DE102008053310A1 - Soft-magnetic workpiece with wear-resistant layer, used to make fuel injection- or solenoid valve, includes core of crystalline iron-cobalt alloy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkstück aus weichmagnetischem Werkstoff, das einen Oberflächenbereich aufweist, der eine Verschleißschutzschicht besitzt. Der weichmagnetische Werkstoff ist für einen Werkstückkern des Werkstücks vorgesehen.The The invention relates to a workpiece made of soft magnetic Material having a surface area which has a Wear protection layer has. The soft magnetic material is for a workpiece core of the workpiece intended.
Derartige
Werkstücke mit einem Werkstückkern, der den weichmagnetischen
Werkstoff aufweist und einem Oberflächenbereich, der eine
Verschleißschutzschicht besitzt, ist aus der Druckschrift
Aus
der Druckschrift
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften der bekannten Werkstücke, insbesondere in elektromagnetischen Ventilen durch Einsatz neuer weichmagnetischer Werkstoffe mit entsprechenden härtenden und verschleißfesten Schichten zu verbessern, in dem als Werkstückkerne Werkstoffe zum Einsatz kommen, die eine hohe Sättigungsinduktion bei gleichzeitig hohem elektrischen Widerstand für das weichmagnetische Material aufweisen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Werkstücke anzugeben.task the invention is the properties of the known workpieces, especially in electromagnetic valves by using new soft magnetic materials with appropriate hardening and wear-resistant layers, in which as Workpiece cores materials are used, the one high saturation induction with simultaneous high electrical Have resistance for the soft magnetic material. It is another object of the invention, a method for producing such Specify workpieces.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Gegenstandes der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object becomes with the characteristics of the object of the independent Claims solved. Advantageous developments The invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Werkstück aus weichmagnetischem Werkstoff mit verschleißfester Beschichtung und ein Verfahren zur Herstellung des Werkstücks angegeben. Dabei weist das Werkstück einen Oberflächenbereich auf, der eine Verschleißschutzschicht besitzt. Außerdem weist das Werkstück einen Werkstückkern auf, der aus dem weichmagnetischen Werkstoff ist. Der weichmagnetische Werkstückkern ist dabei aus einer kristallinen FeCo-Legierung.According to the invention a workpiece made of soft magnetic material with a wear-resistant coating and a method for producing the workpiece specified. In this case, the workpiece has a surface area on, which has a wear protection layer. Furthermore the workpiece has a workpiece core, the from the soft magnetic material. The soft magnetic workpiece core is made of a crystalline FeCo alloy.
Ein derartiges Werkstück vereinigt die Vorteile einer weichmagnetischen Legierung auf der Basis von kristallinem Eisen-Kobalt mit den Vorteilen eines verschleißfesten Oberflächenbereichs, der derart gewählt werden kann, dass aufeinander treffende Anschlagflächen derartiger Werkstücke auch nach längerer Betriebszeit nicht durch Verschleiß in unerwünschter Weise vergrößert oder verformt werden. Insbesondere bei beweglichen Werkstücken bleiben die geometrischen Abmessungen und Konturen trotz mehrfachen und auch hochfrequenten Aufeinandertreffens von Oberflächenbereichen mit Verschleißschutzschichten der Werkstücke mit weichmagnetischen Kernen nahezu konstant. Außerdem ist ein weichmagnetischer Kern aus einer kristallinem FeCo-Legierung ein Garant dafür, dass eine hohe Sättigungsinduktion bei gleichzeitig hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise eines beweglichen Werkstücks eines Einspritzventils erreicht werden kann.One Such workpiece combines the advantages of a soft magnetic Alloy based on crystalline iron cobalt with the advantages a wear-resistant surface area, the can be chosen so that meeting each other Stop surfaces of such workpieces also after longer operating time not due to wear in undesirably enlarged or deformed become. Especially with moving workpieces remain the geometric dimensions and contours despite multiple and also high-frequency collision of surface areas with wear protection layers of the workpieces with soft magnetic cores almost constant. Besides that is a soft magnetic core of a crystalline FeCo alloy a guarantee that a high saturation induction at the same time high electrical resistance, such as a movable workpiece reaches an injection valve can be.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verschleißschutzschicht Chrom auf, das beispielsweise mittels Galvanisieren auf den Werkstückkern in Oberflächenbereichen aufgebracht wird, die beispielsweise zu einer senkrechten Ventilachse Anschlagflächen bilden, oder auf in der Längsachse verlaufende gleitende Mantelflächen des Werkstücks aufgebracht werden.In a preferred embodiment of the invention, the Wear protection layer on chromium, for example by means of Electroplating on the workpiece core in surface areas is applied, for example, to a vertical valve axis Form stop surfaces, or on the longitudinal axis running sliding lateral surfaces of the workpiece be applied.
Auch ist es möglich, dass die Verschleißschutzschicht eine Nickellegierung aufweist, die entweder galvanisch oder durch Plasma-Nitrieren oder durch Gas-Nitrieren auf die entsprechenden aufeinanderstoßenden Oberflächenbereiche oder auf gegeneinander gleitende Oberflächenbereiche – beispielsweise eines zylindrischen Mantels – aufgebracht wird.Also it is possible that the wear protection layer a nickel alloy, either galvanic or by Plasma nitriding or by gas nitriding on the appropriate abutting surface areas or on against each other sliding surface areas - for example a cylindrical shell - is applied.
Außerdem ist es möglich, dass die Verschleißschutzschicht eine kohlenstoffhaltige Verbindung aufweist, die mittels Plasma-Carborieren oder Gas-Carborieren auf die entsprechenden verschleißgefährdeten Oberflächenbereiche eines Werkstücks mit weichmagnetischem Kern auf der Basis Eisen-Kobalt-Legierungen aufgebracht werden. Bei einem Herstellen von Verschleißschutzschichten mittels Carbonitrieren, wird das Werkstück in einen Gasreaktor, der vorzugsweise eine Ammoniak- und eine Kohlenstoffverbindung wie CO oder CO2 aufweist, eingebracht. Bei derartigen Verfahren wird eine Verschleißschutzschicht erreicht, die kohlenstoff- und stickstoffhaltige Verbindungen aufweist.In addition, it is possible that the wear protection layer comprises a carbonaceous compound, which are applied by means of plasma carburizing or gas carburizing on the corresponding wear-prone surface areas of a workpiece with soft magnetic core based on iron-cobalt alloys. When producing wear protection layers by means of carbonitriding, the workpiece is introduced into a gas reactor, which preferably has an ammonia and a carbon compound such as CO or CO 2 . In such processes, a wear protection layer is achieved which comprises carbon- and nitrogen-containing compounds.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Werkstück als weichmagnetischen Werkstückkern auf der Basis der kristallinen FeCo-Legierung einen Werkstoff mit einer Zusammensetzung auf, die im Wesentlichen Eisen und 10 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ V ≤ 4 Gew.-%, 1,5 Gew.-% ≤ Cr ≤ 5 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mn ≤ 2 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 1 Gew.-%, 0,5 Gew.-% ≤ Si ≤ 1,5 Gew.-%, 0,1 Gew.-% ≤ Al ≤ 1,0 Gew.-%, aufweist, wobei der Gehalt der Elemente Chrom und Mangan und Molybdän und Aluminium und Silizium und Vanadium 4,0 Gew.-% ≤ (Cr + Mn + Mo + Al + Si + V) ≤ 9,0 Gew.-% ist.In a preferred embodiment of the invention, the workpiece as a soft-magnetic workpiece core based on the crystalline FeCo alloy has a material with a composition which is essentially iron and 10% by weight ≦ Co ≦ 22% by weight, 0% by weight. % ≦ V ≦ 4 wt%, 1.5 wt% ≤ Cr ≤ 5 wt%, 0 wt% ≤ Mn ≤ 2 wt%, 0 wt% ≤ Mo ≤ 1 wt% .-%, 0.5 Wt .-% ≤ Si ≤ 1.5 wt .-%, 0.1 wt .-% ≤ Al ≤ 1.0 wt .-%, wherein the content of the elements chromium and manganese and molybdenum and aluminum and silicon and Vanadium is 4.0 wt% ≤ (Cr + Mn + Mo + Al + Si + V) ≤ 9.0 wt%.
Diese erfindungsgemäße weichmagnetische Legierung für den Werkstückkern weist gegenüber der rein binären CoFe-Legierung einen höheren spezifischen Widerstand auf, der zu einer Unterdrückung von Wirbelströmen führt, bei einer möglichst geringen Absenkung der Sättigungspolarisation. Dies wird durch die Zulegierung der nicht magnetischen Elemente erreicht. Ferner weist die Legierung aufgrund des Gehalts an Aluminium und Silizium eine höhere Festigkeit auf. Diese Legierung eignet sich zur Verwendung als Magnetkern eines schnell schaltenden Aktorsystems, wie beispielsweise einem Kraftstoffeinspritzventil eines Verbrennungsmotors.These Soft magnetic alloy according to the invention for the workpiece core is opposite to the purely binary CoFe alloy has a higher resistivity, which leads to a suppression of eddy currents, at the lowest possible lowering of the saturation polarization. This is done by adding the non-magnetic elements reached. Furthermore, due to the content of aluminum, the alloy has and silicon to a higher strength. This alloy is suitable for use as a magnetic core of a fast-switching actuator system, such as a fuel injection valve of an internal combustion engine.
Die Anforderung an eine weichmagnetische Legierung auf kristalliner Kobalt-Eisen-Basis für ein Aktorsystem sind unterschiedlich. Ein höherer Kobaltgehalt führt in der rein binären Legierung zu einer höheren Sättigungsmagnetisierung JS von ungefähr 9 mT pro 1 Gew.-% Co (ausgehend von 17 Gew.-% Co) und ermöglicht damit ein geringeres Bauvolumen und eine höhere Systemintegration oder höhere Aktorkräfte bei gleicher Baugröße. Gleichzeitig steigen jedoch die Kosten der Legierung. Mit wachsendem Co-Anteil verschlechtern sich die weichmagnetischen Eigenschaften, wie Permeabilität bis zu einem Co-Gehalt von 25 Gew.-%. Darüber hinaus soll die Legierung für derartige Aktorsysteme außerdem einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand und gute weichmagnetische Eigenschaften aufweisen. Eine derartige Legierung weist, wie oben angegeben, einen Kobaltgehalt von 10 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 Gew.-% auf. Ein niedrigerer Kobaltgehalt reduziert die Rohstoffkosten der Legierung, so dass Legierungen mit vermindertem Kobaltgehalt für Anwendungen mit hohem Kostendruck, wie zum Beispiel im Automobilbereich, geeignet sind. Die Maximalpermeabilität ist innerhalb dieses Bereichs hoch, was zum Einsatz als Aktor zu niedrigeren und damit günstigeren Ansteuerströmen führt.The requirements for a crystalline cobalt-iron-based soft magnetic alloy for an actuator system are different. A higher cobalt content leads to a higher saturation magnetization J S of approximately 9 mT per 1 wt.% Co (starting from 17 wt.% Co) in the purely binary alloy, thus allowing a smaller overall volume and higher system integration or higher actuator forces same size. At the same time, however, the cost of the alloy increases. With increasing Co content, the soft magnetic properties deteriorate, such as permeability up to a Co content of 25 wt .-%. In addition, the alloy for such actuator systems should also have a high electrical resistivity and good soft magnetic properties. As indicated above, such an alloy has a cobalt content of 10% by weight ≦ Co ≦ 22% by weight. A lower cobalt content reduces the raw material cost of the alloy, so that reduced cobalt alloys are suitable for high cost pressure applications, such as in the automotive industry. The maximum permeability is high within this range, which leads to the use as an actuator to lower and thus more favorable drive currents.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Legierung einen Kobaltgehalt von 14 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 Gew.-% oder einen Kobaltgehalt von 14 Gew.-% ≤ Co ≤ 20 Gew.-% auf. Die oben angegebene weichmagnetische Legierung des Werkstückkerns weist einen Gehalt von Chrom und Mangan auf, der zu ei nem höheren spezifischen elektrischen Widerstand ρ im geglühten Zustand bei geringer Abnahme der Sättigung führt. Dieser höhere spezifische Widerstand ermöglicht kleinere Schaltzeiten bei einem Aktor, da Wirbelströme reduziert werden. Gleichzeitig weist die Legierung des Werkstückkerns eine hohe Sättigung und eine hohe maximale Permeabilität μmax auf, so dass trotz Beschichtung mit einer verschleißfesten Schicht in Oberflächenbereichen des Werkstücks gute weichmagnetische Eigenschaften in diesem Werkstückkern beibehalten werden können.In a further embodiment of the invention, the alloy has a cobalt content of 14% by weight ≦ Co ≦ 22% by weight or a cobalt content of 14% by weight ≦ Co ≦ 20% by weight. The above-mentioned soft magnetic alloy of the workpiece core has a content of chromium and manganese, which leads to egg nem higher electrical resistivity ρ in the annealed state with little decrease in saturation. This higher resistivity allows smaller switching times for an actuator as eddy currents are reduced. At the same time, the alloy of the workpiece core has a high saturation and a high maximum permeability μ max , so that good soft-magnetic properties can be maintained in this workpiece core despite coating with a wear-resistant layer in surface regions of the workpiece.
Die Elemente Si und Al der Legierung sehen eine verbesserte Festigkeit der Legierung vor, ohne dass die weichmagnetischen Eigenschaften deutlich verschlechtert werden. Durch die Zulegierung von Si und Al lässt sich die Festigkeit der Legierung durch Mischkristallhärtung deutlich erhöhen, ohne eine deutliche Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften zu bewirken.The Elements Si and Al of the alloy see improved strength the alloy before, without the soft magnetic properties be significantly worsened. By the addition of Si and Al allows the strength of the alloy by solid solution hardening increase significantly without a significant deterioration to cause the soft magnetic properties.
Der erfindungsgemäße Aluminiumgehalt des Werkstückkerns ermöglicht eine höhere Glühtemperatur, die zu guten weichmagnetischen Eigenschaften in Bezug auf die Koerzitivfeldstärke Hc und die maximale Permeabilität μmax führt. Eine hohe Permeabilität wird dann gewünscht, wenn dies zu niedrigeren Ansteuerströmen beim Einsatz der Legierung als Magnetkern eines Aktors führt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Legierung des Werkstückkerns einen Siliziumgehalt von 0,5 Gew.-% ≤ Si ≤ 1,0 Gew.-% auf.The aluminum content of the workpiece core according to the invention allows a higher annealing temperature, which leads to good soft magnetic properties with respect to the coercive force H c and the maximum permeability μ max . High permeability is desired when this leads to lower drive currents when using the alloy as the magnetic core of an actuator. In a further embodiment of the invention, the alloy of the workpiece core has a silicon content of 0.5% by weight ≦ Si ≦ 1.0% by weight.
Der Gehalt an Mo und V wird jeweils entsprechend niedriger gehalten, um die Bildung von Carbiden innerhalb des weichmagnetischen Werkstückkerns zu vermeiden, die zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften führen könnten. Dazu weist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die weichmagnetische Legierung einen Vanadiumgehalt von 0 Gew.-% ≤ V ≤ 2 Gew.-%, und einen Molybdängehalt zwischen 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 0,5 Gew.-% und/oder einen Mangangehalt zwischen 1,25 Gew.-% ≤ Mn ≤ 1,5 Gew.-% auf. Neben Cr und Mn ist der Molybdängehalt günstig, da sich dieser Gehalt von Molybdän durch ein gutes Verhältnis von Widerstandszuwachs zur Sättigungsabnahme im Werkstückkern auszeichnet.Of the Content of Mo and V is kept correspondingly lower, to the formation of carbides within the soft magnetic workpiece core to avoid the deterioration of the magnetic properties could lead. For this purpose, in a further embodiment According to the invention, the soft magnetic alloy has a vanadium content of 0 wt% ≤ V ≤ 2 wt%, and a molybdenum content between 0 wt .-% ≤ Mo ≤ 0.5 wt .-% and / or a Manganese content between 1.25% by weight ≤ Mn ≤ 1.5% by weight on. In addition to Cr and Mn, the molybdenum content is favorable, because this content of molybdenum by a good ratio from resistance increase to saturation decrease in the work piece core distinguished.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Legierung des Werkstückkerns Molybdän auf, insbesondere einen Molybdängehalt von 0,001 Gew.-% ≤ Mo ≤ 0,1 Gew.-%. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Gehalt von Aluminium und Silizium von 0,6 Gew.-% ≤ Al + Si ≤ 2 Gew.-% beträgt, sodass Sprödigkeit und Verarbeitungsprobleme, die bei höheren Gesamtgehalten von Aluminium und Silizium auftreten können, vermieden werden. Der Gehalt von Chrom und Mangan und Molybdän und Aluminium und Silizium liegt in einer Ausführungsform der Erfindung zwischen 6,0 Gew.-% ≤ Cr + Mn + Mo + Al + Si + V ≤ 9,0 Gew.-%.In In another embodiment, the alloy of Worker core molybdenum on, in particular a Molybdenum content of 0.001 wt% ≤ Mo ≤ 0.1 Wt .-%. Furthermore, it is envisaged that the content of aluminum and silicon of 0.6% by weight ≦ Al + Si ≦ 2% by weight so that brittleness and processing problems, at higher total levels of aluminum and silicon can be avoided. The content of chromium and manganese and molybdenum and aluminum and silicon lies in one embodiment of the invention, between 6.0 wt% ≤ Cr + Mn + Mo + Al + Si + V ≤ 9.0 wt%.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der weichmagnetische Werkstückkern des erfindungsgemäßen Werkstücks auf der Basis der kristallinen FeCo-Legierung einen Gehalt von 0 Gew.-% ≤ V ≤ 0.01 Gew.-%, 1,6 Gew.-% ≤ Cr ≤ 2,5 Gew.-%, 1,25 Gew.-% ≤ Mn ≤ 1,5 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 0,02 Gew.-%, 0,6 Gew.-% ≤ Si ≤ 0,9 Gew.-% und 0,2 Gew.-% ≤ Al ≤ 0,7 Gew.-% ist 14 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 auf.In a further embodiment of the invention, the soft-magnetic workpiece core of the workpiece according to the invention is based on of the FeCo crystalline alloy has a content of 0 wt% ≤ V ≤ 0.01 wt%, 1.6 wt% ≤ Cr ≤ 2.5 wt%, 1.25 wt% ≤ Mn ≤ 1.5 wt%, 0 wt% ≤ Mo ≤ 0.02 wt%, 0.6 wt% ≤ Si ≤ 0.9 wt%, and 0.2 wt% ≤ Al ≦ 0.7 wt% is 14 wt% ≤ Co ≤ 22.
Eine modifizierte Legierungszusammensetzung des weichmagnetischen Werkstückskerns auf der Basis der kristallinen FeCo-Legierung weist einen Gehalt von 0 Gew.-% ≤ V ≤ 0.01 Gew.-%, 2,3 Gew.-% ≤ Cr ≤ 3,0 Gew.-%, 1,25 Gew.-% ≤ Mn ≤ 1,5 Gew.-%, 0,75 Gew.-% ≤ Mo ≤ 1 Gew.-%, 0,6 Gew.-% ≤ Si ≤ 0,9 Gew.-% und 0,1 Gew.-% ≤ Al ≤ 0,2 Gew.-% 14 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 auf.A modified alloy composition of the soft magnetic workpiece core based on the crystalline FeCo alloy has a content of 0 wt% ≤ V ≤ 0.01 wt%, 2.3 wt% ≤ Cr ≤ 3.0 Wt%, 1.25 wt% ≤ Mn ≤ 1.5 wt%, 0.75 wt% ≤ Mo ≤ 1 Wt .-%, 0.6 wt .-% ≤ Si ≤ 0.9 wt .-% and 0.1 wt .-% ≤ Al ≤ 0.2 Wt .-% 14 wt .-% ≤ Co ≤ 22 on.
Schließlich kann der Werkstückkern auch aus einer Legierung auf der Basis der kristallinen FeCo-Legierung hergestellt werden, mit einem Gehalt von 0,75 Gew.-% ≤ V ≤ 2,75 Gew.-%, 2,3 Gew.-% ≤ Cr ≤ 3,5 Gew.-%, 1,25 Gew.-% ≤ Mn ≤ 1,5 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 0,01 Gew.-%, 0,6 Gew.-% ≤ Si ≤ 0,9 Gew.-% und 0,7 Gew.-% ≤ Al ≤ 1,0 Gew.-% 14 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 aufweist.After all The workpiece core can also be made of an alloy on the Base made of the crystalline FeCo alloy, with a Content of 0.75 wt% ≤ V ≤ 2.75 wt%, 2.3 Wt% ≤ Cr ≤ 3.5 wt%, 1.25 wt% ≤ Mn ≤ 1.5 Wt%, 0 wt% ≤ Mo ≤ 0.01 wt%, 0.6 wt% ≤ Si ≤ 0.9 wt% and 0.7 wt% ≤ Al ≤ 1.0 wt% 14 wt% ≤ Co ≤ 22 having.
Legierungen mit den oben genannten Zusammensetzungen weisen eine spezifischen elektrischen Widerstand von ρ > 0,4 μm oder größer 0,5 μΩm oder größer sogar 0,58 μΩm auf. Mit diesen Werten können Werkstücke realisiert werden, die beim Einsatz als Magnetkern eines Aktorsystems äußerst niedrige Wirbelströme aufweisen. Dies ermöglicht die Verwendung der Legierung in Aktorsystemen mit hochfrequenten Schaltzeiten.alloys with the above compositions have a specific electrical resistance of ρ> 0.4 μm or larger 0.5 μΩm or even 0.58 μΩm on. Workpieces can be realized with these values which are extremely useful when used as a magnetic core of an actuator system have low eddy currents. this makes possible the use of the alloy in actuator systems with high-frequency Switching times.
Der Anteil der Elemente Aluminium und Silizium bei der erfindungsgemäßen Legierung für den Werkstückkern führt zu einer Legierung mit einer Streckgrenze von Rp0,2 > 340 Mpa. Diese höhere Festigkeit der Legierung kann die Betriebsdauer bzw. Lebensdauer der Legierung beim Einsatz als Werkstückkern eines Aktorsystems verlängern. Dies ist vorteilhaft bei der Verwendung der Legierung in hochfrequenten Aktorsystemen, wie Kraftstoffeinspritzventilen in Verbrennungsmotoren.The proportion of the elements aluminum and silicon in the alloy according to the invention for the work piece core leads to an alloy with a yield strength of R p0.2 > 340 Mpa. This higher strength of the alloy can extend the service life of the alloy when used as the workpiece core of an actuator system. This is advantageous in the use of the alloy in high-frequency actuator systems, such as fuel injection valves in internal combustion engines.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der weichmagnetische Werkstückkern gute weichmagnetische Eigenschaften, sowie eine hohe Festigkeit und einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf. Dabei kann der Werkstückkern eine Sättigung von J (400 A/cm) > 2,00 T oder > 2,10 T und/oder eine Koerzitivfeldstärke Hc < 3,5 A/cm oder Hc < 2,0 A/cm und/oder einer maximalen Permeabilität von μmax > 1000 oder μmax > 2000 erreichen.In a further embodiment of the invention, the soft magnetic workpiece core has good soft magnetic properties, as well as a high strength and a high electrical resistivity. In this case, the workpiece core can have a saturation of J (400 A / cm)> 2.00 T or> 2.10 T and / or a coercive force H c <3.5 A / cm or H c <2.0 A / cm and / or reach a maximum permeability of μ max > 1000 or μ max > 2000.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Werkstück einen weichmagnetischen Werkstückkern auf der Basis der kristallinen FeCo-Legierung eine korrosionsfeste FeCoCr-Legierung auf. Der Chromanteil einer derartigen Legierung liegt zwischen 6 und 16%, wobei die Gesamtzusammensetzung des Werkstückkerns im Wesentlichen Eisen und 3% < Co < 20%, 6% < Cr < 16%, 0% ≤ S ≤ 0,5%, 0% ≤ Mo ≤ 3%, 0% ≤ Si ≤ 3,5%, 0% ≤ Al ≤ 4,5%, 0% ≤ Mn ≤ 4,5%, 0% ≤ Me ≤ 6%, wobei Me eines oder mehrere der Elemente Sn, Zn, W, Ta, Nb, Zr und Ti, 0% ≤ V ≤ 4,5%, 0% Ni ≤ 5%, 0% ≤ C < 0,05%, 0 % ≤ Cu < 1%, 0% ≤ P < 0,1%, 0% ≤ N < 0,5%, 0% ≤ 0 < 0,05%, 0% < B < 0,01% aufweist. In dieser Legierung ist ein bevorzugter Kobaltgehalt mit weichmagnetischem Werkstückkern zwischen 6% < Co < 15% von Vorteil, wobei gleichzeitig der relativ hohe Chromgehalt zwischen 6% < Cr < 16% eine deutliche Verbesserung in der Korrosionsfestigkeit liefert. Der relativ hohe Anteil an Cr und Mn ermöglicht eine starke Widerstandserhöhung bei einer geringfügigen Sättigungsabsenkung.In a preferred embodiment of the invention, the Workpiece a soft magnetic workpiece core based on the crystalline FeCo alloy a corrosion resistant FeCoCr alloy on. The chromium content of such an alloy is between 6 and 16%, with the total composition of the workpiece core essentially iron and 3% <Co <20%, 6% <Cr <16%, 0% ≤ S ≤ 0.5%, 0% ≦ Mo ≦ 3%, 0% ≦ Si ≦ 3.5%, 0% ≦ Al ≦ 4.5%, 0% ≦ Mn ≦ 4.5%, 0% ≤ Me ≤ 6%, where Me is one or more of the Elements Sn, Zn, W, Ta, Nb, Zr and Ti, 0% ≤ V ≤ 4.5%, 0% Ni ≦ 5%, 0% ≦ C <0.05%, 0% ≦ Cu <1%, 0% ≦ P <0.1%, 0% ≦ N <0.5%, 0% ≦ 0 < 0.05%, 0% <B <0.01%. In this alloy, a preferred cobalt content is soft magnetic Workpiece core between 6% <Co <15% advantageous, while the relatively high chromium content between 6% <Cr <16% a significant improvement in the corrosion resistance supplies. The relatively high proportion of Cr and Mn allow a strong increase in resistance at a slight saturation decrease.
Neben Cr und Mn ist ein geringer Molybdängehalt günstig, da sich dieser Gehalt von Molybdän durch ein gutes Verhältnis von Widerstandszuwachs zu Sättigungsabnahme auszeichnet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist deshalb der Anteil an Molybdän in dem weichmagnetischen Werkstückkern 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 1 Gew.-% oder 1 Gew.-% ≤ Mo ≤ 2 Gew.-%. Darüber hinaus kann die Legierung einen gewissen Gehalt von Mangan, sowie Schwefel aufweisen. Diese zwei Elemente führen zu einer verbesserten Spanbarkeit der Legierung. Die Legierung weist dabei vorzugsweise in dem weichmagnetischen Werkstückkern 0,01% ≤ Mn ≤ 1% und 0,005% ≤ S ≤ 0,5% auf.Next Cr and Mn are low in molybdenum content, because this content of molybdenum by a good ratio characterized by resistance increase to saturation decrease. In one embodiment of the invention is therefore the Proportion of molybdenum in the soft-magnetic workpiece core 0 wt% ≤ Mo ≤ 1 wt% or 1 wt% ≤ Mo ≤ 2 wt%. In addition, the alloy can have a certain content of manganese, as well as sulfur. These two elements lead to an improved machinability of the alloy. The alloy exhibits preferably in the soft-magnetic workpiece core 0.01% ≤ Mn ≤ 1% and 0.005% ≤ S ≤ 0.5% on.
Schwefel ist in Eisen fast unlöslich. Eisensulfid bildet jedoch ein niedrigschmelzendes Eutektikum bei einer Temperatur von 1188°C, das sich an den Korngrenzen anlagert und beim Warmwalzen bei 800°C bis 1000°C zur Rotbrüchigkeit führen kann. Bei zusätzlicher Zugabe von Mangan ab einem Verhältnis von Mn/S > 1,7, welches einem Verhältnis 1:1 in Atomprozent entspricht, wird der gesamte Schwefel zu einem bei 1600°C schmelzenden MnS gebunden. MnS hat einen deutlich höheren Schmelzpunkt als FeS und wird nach dem Walzen langgestreckt und zeilig. Mangansulfide haben eine schmierende Wirkung auf einen Schneidkeil und bilden Störstellen im Stahl, die zu kürzeren Spänen führen können. Da die Spanbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung verbessert ist, wird angenommen, dass bei dieser Legierung MnS-Ausscheidungen gebildet werden, die somit eine ähnliche Funktion haben, wie bei entsprechenden MnS-Störstellen im Stahl.sulfur is almost insoluble in iron. Iron sulfide, however, forms a low-melting eutectic at a temperature of 1188 ° C, which accumulates at the grain boundaries and during hot rolling at 800 ° C. lead to red brittleness up to 1000 ° C can. With additional addition of manganese from a ratio of Mn / S> 1.7, which a ratio of 1: 1 in atomic percent, the all sulfur bound to a melting at 1600 ° C MnS. MnS has a much higher melting point than FeS and becomes elongated after rolling and row. Manganese sulfides have a lubricating effect on a cutting wedge and form impurities in the Steel, which leads to shorter chips can. Since the Spanbarkeit the inventive Alloy is improved, it is believed that in this alloy MnS precipitates are formed, which thus have a similar Function, as with corresponding MnS impurities in steel.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Werkstückkern des Werkstücks Chrom und Molybdän aufweist mit 11% ≤ Cr + Mo ≤ 19%. Darüber hinaus ist es vorgesehen, mit einer Legierung im Werkstückkern zu arbeiten, bei der die Summe aus Si + 1,3 Al + 1,3 Mn + 1,7 Sn + 1,7 Zn + 1,3 V ≤ 3,5% ist. Damit kann erreicht werden, dass eine Sättigungsmagnetisierung J des Werkstückkerns bei einem magnetischen Feld H von 160 A/cm größer als 1,6 T ist. Bei geringfügiger Änderung des Chromanteils kann bei einer magnetischen Feldstärke H 160 A/cm auch eine Sättigungsmagnetisierung J größer als 1,7 T erreicht werden. Bei entsprechend höherer magnetischer Feldstärke H von 600 A/cm kann eine Sättigungspolarisierung J von mehr als 1,75 T oder auch 1,8 T erreicht werden.Furthermore, it is provided that the workpiece core of the workpiece comprises chromium and molybdenum with 11% ≦ Cr + Mo ≦ 19%. In addition, it is intended to work with an alloy in the workpiece core, in which the sum of Si + 1.3 Al + 1.3 Mn + 1.7 Sn + 1.7 Zn + 1.3 V ≤ 3.5%. It can thus be achieved that a saturation magnetization J of the workpiece core at a magnetic field H of 160 A / cm is greater than 1.6 T. If the chromium content changes slightly, a saturation magnetization J greater than 1.7 T can be achieved at a magnetic field strength H 160 A / cm. With a correspondingly higher magnetic field strength H of 600 A / cm, a saturation polarization J of more than 1.75 T or even 1.8 T can be achieved.
Das Werkstück aus Werkstückkern und Oberflächenbereichen mit einer Verschleißschutzschicht kann in einer Kraftstoffeinspritzanlage angeordnet und zur Verwendung in einem Benzinmotor, einem Dieselmotor, vorzugsweise in einem Kraftstoffdirekteinspritzventil, angeordnet sein. Ganz allgemein kann das Werkstück mit der Verschleißschutzschicht in Oberflächenbereichen eines weichmagnetischen Kerns für einen elektromagnetischen Aktor eingesetzt werden, insbesondere für einen Anker eines elektromagnetisch betätigten Ventils. Auch ist es möglich, ein derartiges erfindungsgemäßes Werkstück als Rückschlussteil eines Magnetventils vorzusehen.The Workpiece made of workpiece core and surface areas with a wear-resistant coating can in a fuel injection system arranged and for use in a gasoline engine, a diesel engine, preferably in a direct fuel injection valve be. In general, the workpiece with the wear protection layer in surface areas of a soft magnetic core for an electromagnetic actuator are used, in particular for an armature of an electromagnetically actuated Valve. It is also possible, such an inventive Workpiece as a return part of a solenoid valve provided.
Dabei kann das Werkstück zur Verwendung in einer Umgebung geeignet sein, die ein Gemisch aus Kraftstoff und Alkohol aufweist, wobei der Kraftstoff Benzin oder Diesel ist und der Alkohol aus der Gruppe Methanol, Ethanol und einem Gemisch aus Methanol und Ethanol ausgewählt ist. Dabei wird vorzugsweise ein Gemisch aus 85% Benzin und 15% Alkohol oder ein Gemisch 80% Benzin und 20% Alkohol eingesetzt.there The workpiece can be suitable for use in an environment be, which has a mixture of fuel and alcohol, wherein the fuel is gasoline or diesel and the alcohol is from the group Methanol, ethanol and a mixture of methanol and ethanol is. In this case, preferably, a mixture of 85% gasoline and 15% Alcohol or a mixture used 80% gasoline and 20% alcohol.
Bei
einem Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus einer
kristallinen Kobalt-Eisen-Legierung, wird zunächst durch
Schmelzen und Warmverformen ein Werkstückkern aus einer
weichmagnetischen Legierung hergestellt, die im Wesentlichen Eisen
und 10 Gew.-% ≤ Co ≤ 22 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ V ≤ 4
Gew.-%, 1,5 Gew.-% ≤ Cr ≤ 5 Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mn ≤ 2
Gew.-%, 0 Gew.-% ≤ Mo ≤ 1 Gew.-%, 0,5 Gew.-% ≤ Si ≤ 1,5
Gew.-%, 0,1 Gew.-% ≤ Al ≤ 1,0 Gew.-%, ≤ Si ≤ 1,5
Gew.-%, 0,1 Gew.-% ≤ Al ≤ 1,0 Gew.-%, aufweist.
Nach oder während einer Schlussglühung wird auf
einen Oberflächenbereich des Werkstückkerns eine
Verschleißschutzschicht (
Eine derartige Schlussglühung wird vorzugsweise bei einer Temperatur T zwischen 700°C ≤ T ≤ 1100°C durchgeführt. Ein bevorzugter Temperaturbereich T liegt dabei zwischen 750°C ≤ T ≤ 850°C. Die Schlussglühung wird derart durchgeführt, dass das Material des Werkstückkerns nach der Schlussglühung Verformungsparameter im Zugversuch von einer Bruchdehnung von AL > 2%, vorzugsweise AL > 20% aufweist.Such a final annealing is preferably carried out at a temperature T between 700 ° C ≤ T ≤ 1100 ° C. A preferred temperature range T is between 750 ° C ≤ T ≤ 850 ° C. The final annealing is carried out such that the material of the workpiece core after the final annealing has deformation parameters in the tensile test of an elongation at break of A L > 2%, preferably A L > 20%.
Die Schlussglühung selbst wird vorzugsweise unter Inertgas, wie Stickstoff, oder unter Wasserstoff oder auch unter Vakuum durchgeführt, während für die Herstellung der Schutzschicht eine Gasabscheidung mit Stickstoffverbindungen oder mit Kohlenstoffverbindungen und/oder ein Aufdampfen von nickel- oder chromhaltigen Legierungen durchgeführt wird. Ferner ist es möglich, die Verschleißschutzschicht mittels Plasmanitrieren, Gasnitrieren oder Nitrocarburieren durchzuführen. Wie oben bereits erwähnt, können auch Verschleißschutzschichten mittels chemischer oder galvanischer Abscheidung, insbesondere von Nickel- oder Chrom nach der Schlussglühung aufgebracht werden. Für besondere Anwendungen kann das Material des weichmagnetischen Werkstückkerns vor der Schlussglühung auch kaltverformt werden.The Final annealing itself is preferably under inert gas, such as nitrogen, or under hydrogen or under vacuum, while for the production of the protective layer a gas separation with nitrogen compounds or with carbon compounds and / or vapor deposition of alloys containing nickel or chromium is carried out. Furthermore, it is possible to Wear protection layer by means of plasma nitriding, gas nitriding or nitrocarburizing. As mentioned above, can also wear protection layers by means of chemical or galvanic deposition, in particular of nickel or chrome after the final annealing. For special applications, the material of the soft magnetic Workpiece core before the final annealing also cold formed become.
Die Erfindung wird nun anhand eines Flussdiagramms und anhand einer Skizze eines entsprechenden Werkstücks näher erläutert.The The invention will now be described with reference to a flow chart and with reference to a Sketch of a corresponding workpiece explained in more detail.
Die
besonders verschleißbeaufschlagten Oberflächenbereiche
Dazu
wird der weichmagnetische Werkstoff
In
weiteren Ausführungsformen wird die Kraftstoffeinspritzanordnung
Dem
Schmelzvorgang folgt je nach herzustellendem Werkstückkern
eine unterschiedliche Reihe von Verfahrensschritten. Falls zunächst
als Halbzeug Bänder hergestellt werden sollen, aus denen später
die Werkstücke zu stanzen sind, wird der aus dem Schmelzvorgang
hervorgegangene Gussblock durch ein Vorblocken in einer Bramme,
wie es der Verfahrensblock
Nach
dem Vorblocken wird durch Schleifen, der auf der Oberfläche
der Bramme ausgebildete Zunder durch den Fertigungsblock
Das
Band wird anschließend durch Kaltwalzen bei dem Fertigungsblock
Ähnlich
verläuft der Herstellungsvorgang, wenn Drehteile, beispielsweise
Anker eines Magnetventils, hergestellt werden. Auch hier werden
nach dem Schmelzen
Danach
erfolgt ein Warmwalzen des Knüppels zu einem Draht oder
zu Stangen mit dem Herstellungsblock
Die Schlussglühung kann in einem Temperaturbereich von 700°C bis 1200°C durchgeführt werden. In einer bevorzugten Durchführungsform wird die Schlussglühung im Temperaturbereich von 750°C bis 850°C durchgeführt. Die Schlussglühung kann unter Inertgas, Wasserstoff oder Vakuum durchgeführt werden, oder es kann gleichzeitig in einer Abscheideatmosphäre für eine Verschleißschutzschicht das Herstellen einer Verschleißschutzschicht auf nicht abgedeckten Oberflächenbereichen, die hochbelastet sind mit dem Schlussglühen in vorteilhafter Wei se verbunden werden. Auch ist es möglich vor der Schlussglühung während der Werkstückfertigung das Werkstück durch eine Kaltverformung zu profilieren.The Final annealing can be done in a temperature range of 700 ° C be carried out to 1200 ° C. In a preferred Implementation is the final annealing in the temperature range from 750 ° C to 850 ° C performed. The Final annealing can be carried out under inert gas, hydrogen or vacuum be carried out, or it can be done simultaneously in one Abscheideatmosphäre for a wear protection layer the Make a wear protection layer on uncovered Surface areas that are heavily loaded with the final annealing be connected in an advantageous Wei se. It is also possible before final annealing during workpiece production To profile workpiece by a cold deformation.
- 11
- Oberflächenbereichsurface area
- 22
- Oberflächenbereichsurface area
- 33
- Oberflächenbereichsurface area
- 44
- VerschleißschutzschichtWear protection layer
- 55
- WerkstückkernWorkpiece core
- 77
- weichmagnetischer Werkstoffsoft magnetic material
- 88th
- KraftstoffeinspritzanordnungFuel injection arrangement
- 99
- Ankeranchor
- 1010
- Werkstückworkpiece
- 1111
- RückschlussteilReturn part
- 1212
- Ventilspitzevalve tip
- 1313
- Mantelflächelateral surface
- 1414
- Stirnflächeface
- 1515
- Stirnflächeface
- 2121
- Schmelzungmerger
- 2222
- Brammenbildungslabs Education
- 2323
- Schleifengrind
- 2424
- Band-WarmwalzenStrip hot rolling
- 2525
- Schleifen und/oder Beizengrind and / or pickling
- 2626
- Kaltwalzencold rolling
- 2727
- WerkstückfertigungWorkpiece production
- 2828
- Schlussglühenfinal annealing
- 2929
- Beschichtencoating
- 3030
- Knüppelbildungstick Education
- 3131
- Schleifengrind
- 3232
- Warmwalzen von Stangen oder Drahthot rolling of rods or wire
- 3333
- Richten und Schälenjudge and peeling
- 3434
- WerkstückfertigungWorkpiece production
- 3535
- Schlussglühungfinal annealing
- 3636
- Beschichtungcoating
- 121121
- Magnetkernmagnetic core
- 122122
- SpuleKitchen sink
- 123123
- Stromquellepower source
- 124124
- erste Position des Magnetkernsfirst Position of the magnetic core
- 125125
- zweite Position des Magnetkernssecond Position of the magnetic core
- 126126
- Medienstrommedia stream
- 127127
- Medienkanalmedia channel
- 128128
- Ventilsitzvalve seat
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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