis zu einer Dicke von 7 mm heissgewalzt, dann auf eine Dicke von 0,05 mm kaltgewalzt. Teilweise wurde bei einer Dicke von 2,5 mm eine Zwischenglühung eingeschoben. Aus 15 mm breitem Band wurden dann wiederum Ringbandkerne mit einem Aussendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm hergestellt, unter Wasserstoff schlussgeglüht und dann ebenfalls unter Wasserstoff in einem magnetischen Querfeld getempert. Gemessen wurden die gleichen Grössen wie bei den Kernen mit isotropem Gefüge.

Beispiel 4

Verwendet wurde eine Nickel-Eisen-Legierung mit 50,40 Gew.-"o Nickel, 0,39 Gew.-% Mangan, 0,16 Gew.-% Silizium, Rest Eisen. Das heissgewalzte Band wurde ohne Zwischenglühung von 7 mm auf 0,05 mm kaltgewalzt, was einer Schlussverformung von 99,3% entspricht. Das Heisswalzen vor dieser Schlussverformung ist einer Zwischenglühung bei etwa 650 °C gleichzusetzen. Der Ringbandkern wurde bei 1 1500 C 5 Stunden lang schlussgeglüht und hatte demnach ein sekundär rekristallisiertes Gefüge. Zur Anlassbehandlung wurde zunächst auf 550 °C hocherhitzt, dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200 °C pro Stunde im Ofen auf die Anlasstemperatur von 480 °C abgekühlt und nach 4stündigem Tempern bei dieser Temperatur weiter im Ofen abkühlen gelassen. |j.p in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 21 in Fig. 4.

Beispiel 5

Eine Legierung nach Beispiel 4 wurde nach dem Heisswalzen zunächst auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann bei 750 °C 2 Stunden lang zwischengeglüht, anschliessend wurde mit einem Schlussverformungsgrad von 98% auf 0,05 mm kaltgewalzt. Durch eine 5stündige Schlussglühung des Ringbandkernes bei 1150°C wurde ein Gefüge mit bevorzugter (210) <001 >-Lage erzeugt. Anschliessend wurde der Kern auf 550 °C hocherhitzt dann auf 500 °C im Ofen abgekühlt und 1 Stunde lang bei dieser Temperatur getempert. Durch schnelles Abkühlen ausserhalb des Ofens wurden dann Überschussleerstellen eingefroren. Die anschliessende 4stündige Temperung im magnetischen Querfeld erfolgte bei 400 °C. [Xp in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 22 in Fig. 4.

Beispiel 6

Eine Legierung nach Beispiel 4 wurde nach dem Kaltwalzen auf 2,5 mm 2 Stunden lang bei 950 °C zwischengeglüht. Anschliessend wurde auf 0,05 mm kaltgewalzt, was einem Schlussverformungsgrad von 98% entspricht. Durch fünfstündiges Schlussglühen des Bandkernes bei 1150°C wurde wiederum ein Gefüge mit bevorzugter (210) <001 >-Lage erzeugt, das eine geringere Korngrösse als das Gefüge bei Beispiel 5 aufwies. Unter einem magnetischen Querfeld wurde dann der Kern im Ofen von 550 °C mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 150°C pro Stunde auf etwa 200 °C und im Anschluss daran unkontrolliert abkühlen gelassen. up in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 23 in Fig. 4. Die gegenüber Beispiel 5 wesentlich erhöhten Impulspermeabilitäten sind insbesondere auf die geringeren Korngrössen zurückzuführen.

Beispiel 7

Ein Bandkern wurde entsprechend Beispiel 6 hergestellt. Der einzige Unterschied gegenüber Beispiel 6 bestand darin, dass bei der Ofenabkühlung im magnetischen Querfeld mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 30 °C pro Stunde von 550 °C auf 200° C abgekühlt wurde. p.p in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 24 in Fig. 4. Gegenüber Beispiel 6 ergaben sich erhöhte Impulspermeabilitäten bei hohen Induktionshüben.

Beispiel 8

Eine Legierung gemäss Beispiel 4 wurde nach dem Heizwalzen auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann bei 950 °C 2 Stunden lang zwischengeglüht und anschliessend auf 0,05 mm kaltgewalzt. Durch eine 4stündige Schlussglühung bei 950 °C wurde ein Gefüge mit bevorzugter Würfeltextur in Walzrichtung erzeugt. Die Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld erfolgte derart, dass zunächst auf 550 °C hocherhitzt, dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200 °C pro Stunde auf 430 °C abgekühlt, 4 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten und schliesslich weiter im Ofen abgekühlt wurde. up in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 25 in Fig. 4.

Beispiel 9

Verwendet wurde eine Nickel-Eisen-Legierung mit 47,55 Gew.-% Nickel, 0,43 Gew.-% Mangan, 0,15 Gew.-% Silizium, Rest Eisen. Nach dem Heizwalzen wurde zunächst auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann 2 Stunden lang bei 750 °C zwischengeglüht und dann auf 0,05 mm kaltgewalzt. Durch eine 5stündige Schlussglühung des Ringbandkernes bei 1150°C wurde ein Gefüge mit bevorzugter (210) <001 >-Lage erzeugt. Nach der Schlussglühung wurde auf 550 °C hocherhitzt, dann auf 500 °C abgekühlt, bei dieser Temperatur 1 Stunde lang getempert und anschliessend zum Einfrieren von Überschussleerstellen schnell ausserhalb des Ofens abgekühlt. Daran schloss sich eine 4stündige Querfeldtemperung bei 400 °C an. up in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 26 in Fig. 4.

In der foglenden Tabelle sind eine Reihe von p.p-Werten sowie die übrigen oben erwähnten Messwerte für die Beispiele zahlenmässig zusammengestellt. Ausserdem enthält die Tabelle noch die Curietemperatur Tc, das Remanenzverhältnis B/Bs und den statischen Induktionshub ABstat = Bs - Br.

Wie die Tabelle zeigt, lassen sich mit dem anmeldungsge-mässen Verfahren Bandkerne herstellen, die bei einem Induktionshub von 1 T Impulspermeabilitäten über 10000 und bei einem Induktionshub von 1,4 T noch Impulspermeabilitäten von 4700 aufweisen. Die Ummagnetisierungsverluste bei 0,3 T und 10 kHz sind zwar höher als bei der bekannten Legierung mit 61 bis 67 Gew.-% Nickel, 2 bis 4 Gew.-% Molybdän, Rest Eisen, wo sie nach einer Querfeldtemperung etwa 14 W/kg betragen. Sie sind jedoch für die technische Anwendung durchaus noch tragbar.

Tabelle

Beispiel

Tc Bs CC) (T)

Br/B5 ABstat (T)

Up für AB = 1,0T 1,2T

1,3T

1,4T

P?e

(W/kg)

1

470

1,5

0,17

1,26

4700

2300

28,5

2

470

1,5

0,08

1,39

4700

3500

2700

-

33,0

3

450

1,5

0,17

1,21

4500

2000

-

29,0

4

470

1,5

0,05

1,41

8300

6400

4800

2900

22,6

5

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1,5

0,03

1,43

6700

5300

4200

3100

25,6

6

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1,5

0,03

1,44

10400

8100

6000

4000

21,8

7

470

1,5

0,01

1,46

8200

7100

6100

4700

21,8

8

470

1,5

0,05

1,41

5000

4700

4100

3400

33,8

9

450

1,5

0,06

1,39

7000

5200

4000

2700

22,8

Während die Hystereseschleifen bei Ringbandkernen aus der erwähnten bekannten Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung verhältnismässig flach verlaufen, sind sie bei den nach dem anmeldungsgemässen Verfahren hergestellten Kernen etwas steiler und insbesondere bei Bandkernen mit anisotropem

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Gefüge ähnlich einer Perminvarschleife in der Mitte eingeschnürt, so dass die Remanenz und die Koerzitivkraft verhältnismässig klein sind.

Fig. 5 zeigt eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 2 mit isotropem Gefüge. Fig. 6 eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 7 mit bevorzugter (210) < 001 > -Lage und Fig. 7 eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 8 mit überwiegender Würfeltextur, also bevorzugter (100) <001 >-Lage. Alle Hystereseschleifen sind dynamisch bei 50 Hz in einem Magnetfeld in Umfangsrichtung des Kernes, also in Walzrichtung des Bandes, gemessen.

In den Fig. 6 und 7 ist die Wirkung der Überlagerung der magnetfeldinduzierten Vorzugsrichtung senkrecht zur Messrichtung und der kristallographischen Textur mit Vorzugsrichtung in Messrichtung an der Einschnürung der Hystereseschleifen deutlich zu erkennen. Bei geringer Aussteuerung wird die Ummagnetisierung im wesentlichen durch Drehprozesse gegen die uniaxiale Anisotropie Ku bestimmt, während bei höherer Aussteuerung offenbar überwiegend Blochwand-verschiebungen auftreten. Die Form der Hystereseschleifen hängt von der Schärfe der kristallographischen Vorzugsrichtung in Messrichtung, der Koerzitivfeldstärke des Materials und der eingeprägten magnetischen Vorzugsrichtung senkrecht zur Messrichtung ab.

Bei dem Kern nach Beispiel 8 ist, wie Fig. 7 zeigt, in Überlagerung der bevorzugten Würfeltextur in Walzrichtung durch die 4stündige Querfeldtemperung bei 430°C eine verhältnismässig starke Quervorzugsrichtung eingeprägt worden. Der Kern nach Beispiel 7 hat dagegen, wie Fig. 6 zeigt, eine etwas geringere Koerzitivfeldstärke. Die Hystereseschleife ist stärker gerundet als die in Fig. 7, da die (210) <001 >-Textur eine 5 geringere Schärfe hat als die Würfeltextur. Ausserdem ist die Einschnürung der Hystereseschleife geringer, was darauf hindeutet, dass Ku bei der Querfeldtemperung nur verhältnismässig schwach eingeprägt wurde. Die Impulspermeabilität bei einem Induktionshub von 1,2 T beträgt im Falle der Fig. 6 7100, io ist also die höchste von den drei Kernen, deren Hystereseschleifen dargestellt sind. Zum Erreichen einer besonders hohen Impulspermeabilität bei hohem Induktionshub ist es demnach wichtig, dass sowohl die Texturausbildung in Mess-richtung als auch die uniaxiale Anisotropie Ku quer zur Mess-15 richtung passend zueinander eingestellt werden, wie dies aus den Beispielen ersichtlich ist.

Die nach dem anmeldungsgemässen Verfahren hergestellten Bandkerne eignen sich für eine Vielzahl von Bauelementen, bei denen es auf hohe Impulspermeabilität bei hohem 20 Induktionshub, nicht aber auf eine Konstanz der Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub ankommt. Besonders geeignet sind die Bandkerne für Impulsübertrager, z.B. Zündübertrager oder Aussteuerungsübertrager für Schaltnetzteile, sowie für Thyristor-Schutzdrosseln im unipolaren 25 Betrieb. Ferner eignen sich die Bandkerne wegen ihrer noch verhältnismässig geringen Verluste beispielsweise auch für Thyristor-Schutzdrosseln mit bipolarem Betrieb.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

639 425

1. Verfahren zum Herstellen von Bandkernen aus einer Legierung aus 45 bis 53 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, einschliesslich geringer Desoxydations- und Verarbeitungszusätze, wobei ein 0,01 bis 0,1 mm dickes Band aus der Legierung zu einem Bandkern gewickelt, dann einer wenigstens einstündigen Schlussglühung bei wenigstens 900 °C unterzogen und dann in einem Magnetfeld einer Anlassbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung des Bandes angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung mit 47 bis 52 Gew.-% Nickel.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung mit 49 bis 51 Gew.-% Nickel.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlussverformung vor und die Schlussglühung nach dem Wickeln des Kernes ein feinkörniges isotropes Gefüge erzeugt wird, wobei das Band vor der Schlussverformung auf eine Temperatur oberhalb der mit wachsendem Schlussverfor-mungsgrad ansteigenden Temperturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 1 Stunde lang auf wenigstens 700 °C erwärmt wird und die Schlussverformung zwischen 80 und 90% beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung zwischen 900 und 1250°C erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlussverformung vor und Schlussglühung nach dem Wik-keln des Kernes ein anisotropes Gefüge mit Vorzugsrichtung <001 > in Walzrichtung erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gefüge mit einem Anteil von wenigstens 20% in Vorzugsrichtung ausgerichteter Kristallite erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussverformung wenigstens 90% beträgt und das Band vorher auf eine Temperatur oberhalb 600 °C und unterhalb der mit wachsendem Schlussverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung zwischen 900 und 1050°C erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung zwischen 1050 und 1200°C erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Schlussverformung auf eine Temperatur oberhalb 700 °C erwärmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandkern zur Anlassbehandlung im Magnetfeld wenigstens 30 Minuten lang in einem Temperaturbereich zwischen 300°C und der Curietemperatur des Bandmaterials gehalten wird.