DE1011908B - Verfahren bei der Herstellung einer magnetisierbaren Eisen-Aluminium-Gusslegierung - Google Patents
Verfahren bei der Herstellung einer magnetisierbaren Eisen-Aluminium-GusslegierungInfo
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Description
- Verfahren . bei der Herstellung einer magnetisierbaren Eisen -Aluminium - Gußlegierung Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmebehandlungsverfahren bei der Herstellung einer magnetisierbaren Eisen-Aluminium-Gußlegierung, die hauptsächlich aus Eisen besteht, welches, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, mit ungefähr 0,8 bis 6,2 Gewichtsprozent Aluminium legiert ist und die bei unterschiedlichem spezifischen Widerstandswert eine hohe magnetische Permeabilität sowie sehr geringe Hystereseverluste aufweist.
- Magnetische Stoffe, die hauptsächlich aus Eisen mit einem Gehalt bis zu 10 °/o Aluminium bestehen, sind bereits bekannt. Diese Legierungen wurden als Magnetkerne für verschiedene elektrische Maschinen und Vorrichtungen, wie - Transformatoren, Belastungsspulen (loading coils) u. dgl., verwendet. Um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu erhalten, wurden diese bekannten Legierungen einem Warm- oder Kaltwalzverfahren mit oder ohne nachfolgende Wärmebehandlung unterworfen.
- Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Eisen-Aluminium-Legierungen mit guten magnetischen Eigenschaften im Gußzustand ohne jede Nachbearbeitung erhalten kann, wenn man das gegossene Material einer geeigneten Wärmebehandlung unterwirft. Als Ergebnis ist es nun möglich, Magnete mit niederen Kosten durch einfache Verfahrensgänge zu erhalten.
- Die Legierungen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, bestehen, wie oben bereits erwähnt, zum größten Teil aus Eisen und enthalten" 0,8 bis 6,2°/0 Aluminium. Die Legierungen sollen im wesentlichen frei von Kohlenstoff und Silizium sein, d. h., sie sollen maximal 0,350/, Silizium und maximal 0,05 °/o Kohlenstoff sowie höchstens Spuren von Mangan enthalten.
- Eine besonders gute magnetische Permeabilität bei hoher Kraftliniendichte ist bei solchen Eisenlegierungen festgestellt worden, die ungefähr 1 bis 611/0 Aluminium enthielten. Diese Eigenschaften können bei dem gegossenen Material durch eine geeignete Wärmebehandlung erhalten werden. So werden z. B. bei der 10/0 Aluminium enthaltenden Eisenlegierung Maximal-Permeabilitätswerte von 20 000 bei einer Kraftliniendichte von 11000 Linien je cm2 erhalten. Die Koerzitivkraft H, und der remanente Magnetismus B,. sind bei diesem Material gering. H, beträgt 0,3 bis 0,36 Oersted mit einem ß,. Wert von 8900 bis 9100 Gauß, bei einem Spitzenwert von B = 10 000 Gauß. Bei den 6°/oigen Eisen-Aluminium-Legierungen wird eine Maximal-Permeabilität von 18 000 mit einer Kraftliniendichte von 8700 erhalten. Die H,- und B,. Werte betragen 0,27 bis 0,30 Oersted bzw. 7300 bis 8000 Gauß.
- Diese wärmebehandelten Eisen-Aluminium-Gußlegierungen zeigen viel bessere magnetische Eigenschaften als irgendein bisher verwendetes gegossenes Material auf Eisengrundlage. So weisen z. B. die besseren Stahl-Bußarten Permeabilitätswerte in der Größenordnung von 4000 mit Werten von H, und B,. von 2,5 bis 3,0 Oersted bzw. 7000 bis 8000 Gauß auf.
- Bei der Herstellung der Legierungen gemäß der Erfindung werden die Metalle in irgendeiner geeigneten Vorrichtung, z. B. mittels eines Induktionsofens od. dgl., geschmolzen und legiert. Die Schmelze wird dann in eine geeignete Form eingegossen, worauf sie wärmebehandelt wird. Die Temperaturen bei dieser Behandlung hängen von dem Aluminiumgehalt der Legierung ab, sollen jedoch in sämtlichen Fällen mindestens 800°C betragen. Es wurde festgestellt, daß für die Legierung mit 10/, Aluminium die optimale Temperatur 900°C, für die 2- und 4°/oige Legierung 950°C und für das 6°/oige Material 1000°C beträgt. Die Abkühlgeschwindigkeit ist nicht entscheidend, wenn sie nicht größer als 150°C je Stunde ist. Weiterhin wurde festgestellt, daß eine 4 bis 8 Stunden lange Wärmebehandlung die optimalen magnetischen Eigenschaften hervorruft. Viel längere oder kürzere Zeiten als diese werden in den meisten Fällen die optimalen Eigenschaften nicht zur Entwicklung bringen oder werden diese wieder zerstören.
- Um die verbesserten Eigenschaften der wärmebehandelten Legierungen zu zeigen und um diese mit anderen Gußlegierungen zu vergleichen, werden folgende Kennzahlen angegeben:
Tabelle I Remanenz er Maximal- Grund- H <okrazftitiv- Widerstand Geprüftes Material Permeabili- sättigungs- (Oersted) (Br) (H) Mikrohm tät wert) B = 15000 B = 10000 B - 10000 cm/cm@ gegossenes 10/ö Al-Eisen . . . . . . . . . . . . . . 20000 20700 2,5 8900 0,30 25,3 gegossenes 2 0/,-Al-Eisen . . . . . . . . . . . . . . 20000 20100 10,0 8400 0,28 36,0 gegossenes 4 0/,-Al-Eisen . . . . . . . . . . . . . . 22750 19100 20,0 8350 0,25 54,2 gegossenes 6 .. . . . . . . . . . . . : . 18000 18100 55,0 7400 0,24 70,6 Gußstahl mit 0,30/0 C . . . . . . . . . . . . . . . . 1060 20300 45,0 7500 3,25 19,0 Graues Gußeisen ....... . . . . . . . . . . . . . 385 16300 750,0 4750 6,20 70 bis 100 Gußeisen mit Kugelgraphit . . . . . . . . . . . 1675 16900 150,0 6200 2,3 60 bis 80 Temperguß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2100 18600 175,0 6350 1,48 30 bis 45 gegossenes 20/ö Si-Eisen . . . . . . . . . . . . . . . 6700 20400 9,0 gegossenes 4 0/0-Si-Eisen . . . . . . . . . . . . . . . 4400 19300 35,0 Feldliniendichte, oberhalb der diese entsprechend der Zunahme des angelegten Feldes zunimmt. - Als weiterer Schritt dieser Untersuchungsreihe wurden etwa 36 kg schwere Gußblöcke aus ungefähr 1-, 2-, 4-und 60/0igen Eisen-Aluminium-Legierungen, die mit 0,30/, Silizium versetzt waren, hergestellt, bearbeitet und geprüft. Die Analysen dieser Probestücke ergaben folgende prozentuale Zusammensetzungen:
Tabelle II :V r. I C I Si ( Mn I Al I Fe 2168 0,016 0,25 0,06 1,02 Rest 2169 0,028 0,27 . 0,03 1,99 Rest 2170 0,020 0,23 0,04 4,00 Rest 2171 0,022 0,26 0,06 6,21 Rest Tabelle III Magnetische Prüfungen Ergebnisse mit den Probestücken Nr. 2169 bis 2171 Maximal- Grund- Remanenz (Br) Koerzitivkraft(Hp) :vr. Behandlung Permeabilität ,tc sättigungswert**) B = 10 000 B = 10 000 2168 A nach dem Guß 4550 20500 8200 1,14 2169 A nach dem Guß 5500 20000 7700 0,72 2170 A nach dem Guß 8425 19150 6000 0,28 2171 A nach dem Guß 9100 18100 4200 0,44 2168 B 800°C 8 Stunden in H2 13100 20700 9050 0,39 2168 E 850°C 8 Stunden in H2 19250 20500 9400 0,36 2168 A 900°C 8 Stunden in H2 20250 20700 8900 0,30 2168 F 950°C 8 Stunden in H2 16500 20550 9150 0,36 2168 C 1000°C 8 Stunden in H2 13200 20500 9100 0,43 2168D 1100°C 8 Stunden in H2 12000 20700 9100 0,45 2169 B 800°C 8 Stunden in H2 9400 20100 7950 0,36 2169 E 850°C*) 8 Stunden in H2 11200 20050 8600 0,34 2169 A 900°C 8 Stunden in H2 17300 20100 6950 0,19 2169 F 950°C 8 Stunden in H2 20000 20050 8400 0,28 2169 C 1000°C 8 Stunden in H2 17000 20100 7400 0,31 2169 C 1100°C 8 Stunden in H2 17600 20150 6500 0,24 2170 B 800°C 8 Stunden in H2 12200 19100 7000 0,30 2170 E 850°C 8 Stunden in H2 18800 19150 8300 0,30 2170 A 900°C 8 Stunden in H2 19000 19100 8000 0,29 2170 F 950°C 8 Stunden in H2 22750 19100 8350 0,25 2170 C 1000°C 8 Stunden in H2 19200 19200 7250 0,27 2170D 1100°C 8 Stunden in H2 22750 19100 8300 0,26 2171 B 800°C 8 Stunden in H2 10100 18100 6750 0,34 2171 E 850°C 8 Stunden in H2 11400 18200 6500 0,30 2171 A 900°C 8 Stunden in H2 11400 18100 7300 0,39 2171 F 950°C 8 Stunden in H2 17600 18150 8 wo 0,27 2171 C 1000°C 8 Stunden in H2 18300 18100 7400 0,24 2171D 1100°C 8 Stunden in H2 18250 18150 7700 0,24 *) Das ursprünglich 8 Stunden lange Glühen bei 850°C ergab sehr auffällige und ungleichmäßige Resultate; deshalb wurden die Proben für weitere 4 Stunden bei 850°C nochmals getempert. Die dann erhaltenen Werte sind angegeben. 850°C scheint die niedrigste kritische Temperatur für die Behandlung zu sein. **) Feldliniendichte, oberhalb der diese entsprechend der Zunahme des angelegten Feldes zunimmt. - Aus den in der Tabelle aufgenommenen Ergebnissen kann man entnehmen, daß durch die geeignete Wärmebehandlung bei den gegossenen Eisen-Aluminium-Legierungen eine Maximal-Permeabilität von 18 000 bis 22 500 sowie gute Koerzitivkraftwerte erzielt werden können.
- Die physikalischen Eigenschaften der gegossenen und wärmebehandelten Aluminiumlegierungen sind ebenfalls gut. Die Eisenlegierung mit 1 °/oigem Aluminium hat z. B. eine Zugfestigkeit von 25,3 kg/mm2 bei einer Dehnung von 32 °/o, während die Legierung mit 6 °/o Aluminium eine Zugfestigkeit von 43,6 kg/mm2 bei einer Dehnung von 170/, aufweist.
- Die erfindungsgemäß erhaltenen Eisenlegierungen mit niederem Aluminiumgehalt können hauptsächlich verwendet werden, um hochgereinigtes Eisen, wie es zur Zeit für Solenoidteile, Spulenkerne, Magnetrahmen usw. gebraucht wird, zu ersetzen. Das 6°/oige Material, das einen relativ hohen Widerstandswert aufweist, kann auch bei magnetischen Geräten verwendet werden, wo früher Lamellenmagnetkerne benutzt wurden.
Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren bei der Herstellung einer magnetisierbaren Eisen-Aluminium-Gußlegierung, die aus Eisen, 0,8 bis 6,2 °/o Aluminium, bis zu 0,35 °/o Silizium, bis zu 0,05 °/o Kohlenstoff und höchstens Spuren von Mangan sowie Eisen mit den üblichen Verunreinigungen besteht und die nach dem Gießen keiner knetenden Formgebung zu unterwerfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach dem Vergießen bei mindestens 800°C, vorzugsweise bei etwa 900 bis 1000°C, 4 bis 8 Stunden lang wärmebehandelt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung einer Legierung mit 10/, Aluminiumgehalt bei ungefähr 900°C, einer Legierung mit 2 °/o und 4 °/o Aluminium bei ungefähr 950°C und einer Legierung mit 6 °/o Aluminium bei ungefähr 1000°C durchgeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen nach der Wärmebehandlung einer Abkühlung unterworfen werden, deren Geschwindigkeit nicht 150°C je Stunde überschreitet.
Applications Claiming Priority (1)
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