DE1181925B

DE1181925B - Verfahren zur Herstellung stabfoermiger magnetostriktiver Elemente

Info

Publication number: DE1181925B
Application number: DER30380A
Authority: DE
Inventors: Pascal Levesque; Frederick C Hawkes
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1961-05-19
Filing date: 1961-05-19
Publication date: 1964-11-19

Description

Verfahren zur Herstellung stabförmiger magnetostriktiver Elemente Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung stabförmiger magnetostriktiver Elemente. Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung magnetostriktiver Resonanzelemente mit hohem Q-Wert für mechanische Filter von Vorteil.
Die ResonanzkörpeT derartiger Filter sollen so beschaffen sein, daß man ein schmalbandiges Filter mit geringen mechanischen Verlusten erhält. Es ist bekannt, als Ausgangsmaterialien Eisen-Nickel-Legierungen, beispielsweise Elinvar-Legierungen, zu verwenden. Bekannte Verfahren zur Herstellung magnetostriktiver Elemente ergeben Q-Werte von etwa 5000 für den fertigen Resonanzkörper.
Das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch Verwendung einer Legierung der folgenden Zusammensetzung: 41 bis 43 Gewichtsprozent Nickel, 5,0 bis 5,8 Gewichtsprozent Chrom, 2,00 bis 3,00 Gewichtsprozent Titan, 0,00 bis 0,04 Gewichtsprozent Kählenstoff, 0,2 bis 0,6 Gewichtsprozent Mangan, Rest Eisen und durch die folgenden Verfahrensschrifte--.> Ausglühen von Rohstäben bei Temperaturen zwischen 900 und 1000' C, Abschrecken auf Raumtemperatur in Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit, danach eine Querschnittsverminderung um etwa 90 % oder mehr durch Kaltverforinung der Stäbe und schließlich eine Ausscheidungshärtung der Stäbe in zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei verschiedenen Temperaturen, welche jeweils niedriger als die Glühtemperatur, aber größer als 500' C sind und wobei, die Temperatur der zweiten Ausscheidungshärtungsstufe höher als diejenige der ersten Stufe ist.
Wenn man eine Legierung der genannten Gruppe nach der Erfindung kalt bearbeitet und wärmebehandelt, kann man Stäbe für magnetostriktive Filterelemente mit recht hohem elektromechanischern Q-Wert von beispielsweise 8500 herstellen. Stäbe, die nach herkömmlichen Verfahren bearbeitet und behandelt sind, liefern Filterelemente mit wesentlich geringerem Q-Wert von etwa 500.
Im einzelnen wird ein Stab der obengenannten Zusammensetzung bei einer Temperatur zwischen 900 und 1000' C so lange ausgeglüht, bis die Zusatzelemente der Legierung, z. B. Titan, Kohlenstoff und Mangan, eine feste Lösung mit dem Nickel und dem Chrom eingehen. Danach wird der Stab in Wasser oder in einer anderen geeigneten Flüssigkeit bei Raumtemperatur abgeschreckt. Sodann wird der Stab unter Kaltbearbeitung zu einem Draht ausgezogen, wodurch sein Querschnitt vorzugsweise um mehr als 9011/o vermindert wird. Infolge dieser starken plastischen Verformung erhält das Material eine Koerzitivkraft und eine kleine magnetische Permeabilität. Nach dieser Kaltverformung wird das Material wiederum auf eine Temperatur von etwa 5001 C erhitzt und für etwa 2 bis 3 Stunden auf dieserTemperatur gehalten. Danach wird es für eine weitere Zeitdauer noch weiter auf eine Temperatur von etwa 6501 C erhitzt, so daß das Material infolge dimrAusscheidungshärtung eine höhere mechanische Härte und einen möglichst verschwindendenTemperaturkoeffizienten derYoungschen Zahl erhält. Man erhält -besonders gute Ergebnisse, wenn die beiden Aushärtetemperaturen innerhalb eines Bereiches von 500' C und 650' C und die Aushärtezeiten in einem Bereich zwischen 2 und 3 Stunden für innerhalb der >angegebenen Grenzen verschieden zusammengesetzte Legierungen liegen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte ein mit Vorzug verwendeter Resonanzkörper aus einer Legierung hergestellt werden, welche die folgende Zusammensetzung aufwies.
41,5 Gewichtsprozent Nickel, 5,3 Gewichtsprozent Chrom, 2,3 Gewichtsprozent Titan, weniger als 0,04 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,3 Gewichtsprozent Mangan, 50,56 Gewichtsprozent Eisen.
Aus einem Rohgaßstück wurde ein Stab von 6,4 mm Durchmesser gestaucht und durch Kaltverformung zu einem Draht von 0,378 mm Durchmesser ausgezogen. Der Draht wurde 1./2 Stunde lang bei 9501 C ausgeglüht und dann in Wasser abgeschreckt. Danach wurde durch Kaltverformung der Durchmesser auf 0,109 mm verringert, so daß die Querschnittsfläche um etwa 9011/o abnahm. Durch dreistündiges Ausglühen bei einer Temperatur von etwa 550' C erfolgte eine Alterung und Härtung. Danach wurde der Draht 2 bis 3 Stunden lang auf etwa 625' C erhitzt. Der so behandelte Draht wurde sodann in einem magnetostriktiven Filter benutzt und ergab einen Q-Wert von 8500.
Ein zweiter Resonanzkörper wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer Legierung der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 41,5 Gewichtsprozent Nickel, 5,5 Gewichtsprozent Chrom, 2,5 Gewichtsprozent Titan, weniger als 0,04 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,3 Gewichtsprozent Mangan, 50,16 Gewichtsprozent Eisen. Ein Rohgußstück dieser Legierung wurde kalt zu einem Draht von etwa 6,07 mm Durchmesser ausgezogen und sodann 1/2 Stunde lang bei einer Temperatur von 9500 C ausgeglüht. Sodann wurde der Draht in Wasser abgeschreckt und durch Kaltbehandlung auf einen Durchmesser von 1,09 mm ausgezogen, was einer Querschnittsverminderung um etwa 96% entsprach. Das Material wurde dann 3 Stunden lang auf 550' C erhitzt und anschließend noch 2 Stunden lang auf 625' C. Der so hergestellte Resonanzkörper wurde in ein magnetostriktives Filter eingebaut und ergab einen Q-Wert von 1500.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte magnetostriktive Elemente haben einen hohen elektromechanischen Q-Wert, eine geringe innere Reibung, nur eine mäßige magnetostriktive Aktivität und einen nahezu versch -windenden Temperaturkoeffizienten der Youngschen Zahl. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Resonanzkörper für magnetostriktive Filter haben unter denselben Arbeitsbedingungen einen bedeutend höheren Q-Wert als magnetostriktive Elemente aus derselben Legierung, welche in herkömmlicher Weise bearbeitet und behandelt wurden. Durch die Kaltbearbeitung und Wärmebehandlung ergibt sich offenbar eine Verteilung der Ausscheidungen, welche die Ausbildung der obengenannten Eigenschaften begünstigt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf konstruktive Einzelheiten, auf die besonderen beschriebenen Materialien oder auf Einzelheiten der dargestellten Verfahrensschritte begrenzt. Der Fachmann wird leicht verschiedene gleichwertige Verfahrensschritte erkennen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung stabföriniger magnetostriktiver Elemente, g c k e n n z e i c h -n e t d u r c h Verwendung einer Legierung der Z, folgenden Zusammensetzung: 41 bis 43 Gewichtsprozent Nickel, 5,0 bis 5,8 Gewichtsprozent Chrom, 2,00 bis 3,00 Gewichtsprozent Titan, 0,00 bis 0,04 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,2 bis 0,6 Gewichtsprozent Mangan, Rest Eisen und durch die folgenden Verfahrensschritte: Aus7 glühen von Rohstäben bei Temperaturen zwischen 900 und 1000' C, Abschrecken auf Raumtemperatur in Wasser oder in einer anderen geeigneten Flüssigkeit, danach eine Querschnittsverminderung um etwa 90% oder mehr durch Kaltverfonnung der Stäbe und schließlich eine Ausscheidungshärtung der Stäbe in zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei verschiedenen Ternperaturen, welche jeweils kleiner als die Glühtemperatur, aber größer als 500' C sind und wobei die Temperatur der zweiten Ausscheidungshärtungsstufe größer als die der ersten Stufe ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der beiden Ausscheidungshärtungsstufen. zwischen 500 und 650' C liegen und daß die Stäbe jeweils für die Dauer von etwa 2 bis 3 Stunden auf den-Temperaturen einer jeden der beiden Ausscheidungshärtungsstufen gehalten werden. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Stäbe während der ersten Ausscheidungshärtungsstufe etwa 3 Stunden lang auf 500' C und danach während der zweiten Ausseheidungsbärtungsstufe für etwa 2 Stundeh auf 6251 C erhitzt werden. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kaltbearbeitung eine Verminderung der Querschnittsfläche der Stäbe um etwa 50019 oder mehr erfolgt und daß die Stäbe zur Ausscheidungshärtung in zwei Stufen auf Temperaturen erhitzt werden, die oberhalb 400' C, jedoch unterhalb der Ausglühtemperaturen liegen und von denen die Temperatur der zweiten Stufe die Temperatur der ersten Stufe übersteigt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kaltbearbeitung eine Verminderung der Querschnittsfläche der Stäbe um 961% oder mehr erfolgt, daß dann die Stäbe zur Ausscheidungshärtung zunächst für die Dauer von etwa 3 Stunden auf etwa 612' C erhitzt werden und danach etwa 12 Stunden lang auf etwa 22' C abgekühlt werden. 6. Verfahren zur Herstellung stabförmiger magnetostriktiver Elemente aus einer Legierung nach Anspruch!, bei welchem ein Ausglühen und Abschrecken nach Anspruch 1 erfolgt, gekennzeichnet durch eine nachfolgende Querschnittsverininderung um 5011/o oder mehr durch Kaltverforinung der Stäbe und schließlich eine Auscheidungshärtung der Stäbe in zwei aufeinanderfolgenden Stufen bei verschiedenen Temperaturen wischen 500 und 6501 C, wobei die Temperatur der zweiten Stufe größer als diejenige der ersten Stufe ist und wobei die Stäbe jeweils für die Dauer von 18 Stunden bis 30 Stunden den jeweiligen Temperaturen der beiden Ausscheidungshärtungsstufen ausgesetzt sind.