DE102012023394A1

DE102012023394A1 - Eisenbasierte Legierung, daraus hergestelltes Halbzeug oder Bauteil mit magnetischem Trennbereich, und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102012023394A1
Application number: DE201210023394
Authority: DE
Inventors: Max Seitter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Offenbart sind eine eisenbasierte Legierung umfassend: ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (12; 22; 30; 56) aus dieser Legierung mit wenigstens drei Bereichen (14, 16, 18; 24, 26, 28), von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften haben und ein paramagnetischer Teilbereich (16; 26) einen ferromagnetischen Bereich (14; 24) begrenzt, und Verwendungen dieser Legierung.

Description

Die Erfindung betrifft eine eisenbasierte Legierung, ein aus dieser Legierung hergestelltes Halbzeug oder Bauteil mit einem magnetischen Trennbereich sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbzeugs oder Bauteils.
In Magnetkreisen wie in Einspritzventilen zum elektrisch schaltbaren Einspritzen von Kraftstoffen in Brennstoffmotoren beispielsweise ebenso wie in Polrohren zum Betreiben elektrisch betätigbarer Fluidventile bzw. für elektrisch schaltbare Hubmagnete, werden je nach Konstruktion hohlzylindrische, metallische Hülsen eingesetzt, die aneinandergrenzende Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, etwa zwei magnetisierbare, z. B. ferromagnetische Hülsen- bzw. Rohrabschnitte und einen dazwischen angeordneten, nicht magnetisierbaren, rohr- bzw. hülsenförmigen, z. B. paramagnetischen Trennabschnitt. Derartige Hülsen können hergestellt werden, indem der Trennabschnitt mit einem Ende eines ersten magnetisierbaren Hülsenabschnitts, z. B. durch Schweißen, verbunden wird, und an dem resultierenden freien Ende des Trennabschnitts ein Ende eines zweiten Hülsenabschnitts, z. B. ebenfalls durch Schweißen, verbunden wird. Häufig stellen die Schweißnähte Schwachstellen dar, an denen Brüche der zusammengefügten unterschiedlichen Werkstoffmaterialien und daraus resultierende Undichtigkeiten bezüglich innerhalb der Hülse geführter, z. B. unter Druck stehender Fluide auftreten können. Aus fertigungstechnischen und Qualitätsgründen werden werkstoffimmanente Lösungen angestrebt, die das Verbinden bzw. Fügen von metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften vermeiden. Für werkstoffimmanente Lösungen zum Ausbilden von magnetischen Trennabschnitten im ebenen, drahtförmigen oder rohrförmigen Halbzeug oder Werkstück sind folgende Ansätze bekannt.

(i) Martinsitische, nicht-rostende Stähle mit einem hohen Gehalt an interstitiell gelösten Elementen (Kohlenstoff, Stickstoff), wie X90CrMoV18 (bekannt unter der Werkstoffbezeichnung 1.4112) oder X30CrMoN15-1 (1.4108) sind im üblichen Werkstoffzustand (vergütet oder weichgeglüht) ferromagnetisch. Diese können durch kurzzeitige Austenitisierung bei sehr hohen Temperaturen und anschließendem Abschrecken, lokal paramagnetisch werden, siehe z. B. die Dissertation von Stefan Oetinger „Einstellen lokaler magnetischer Eigenschaften mittels induktiver Kurzzeit-Austenitisierung an nicht-rostenden Stählen", 2008, Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung und Lehrstuhl für Funktionsmaterialien. DE 10 2006 055 010 A1 beschreibt eine Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Magnetkreisbauteils. So behandelte Werkstoffe zeigen spezifische, deren technische Anwendbarkeit begrenzende Nachteile, wie z. B. schlechte Schweißbarkeit, verringerte Schwingfestigkeit durch grobe Carbide, große Härteunterschiede im Bereich der magnetischen Trennung.
(ii) Ferromagnetische Nickelmartensite, wie X17CrNi16-2 (1.4057) oder X4CrNiMol6-5-1 (1.4418) können durch Einbringen von Stickstoff bei über 1000°C (sogenanntes Solution Nitriding) eine paramagnetische, austenitische Randschicht erhalten, wie in DE 43 33 917 C2 beschrieben. Durch selektive Zerspanung, die bewirkt, dass entweder ferro- oder paramagnetische Bereiche übrig bleiben, kann dann eine magnetische Trennung erzielt werden. DE 10 2005 039 554 A1 beschreibt die Herstellung eines Ventilgehäuses für ein elektrisch betätigbares Ventil nach diesem Verfahren. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist z. B. das Erfordernis aufwändiger Zerspanungsoperationen.
(iii) Bei metastabilen, austenitischen Stählen, wie X10CrNi18-8 (1.4310) oder X7CrNiAl17-7 (1.4568) kann durch intensive Kaltumformung ein ferromagnetischer Umform-Martensit erzeugt werden, der durch Glühen wieder in paramagnetischen Austenit umgewandelt werden kann. In Anwendung dieses Verfahrens beschreibt DE 10 2008 040 550 A1 die Herstellung eines metallischen Verbundgehäuses, z. B. eines elektromagnetischen Ventils. Nachteile dieses Verfahrens sind eine relativ geringe Sättigungsinduktion des Umform-Martensits, dass die erforderliche Kaltumformung nur für begrenzte Materialabmessungen realisiert werden kann und dass das austenitische Gefüge eine nur geringe Schwingfestigkeit hat.

Abzielend auf eine Verringerung bzw. Vermeidung dieser Nachteile bzw. Verbesserung der technischen Anwendbarkeit, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff mit verbesserten Materialeigenschaften, der die Ausbildung eines (para)-magnetischen Trennbereichs werkstoffimmanent ermöglicht, und auf ein Verfahren zum Erzeugen einer (para)-magnetischen Trennschicht in einem derartigen Werkstoff bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine eisenbasierte Legierung bzw. ein Stahl als neuer Werkstoff vorgeschlagen, die/der folgendes umfasst: ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer. Der Begriff „eisenbasiert” bedeutet hierin, dass der Anteil an Eisen in der Legierung signifikant oberhalb von 50 Gew.-%, bevorzugt mehr als 60 Gew.-% beträgt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Halbzeugs oder eines Werkstücks, vorgeschlagen, wobei das Bauteil wenigstens drei Bereiche umfasst, von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer eisenbasierten Legierung umfassend ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer als austenitisches Ausgangsmaterial,
b) Umformen des im Schritt a) bereitgestellten Ausgangsmaterials in eine vorbestimmte Form eines Bauteils,
c) ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C des im Schritt b) geformten Bauteils zum Ausbilden eines ferromagnetischen Gefüges in dem Bauteil, und
d) in einem Teilbereich des in Schritt c) geglühten Bauteils, Glühen im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C zum Ausbilden eines paramagnetischen Gefüges in diesem Teilbereich.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils vorgeschlagen, wobei das Bauteil wenigstens drei Bereiche umfasst, von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer eisenbasierten Legierung umfassend ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer als austenitisches Ausgangsmaterial,
b) Umformen des im Schritt a) bereitgestellten Ausgangsmaterials in ein Halbzeug,
c) ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C des im Schritt b) geformten Halbzeugs zum Ausbilden eines ferromagnetischen Gefüges in dem Halbzeug,
d) Herstellen des Bauteils durch Anwenden eines Formgebungsverfahrens auf das Halbzeug,
e) in einem Teilbereich des in Schritt d) hergestellten Bauteils, Glühen im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C zum Ausbilden eines paramagnetischen Gefüges in diesem Teilbereich.

Der neue Werkstoff kann in der vorgeschlagenen Zusammensetzung nach üblichen schmelzmetallurgischen Verfahren hergestellt werden. Während die chemischen Elemente Nickel, Kobalt, Mangan, Kohlenstoff und Stickstoff in der Metallurgie bekannte sogenannte Austenitbildner sind, vgl. den Artikel in Wikipedia zum Begriff „Austenit”, wie ausgedruckt am 12. November 2012, ist Kupfer bisher nicht als Austenitbildner bekannt. Ein wie vorgeschlagen mit Kohlenstoff, Mangan und Kupfer erzeugter Stahlwerkstoff hat einen geringeren Gehalt an Kohlenstoff und Stickstoff als der nach dem Ansatz (i) bekannte, verbreitete Werkstoff 1.4112, was die Schweißbarkeit des neuen Werkstoffs verbessert. Das Erzeugen des magnetischen Trennbereichs gemäß Schritt d) erfordert keine Änderung der chemischen Zusammensetzung, wie etwa das Solution Nitriding aus dem Ansatz (ii). Anders als beim Ansatz (iii) zeigt der vorgeschlagene Werkstoff in dem Grundmaterial aus Schritt c) und in dem zum Ausbilden des magnetischen Trennbereichs gemäß Schritt d) heißgeglühten Material eine vergleichbare Härte bzw. Festigkeit. Schließlich wird der Trennbereich werkstoffimmanent, d. h. ohne Schweißen oder eine andere Fügetechnik ausgebildet, was Schweiß- bzw. Fügenähte und daraus resultierende Bruch- bzw. Leckagestellen vermeidet.
Der Anteil an Kohlenstoff in der Legierung kann von 0,55 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% betragen. Der Kohlenstoff hat in der vorgeschlagenen Legierung eine Doppelfunktion. Zum einen erhöht der in der Stahlmatrix gelöste Kohlenstoff die Austenitbildung, zum anderen zeigt sich bei der Herstellung der Legierung nach üblichen schmelzmetallurgischen Verfahren beim Abkühlen eine Ausscheidung von Mangancarbid, die den Mangan-Gehalt in der umgebenden Matrix verringert, was wiederum die Ausbildung eines Ferritgefüges bevorzugt.
Der Anteil an Mangan in der Legierung kann von 10 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 12 Gew.-% bis 13 Gew.-% betragen. Der Mangan-Anteil ist so gewählt, dass einerseits durch gelöstes Mangan in der Stahlmatrix eine ausreichende Austenitstabilisierung auch bei Raumtemperatur erzielt wird, während andererseits bei zu hohem Mangan-Anteil die Ferritbildung durch Glühen im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C nur noch unvollständig möglich ist.
Der Anteil an Kupfer in der Legierung kann von 2 Gew.-% bis 4 Gew.-%, vorzugsweise von 2,5 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% betragen. Das Kupfer hat in der vorgeschlagenen Legierung ebenfalls eine Doppelfunktion. Zum einen bewirkt das in der Stahlmatrix gelöste Kupfer eine Austenitstabilisierung, zum anderen wird beim Glühen im Temperaturbereich von ca. 350°C bis ca. 550°C gemäß Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens Kupfer in Form sehr feiner metallischer Teilchen ausgeschieden, was die Festigkeit der Legierung, insbesondere die Härte des Ferrits, steigert.
Die Legierung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann ein oder mehr der folgenden stahltypische Begleitelemente enthalten: bis zu 0,05 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,3 Gew.-% Nickel, bis zu 0,1 Gew.-% Molybdän, bis zu 0,3 Gew.-% Kobalt und/oder bis zu 0,3 Gew.-% Chrom. Bei diesen geringen Anteilen der genannten Begleitelemente bleiben die mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff erzielten Vorteile erhalten. Darüber hinaus können weitere Elemente in stahltypischen Konzentrationen enthalten sein.
Die Legierung kann zu einem im Wesentlichen linearen Halbzeug, zu einem im Wesentlichen ebenen Halbzeug oder zu einem im Wesentlichen rohr- bzw. hülsenförmigen Halbzeug umgeformt werden. Dabei kann das Halbzeug auch ein Bauteil sein. Das Umformen kann beispielsweise durch Walzen, Ziehen, Tiefziehen und/oder Biegen erfolgen. Diese Ausgestaltungen ermöglichen vielfältige technische Verwendungsmöglichkeiten des neuen Werkstoffs.
In dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann das im Schritt b) hergestellte Halbzeug ein Stab, ein Rohr oder ein Band sein. Ferner kann das im Schritt d) angewendete Formgebungsverfahren beispielsweise ein Zerspanen und/oder ein Umformen umfassen.
In den Verfahren gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung kann im Schritt b) das Umformen durch stahltypische Verfahren, wie etwa Warmwalzen, Kaltwalzen und/oder Ziehen, ausgeführt werden.
Ferner kann in den Verfahren gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung im Schritt des Glühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C das Glühen in einem vorbestimmten Teilbereich durch lokalisierte Wärmeeinbringung erfolgen. Dabei kann die Wärmeenergie lokalisiert in den Teilbereich beispielsweise mit einer der folgenden Techniken eingebracht werden: (i) induktiv durch Einstrahlen eines zeitlich veränderlichen Magnetfelds in den Teilbereich, (ii) elektrisch durch Beaufschlagen einer ausreichend hohen Stromdichte in dem Teilbereich, (iii) Laser-optisch durch Einstrahlen eines Laserstrahls mit ausreichend hoher Strahlintensität in dem Teilbereich. Diese Verfahrensausbildungen ermöglichen, die Geometrie (Form und Abmessungen) des die magnetische Trennung bewirkenden Teilbereichs, in vielfältiger Weise anwendungsspezifisch zu gestalten.
Ferner kann nach dem Ausführen des Schritts des Glühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C das Bauteil mit einem Gas, wie etwa Luft, oder einer mit Flüssigkeit, wie etwa Wasser, angeströmt oder in einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, eingetaucht werden. Das Anströmen oder Eintauchen bewirkt ein rasches Abkühlen („Abschrecken”) des Bauteils, einschließlich des im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C heißgeglühten Teilbereichs, und damit eine Stabilisierung der paramagnetischen Materialeigenschaft in dem Teilbereich.
Die eisenbasierte Legierung gemäß dem ersten Aspekt bzw. die Verfahren gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung können zum Herstellen eines Bauteils mit einem ferromagnetischen Bereich und einem an diesen ferromagnetischen Bereich angrenzenden, paramagnetischen Teilbereich verwendet werden. Insbesondere kann ein Bauteil hergestellt werden, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die folgendes umfasst: ein im Wesentlichen lineares, z. B. stabförmiges Halbzeug bzw. Bauteil, ein im Wesentlichen ebenes, z. B. blechförmiges Halbzeug bzw. Bauteil, ein im Wesentlichen rohr- bzw. hülsenförmiges Halbzeug bzw. Bauteil, ein elektrisch schaltbares Einspritzventil für einen nicht korrosiven Kraftstoff, ein Polrohr, wie etwa zum Betätigen eines steuerbaren Ventils, z. B. ein Proportionalventil, ein Wegstreckengeber für einen linearen Wegsensor und ein magnetisches Zahnrad wie etwa für einen Winkel- oder Drehratensensor.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Verfahrensschritts zum Erzeugen eines linienförmigen paramagnetischen Trennbereichs in einem eben geformten Bauteil,
2 eine Darstellung eines Verfahrensschritts zum Erzeugen eines ringförmigen paramagnetischen Trennbereichs in einem rohrförmigen Bauteil,
3 einen Längsschnitt eines rohrförmigen Bauteils mit einem ringförmigen paramagnetischen Trennbereich,
4 einen Längsschnitt durch ein Polrohr, das aus einem in 3 gezeigten Bauteil hergestellt ist, und
5 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein Kraftstoff-Einspritzventil, das aus einem in 3 gezeigten Bauteil hergestellt ist.
In den 1 und 2 wurde vor dem Ausführen der gezeigten Verfahrensschritte eine eisenbasierte Legierung als Ausgangsmaterial mit einem Gehalt an Kohlenstoff von 0,4 Gew.-% bis 0,7 Gew.-%, einem Gehalt an Mangan von 10 Gew.-% bis 18 Gew.-% und einem Gehalt an Kupfer von 2 Gew.-% bis 5 Gew.-%, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, unter Anwendung eines schmelzmetallurgischen Verfahrens bereitgestellt, als eben, d. h. plan, geformtes Halbzeug 2 (vgl. 1) oder als rohrförmig geformtes Halbzeug 4 (vgl. 2), z. B. durch Walzen, geformt, und mehrfach im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C geglüht, um in dem Ausgangsmaterial ein ferromagnetisches Gefüge auszubilden. Wie in den 1 und 2 gezeigt, wird dann mittels einer Lasereinrichtung 6 ein Laserstrahl 8 auf die Oberfläche des Halbzeugs 2, 4 eingestrahlt mit einer Strahlintensität, die ausreicht, um das Ausgangsmaterial im Fokuspunkt des Laserstrahls 8 auf eine Temperatur im Bereich von 1000°C bis 1200°C zu erwärmen, und das Halbzeug 2, 4 in Bezug zu dem Laserstrahl 8 bewegt (in 1 verschoben, in 2 gedreht, vgl. die in 1 und 2 gezeigten Pfeile). Dabei beschreibt der Fokuspunkt des Laserstrahls 8 auf der Oberfläche des Materials einen linienförmigen Teilbereich 10, in dem kurzzeitig eine Temperatur im Bereich von 1000°C bis 1200°C erzielt und das Material lokal lösungsgeglüht wird. Dadurch wird in dem Teilbereich 10 die ferromagnetische Eigenschaft des Materials gelöscht und stattdessen ein paramagnetisches Gefüge ausgebildet.
Als Endprodukt des in 2 gezeigten Verfahrensschritts des lokalen Heißglühens des Materials durch Einstrahlen eines von einer Lasereinrichtung 6 erzeugten Laserstrahls 8 in einem Teilbereich 10 des rohrförmigen Halbzeugs 4 bei gleichzeitigem Drehen des Halbzeugs 4 erhält man ein rohrförmiges Bauteil 22 mit einem ersten und zweiten Rohrabschnitt 24, 28, in denen die erfindungsgemäße Legierung infolge des mehrfachen Glühens im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C in einem ferromagnetischen Zustand ist. Zwischen dem ersten und zweiten ferromagnetischen Rohrabschnitt 24, 28 ist infolge des lokalen Heißglühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C (wie in 2 gezeigt) ein ringförmiger Trennabschnitt 26 ausgebildet, in dem das Material paramagnetisch ist. Das in 3 gezeigte rohrförmige Bauteil 22 mit magnetischem Trennabschnitt 26 kann zum Herstellen eines Polrohrs 30 (siehe 4) oder eines elektromagnetisch schaltbaren Einspritzventils 56 (siehe 5) verwendet werden.
Bei dem in 4 im Längsschnitt gezeigten Polrohr 30 wurde in einem Bauteil mit einer in 3 gezeigten Struktur, in der ein paramagnetischer Trennabschnitt 38 zwei ferromagnetische rohrförmige Abschnitte trennt, in 4 von der linken Seite eine Bohrung 44 eingebracht, um einen Ankerraum 42 auszubilden, der sich durch ein durch die Bohrung 44 aufgebohrtes Rohrstück 40 und den Trennabschnitt 38 bis in den Abschnitt eines Polstücks 32 erstreckt und in dem ein von zwei Längsbohrungen (nicht bezeichnet) durchsetzter Anker 46 axial beweglich aufgenommen ist. An dem Polstück 32 ist endseitig (in 4 rechts) ein Außengewinde 36, mit dem das Polstück 30 in eine Ventilbohrung eines Ventilgehäuses (nicht gezeigt) eingeschraubt werden kann, ausgebildet. Durch das Polstück 32 hindurch ist eine dieses axial durchsetzende Durchgangsbohrung 34 ausgebildet, durch die hindurch sich ein mit dem Anker 46 verbundener Stößel 48 zum Betätigen des in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventils (nicht gezeigt) erstreckt. An der in 4 linken Endseite des Rohrstücks 40 ist eine eine Hubbewegung des Ankers 46 begrenzende Hubbegrenzung 50 eingeschraubt. In einer Längsbohrung der Hubbegrenzung 50 ist ein Handnotbolzen 52, der für eine etwaige Notbetätigung des Ventils vorgesehen ist, mittels eines O-Rings 54 abgedichtet aufgenommen.
Bei dem in 5 ausschnittweise im Längsschnitt durch eine Längsachse 58 gezeigten Einspritzventil 56 für einen nicht korrosiven Brennstoff, wie etwa Benzin oder Diesel, ist an einem rohrförmigen Bauteil 22 mit der in 3 gezeigten Struktur eine Magnetspule 60 vorgesehen, die um einen (in 5 links gezeigten) Endbereich des ferromagnetischen ersten Rohrabschnitts 24 und den paramagnetischen Trennabschnitt 26 umlaufend angeordnet ist, und von einem aus einem Magnetkopf 62 und einem Deckelelement 64 ausgebildeten Gehäuse umgeben ist. Das Deckelelement 64 ist, von dem ersten Rohrabschnitt 24 aus gesehen, axial jenseits des Trennabschnitts 26 im Bereich des zweiten Rohrabschnitts 28 angeordnet. In dem zylinderförmigen Innenraum des Bauteils 22 ist ein Kern 66 der Magnetspule 60, der sich axial vom Endbereich des ferromagnetischen ersten Rohrabschnitts 24 etwa axial mittig bis in den Trennabschnitt 26 erstreckt, lagefixiert angeordnet. An der zum zweiten Rohrabschnitt 28 weisenden (in 5 linken) Seite des Kerns 66 ist ein axial beweglich angeordneter, durch einen Arbeitsluftspalt 72 axial von dem Kern 66 beabstandeter Anker 68 vorgesehen, der bei einem Bestromen der Magnetspule 60 durch das im ersten Rohrabschnitt 24 und im Kern 66 geführte Magnetfeld in Richtung des Kerns 66 angezogen wird und eine Ventilöffnung (nicht bezeichnet) des Einspritzventil 56 verschließt. Nach Abschalten der Bestromung der Magnetspule 60 kann der Anker 68 sich von dem Kern 66 weg bewegen und die Ventilöffnung freigeben.
Offenbart sind eine eisenbasierte Legierung umfassend: ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus dieser Legierung mit wenigstens drei Bereichen, von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften haben und ein paramagnetischer Teilbereich einen ferromagnetischen Bereich begrenzt, und Verwendungen dieser Legierung.
Bezugszeichenliste

2: eben geformtes Halbzeug
4: rohrförmig geformtes Halbzeug
6: Lasereinrichtung
8: Laserstrahl
10: Teilbereich
12: ebenes Bauteil
14: Länge
16: erster Bereich
18: Trennbereich
20: zweiter Bereich
22: rohrförmiges Bauteil
24: erster Rohrabschnitt
26: Trennabschnitt
28: zweiter Rohrabschnitt
30: Polrohr
32: Polstück
34: Durchgangsbohrung
36: Außengewinde
38: Trennabschnitt
40: Rohrstück
42: Ankerraum
44: Bohrung
46: Anker
48: Stößel
50: Hubbegrenzung
52: Handnotbolzen
54: O-Ring
56: Einspritzventil
58: Längsachse
60: Magnetspule
62: Magnetkopf
64: Deckelelement
66: Kern
68: Anker
70: Arbeitsluftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006055010 A1 [0002]
DE 4333917 C2 [0002]
DE 102005039554 A1 [0002]
DE 102008040550 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Stefan Oetinger „Einstellen lokaler magnetischer Eigenschaften mittels induktiver Kurzzeit-Austenitisierung an nicht-rostenden Stählen”, 2008, Universität Bayreuth [0002]

Claims

Eisenbasierte Legierung umfassend: ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer.
Legierung nach Anspruch 1, wobei der Anteil an Kohlenstoff von ≥ 0,55 Gew.-% bis ≤ 0,6 Gew.-% beträgt.
Legierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anteil an Mangan von ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 15 Gew.-%, vorzugsweise von ≥ 12 Gew.-% bis ≤ 13 Gew.-%, beträgt.
Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anteil an Kupfer von ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 4 Gew.-%, vorzugsweise von ≥ 2,5 Gew.-% bis ≤ 3,5 Gew.-%, beträgt.
Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei diese ein oder mehr stahltypische Begleitelemente aus folgenden enthält: bis ≤ 0,05 Gew.-% Phosphor, bis ≤ 0,3 Gew.-% Nickel, bis ≤ 0,1 Gew.-% Molybdän, bis ≤ 0,3 Gew.-% Kobalt und/oder bis ≤ 0,3 Gew.-% Chrom.
Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei diese zu einem im Wesentlichen linearen Bauteil, einem im Wesentlichen ebenen Bauteil oder einem im Wesentlichen rohr- bzw. hülsenförmigen Bauteil umgeformt worden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (12; 22; 30; 56), das wenigstens drei Bereiche (14, 16, 18; 24, 26, 28; 32, 38, 40) umfasst, von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer eisenbasierten Legierung umfassend ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer als austenitisches Ausgangsmaterial, b) Umformen des im Schritt a) bereitgestellten Ausgangsmaterials in eine vorbestimmte Form eines Bauteils (12; 22), c) ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C des im Schritt b) geformten Bauteils (12; 22) zum Ausbilden eines ferromagnetischen Gefüges in dem Bauteil, d) in einem Teilbereich (10; 18) des in Schritt c) geglühten Bauteils (12; 22), Glühen im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C zum Ausbilden eines paramagnetischen Gefüges in diesem Teilbereich.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (12; 22; 30; 56), das wenigstens drei Bereiche (14, 16, 18; 24, 26, 28; 32, 38, 40) umfasst, von denen jeweils zwei aneinandergrenzende Bereiche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer eisenbasierten Legierung umfassend ≥ 0,4 Gew.-% bis ≤ 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 18 Gew.-% Mangan, und ≥ 2 Gew.-% bis ≤ 5 Gew.-% Kupfer als austenitisches Ausgangsmaterial, b) Umformen des im Schritt a) bereitgestellten Ausgangsmaterials in ein Halbzeug, c) ein- oder mehrfaches Glühen im Temperaturbereich von 350°C bis 550°C des im Schritt b) geformten Halbzeugs zum Ausbilden eines ferromagnetischen Gefüges in dem Halbzeug, d) Herstellen des Bauteils (12; 22; 30; 56) durch Anwenden eines Formgebungsverfahrens auf das Halbzeug, e) in einem Teilbereich (10; 18) des in Schritt d) hergestellten Bauteils (12; 22), Glühen im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C zum Ausbilden eines paramagnetischen Gefüges in diesem Teilbereich.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei im Schritt des Glühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C das Glühen durch lokalisierte Wärmeeinbringung in einem vorbestimmten Teilbereich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei im Schritt des Glühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C beim Glühen Wärmeenergie lokalisiert in den Teilbereich (10) mit einer der folgenden Techniken eingebracht wird: (i) induktiv durch Einstrahlen eines zeitlich veränderlichen Magnetfelds in den Teilbereich, (ii) elektrisch durch Beaufschlagen einer ausreichend hohen Stromdichte in dem Teilbereich, (iii) Laser-optisch durch Einstrahlen eines Laserstrahls (8) mit einer ausreichend hohen Strahlintensität in den Teilbereich (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei nach Ausführen des Schritts des Glühens im Temperaturbereich von 1000°C bis 1200°C das Bauteil (12; 22) mit einem Gas oder einer Flüssigkeit angeströmt wird oder in einer Flüssigkeit eingetaucht wird.
Verwendung einer eisenbasierten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 11 zur Herstellung eines Bauteils (12; 22; 30) mit einem ferromagnetischen Bereich (16; 24) und einem an diesen ferromagnetischen Bereich angrenzenden, paramagnetischen Teilbereich (18; 26).
Verwendung der Legierung nach Anspruch 12 zur Herstellung eines der folgenden Bauteile: ein im Wesentlichen lineares, z. B. stabförmiges Bauteil, ein im Wesentlichen ebenes, z. B. blechförmiges Bauteil (12), ein im Wesentlichen rohr- bzw. hülsenförmiges Bauteil (22), ein elektrisch schaltbares Einspritzventil (56) für einen nicht korrosiven Kraftstoff, ein Polrohr (30), ein Wegstreckengeber für einen linearen Wegsensor oder ein magnetisches Zahnrad.