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Verfahren zur Erzeugung von Würfeltextur bei der Herstellung von Gegenständen
aus Eisen-Silizium-Legierungen In der nicht zum Stande der Technik gehörenden Hauptpatentanmeldung
V 9825 VI/18 c ist ein Verfahren zur Erzeugung von Würfeltextur bei der Herstellung
von Gegenständen aus Eisen-Silizium-Legierungen mit 2 bis 5% Silizium, das ganz
oder teilweise durch Aluminium ersetzt sein kann, beschrieben. Unter Würfeltextur
ist dabei verstanden, daß eine Würfelfläche parallel zur Walzebene liegt und in
der Walzrichtung sowie senkrecht dazu je eine Würfelkante. Damit wird erreicht,
daß in dem Werkstoff optimale magnetische Werte, insbesondere optimale Werte der
Permeabilität in zwei zueinander senkrechten Richtungen in der Blechebene sich ausbilden.
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Bei dem Verfahren gemäß der Hauptpatentanmeldung wird unter Anwendung
einer für die Herbeiführung einer anderen, zum Beispiel über eine sekundäre Rekristallisation
vor sich gehenden Texturausbildung bekannten, an eine Warmverformung sich anschließenden
einfachen oder mehrfachen Kaltverformung gearbeitet, wobei die letzte Kaltverformung
vorzugsweise 50 bis 75% beträgt, mit etwaigen Zwischenglühungen bei 750 bis 950°
C und mit Schlußglühung oberhalb 950° C, vorzugsweise zwischen 1100 und 1350° C.
Gemäß dem Vorschlag nach der Hauptpatentanmeldung soll bei der Schlußglühung der
Sauerstoffpartialdruck der Glühatmosphäre unmittelbar an der Oberfläche des zu glühenden
Gegenstandes mindestens so niedrig gehalten werden, daß die Glühatmosphäre bei Glühtemperatur
auf der Oberfläche des zu glühenden Gegenstandes kein Siliziumoxyd bildet und etwa
dort vorhandenes Siliziumoxyd verschwindet.
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Glühdauer und Glühtemperatur bei der Schlüßglühung sollen dabei aufeinander
und auf die Glühatmosphäre in der Weise abgestimmt werden, daß bei besonders hoher
Glühtemperatur eine kürzere Glühdauer einzuhalten ist und umgekehrt und daß bei
einem an der oberen Grenze liegenden Sauerstoffpartialdruck eine sehr hohe Glühtemperatur
in Verbindung mit entsprechend kurzer Glühdauer zu wählen ist und daß die sekundäre
Rekristallisation praktisch vollständig in die Würfellage vor sich geht.
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Wie in der Hauptpatentanmeldung angegeben, kann der für die Schlußglühung
erforderliche niedrige Sauerstoffpartialdruck auf verschiedene Weise erreicht werden.
Man kann z. B. in der Nähe des zu glühenden Gegenstandes Gettersubstanzen für Sauerstoff
anbringen. Als solche kommen Substanzen in Frage, deren Oxyde bei Glühtemperatur
einen geringeren Sauerstoffpartialdruck besitzen als Si 02. Geeignet sind z. B.
Titan, Titanlegierurngen, Aluminium, Aluminiumlegierungen. Zweckmäßig ist es, die
zu glühenden Gegenstände gegen die Glühatmosphäre abzudecken, wobei vorzugsweise
zur Abdeckung Stoffe verwendet werden, die gleichzeitig als Getter wirken.
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In einer ebenfalls nicht zum Stande der Technik gehörenden Zusatzpatentanmeldung
ist angegeben, daß die gemäß der Hauptpatentanmeldung zu behandelnden Legierungen
0.08 bis 3% =Mangan enthalten können und daß die Ausbildung der Würfeltextur in
den manganhaltigen Legierungen dadurch unterstützt wird, daß die Gegenstände für
die Glühbehandlung mit Stoffen abgedeckt werden, die eine katalytische Wirkung auf
die Bestandteile der Glühatmosphäre ausüben. Als Beispiel für derartige Stoffe sind
Nickel und Chrom-Nickel genannt.
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Es wurde nun gefunden, daß die Erzeugung der Würfellage in manganfreien
Eisen-Silizium-Legierungen beim Glühen in Wasserstoff oder in Wasserstoff als wesentlichen
Bestandteil enthaltender Atmosphäre dann erleichtert wird, wenn man entweder in
die Umgebung des zu glühenden Gegenstandes in anderer Weise als durch unmittelbare
Abdeckung Stoffe bringt, die katalytisch auf Wasserstoff wirken und eine Dissoziation
des molekularen Wasserstoffes in atomaren Wasserstoff bewirken. Es wurde außerdem
gefunden, daß in manganfreien Eisen-Silizium-Legierungen
die gleiche
Wirkung hervorgerufen wird, wenn die zu glühenden Gegenstände mit Stoffen abgedeckt
werden, die in diesem Sinne katalytisch wirken.
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Atomarer Wasserstoff ist bekanntlich reaktionsfähiger als molekularer
Wasserstoff. Es kann deshalb durch die vorstehend angegebenen Maßnahmen erreicht
werden, daß Reaktionen zwischen dem Wasserstoff und den an der Oberfläche der Eisen-Silizium-Legierung
vorhandenen Verunreinigungen rascher ablaufen als ohne Anwesenheit der Katalysatoren.
Beispielsweise kann die Reaktion zwischen Wasserstoff und auf dem Glühgut vorhandenen
Oxyden oder im Glühraum gebildeten Sauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren schneller
ablaufen. Dies wirkt sich insbesondere dann günstig aus, wenn die zu glühenden Gegenstände,
z. B. Bleche oder Bänder aus der Eisen-Silizium-Legierung in unmittelbarer Nachbarschaft
derartig katalytisch wirkender Stoffe, insbesondere mit diesen bedeckt, geglüht
werden. Es wurde beobachtet, daß dadurch die Ausbildung der Würfeltextur in der
Eisen-Silizium-Legierung begünstigt wird.
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Es war bereits bekannt,- Wasserstoff als Glühatmosphäre bei der rekristallisierenden
Schlußglühung im Herstellungsgang von Texturblechen zu verwenden. Es war aber nicht
bekannt, auf welche Weise man Eisen-Silizium-Legierungen mit gut ausgeprägter Würfeltextur
herstellen kann. Insbesondere war nicht bekannt, daß dies durch Kombination der
in der hauptpatentanmeldung näher angegebenen Glühatmosphäre mit katalytisch wirkenden
Stoffen erfolgen könnte.
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Als Katalysatoren im Sinne der Erfindung dienen in erster Linie metallische
Werkstoffe, z. B. Nickel oder Nickellegierungen, Platin oder Platinlegierungen,
von denen bekannt ist, daß sie als Katalysatoren bei der Dissoziation von molekularem
Wasserstoff in atomaren Wasserstoff wirken.
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Die Abdeckung kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Man
kann z. B. auf Bänder oder Bleche aus Eisen-Silizium-Legierungen Streifen oder Bleche
aus Nickellegierungen bzw. Platin oder Platinlegierungen legen, wobei zweckmäßig
zwischen den Eisen-Silizium-Gegenständen und den Abdeckplatten Stoffe wie z. B.
A1203 angebracht werden, die ein Verkleben der Eisen-Silizium-Bleche mit den Abdeckplatten
beim Glühen verhindern sollen. A12 03 oder ähnliche keramische Stoffe können dabei
als Pulver oder in massiver Form verwendet werden. Selbstverständlich muß dabei
darauf geachtet werden, daß nur solche Sorten von A1203 oder sonstigen keramischen
Materialien verwendet werden, die nicht ihrerseits während des Glühvorganges soviel
Sauerstoff oder andere die Ausbildung der Würfellage hemmende Bestandteile an die
Atmosphäre abgeben, daß dadurch die Wirkung der Katalysatoren kompensiert oder sogar
überkompensiert wird. Man kann die katalytisch wirkenden Metalle auch in Form von
Pulver oder Spänen mit Pulver aus keramischem Material mischen und auf die zu glühenden
Gegenstände aus Eisen-Silizium aufbringen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Oberfläche
der Metalle nicht z. B. durch adsorbierte Gase vergiftet und damit unwirksam ist.
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Eine weitere Möglichkeit katalytisch wirkende Substanzen in unmittelbare
Nähe der zu glühenden Eisen-Silizium-Gegenstände zu bringen, besteht darin, daß
man Platten, Rohre oder sonstige Gegenstände verwendet, die durch Sintern von keramischen
Werkstoffen, insbesondere A120., mit katalytisch wirkenden Substanzen hergestellt
sind. Das Abdecken von Eisen-Silizium-Gegenständen mit Nickel, gegebenenfalls gemischt
mit nichtmetallischen Werkstoffen bildet einen Gegenstand der Hauptpatentanmeldung.
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Die Wirksamkeit der geschilderten Maßnahmen sei nachstehend an Hand
von Versuchsergebnissen erläutert.
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Bleche aus einer Eisen-Silizium-Legierung mit 3 % Silizium wurden
bis 2,6 mm Stärke warmgewalzt, gebeizt und anschließend in folgenden Stufen kaltgewalzt:
1. bis 1,8 mm 2. bis 0,8 mm 3. bis 0,35 mm 4. bis 0,17 mm 5. bis 0,08 mm 6. bis
0,04 mm Nach den Stufen 1 und 2 erfolgten Zwischenglühungen jeweils 5 Stunden bei
800° C in feuchtem Wasserstoff, nach den Stufen 3 bis 5 jeweils 5 Stunden bei 900°
C in trockenem Wasserstoff, Schlußgeglüht wurde 5 Stunden bei 1100° C in trockenem
Wasserstoff. Bei den Schlußglühungen waren die Eisen-Silizium-Proben mit A1203 Pulver
bestäubt und die verschiedenen Probestreifen mit verschiedenen katalytisch wirkenden
Substanzen abgedeckt, und zwar mit einer Legierung aus 20% Chrom, 80°/o Nickel,
mit einer Legierung aus 50°/o Eisen, 50%- Nickel, mit einer Legierung aus 18°/o
Chrom, 82°/o Eisen, und mit Quarz. Beim Glühen rekristallisierten die mit Chrom-Nickel
und Eisen-Nickel geglühten Proben fast vollständig in Würfellage, während die mit
Chrom-Eisen oder Quarzplatten abgedeckten Proben im wesentlichen feinkörnig blieben
und keine Würfellage zeigten.
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Bei einer anderen Versuchsreihe wurde der prozentuale Flächenanteil
der in Würfellage rekristalliesierten Körner, bezogen auf die gesamte Oberfläche
der betreffenden Eisen-Silizium-Proben in Abhängigkeit von der Glühdauer bei einer
Glühtemperatur von 1100° C in Wasserstoff als Glühatmosphäre bestimmt. Es wurde
dafür eine Eisen-Silizium-Legierung mit 3% Silizium verwendet, die bis 2,6 mm warmgewalzt,
gebeizt und anschließend bis 0,8 mm kaltgewalzt war mit Zwischenglühung bei 1,8
mm für 5 Stunden bei 800° C in feuchtem Wasserstoff. Bei 0,8 mm Stärke wurde nochmals
5 Stunden in feuchtem Wasserstoff bei 800° C geglüht und die Streifen dann kalt
ohne Zwischenglühung auf 0,04 mm gewalzt. Proben aus einer so erzeugten Eisen-Silizium-Legierung
wurden mit Streifen aus folgenden Werkstoffen abgedeckt: 1. einer Legierung aus
50% Eisen, 50% Nickel. 2. einer Legierung aus 18°/o Chrom, 82'% Nickel, 3. einer
Legierung aus 30°/o Chrom, 70% Eisen, 4. einer Legierung aus 3% Silizium, 97% Eisen.
Durch Glühung bei 1100° C in Wasserstoff konnte dabei in allen Fällen weitgehende
Rekristallisation in Würfellage erreicht werden, jedoch waren zur Erreichung des
gleichen prozentualen Anteiles an in Würfellage rekristallisierten Körnern in der
Reihenfolge der Abdeckmaterialien 1 bis 4 zunehmende Zeiten erforderlich. Die Ausbildung
der Würfellage wurde also auch bei diesen Versuchen durch Nickellegierungen stärker
begünstigt als durch nickelfreie Werkstoffe.
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Proben aus Eisen-Silizium-Legierungen mit etwa 31% Silizium, die wie
bei der zuerst geschilderten Versuchsreihe hergestellt waren, wurden bei weiteren
Arbeiten
mit Platten aus Platin, einer Legierung aus 95,1/o Platin, 5'% Iridium und aus einer
Legierung aus 95% Platin, 5% Ruthenium abgedeckt mit Zwischenisolationen mit A1203-Pulver.
Nach einer 5stündigen Glühung bei 1100° C in Wasserstoff wurde auch dabei eine nahezu
vollständige sekundäre Rekristallisation in Würfellage festgestellt. Auch bei kurzzeitigeren
Glühungen bei 1100° C trat weitgehend Würfellage auf.
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Gleiche Eisen-Silizium-Proben wurden bei einem weiteren Versuch mit
einem A120.-Pulver bedeckt, das mit 5 0/a Platin bedampft war. Darauf wurde noch
eine Abdeckplatte aus A1203 gelegt und wiederum 5 Stunden bei 1100° C in Wasserstoff
geglüht. Auch diese Proben zeigten nach der Glühung fast vollkommene sekundäre Rekristallisation
in Würfellage.
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An Stelle der als Beispiel angegebenen Metalle und Legierungen können
andere Substanzen treten, die katalytisch die Dissoziation von molekularem Wasserstoff
in atomaren Wasserstoff bewirken, insbesondere die verschiedensten Legierungen von
Nickel und von Platin. Außer den schon genannten Legierungen können z. B. Legierungen
von Nickel verwendet werden, die eines oder mehrere der nachstehenden Elemente enthalten,
wobei deren Gesamtanteil 80% der Legierung nicht überschreiten soll: Bis 70°/o Eisen,
bis 50% Chrom, bis 50% Aluminium. Das Nickel kann dabei ganz oder teilweise durch
Kobalt ersetzt sein.
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Als Platinlegierungen kommen z. B. solche in Frage, die eines oder
mehrere der nachstehenden Elemente enthalten, deren Gesamtanteil 30°/o der Legierung
nicht überschreiten soll: Bis 10% Iridium, bis 10% Ruthenium, bis 10% Rhodium.
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Auch Verbindungen von Nickel oder Platin können verwendet werden.
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Schließlich können als Katalysatoren auch keramische Werkstoffe verwendet
werden, die mit katalytisch wirkenden Metallen oder Legierungen bedampft sind.
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Grundsätzlich die gleiche Wirkung tritt nach durchgeführten Versuchen
auch dann ein, wenn statt in Wasserstoffatmosphäre in einer solchen Atmosphäre geglüht
wird, die Wasserstoff als wesentlichen Bestandteil, d. h. mindetens 50%, enthält.
Es wurden z. B. Proben in Gemischen von Wasserstoff mit Stickstoffgehalten bis zu
3% geglüht. Dabei zeigten sich gleiche Wirkungen der Abdeckmaterialien wie bei den
vorstehend geschilderten Glühungen in Wasserstoffatmosphäre.