DE1240672B - Verwendung einer Eisen-Chrom-Legierung fuer die Herstellung von Gegenstaenden mit temperaturunabhaengiger magnetischer Permeabilitaet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b-39/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 240 672
D30051VI a/40b
21. Februar 1959
18. Mai 1967

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer zunderbestädigen Eisen-Chrom-Legierung als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen, welche eine bis wenigstens 500° C konstante und von der Feldstärke bis wenigstens 100 mOe unabhängige magnetische Permeabilität aufweisen müssen. Solche Legierungen werden beispielsweise benötigt bei der Bestimmung von relativen Längenänderungen, Exzentrizitäten u. dgl., beispielsweise bei Dampf- oder Gasturbinen, Verbrennungskraftmaschinen u. dgl. Derartige Messungen sind in letzter Zeit beim Betrieb bzw. der Betriebsüberwachung von Turbinen besonders wichtig geworden. Sie werden durch Bestimmung gewisser magnetischer Eigenschaften von Werkstoffen vorgenommen, die in die zu überwachende Maschine eingebaut werden. Solche Messungen sind infolgedessen an das Vorhandensein eines Werkstoffes gebunden, der bei den hier in Frage kommenden hohen Temperaturen einmal seine magnetischen Eigenschaften infolge der erhöhten Temperatur noch nicht verloren hat und zum anderen aber auch bei den in Frage kommenden Temperaturen zunderbeständig, warmfest und korrosionsbeständig ist.

Bei den bisher bekanntgewordenen Meßmethoden dieser Art wurde als Werkstoff für den in Rede stehenden Zweck eine Eisen-Nickel-Legierung mit 36% Nickel verwendet. Da der Curie-Punkt dieser Legierung bei etwa 250° C liegt, konnten die Messungen nur bis etwa 200° C durchgeführt werden. Hinzu kommt noch, daß die genannte Eisen-Nickel-Legierung leicht verzundert und auch aus diesem Grunde nicht bei höheren Temperaturen eingesetzt werden konnte.

Legierungen auf Eisen-Chrom-Basis, die wegen ihres Verzunderungsverhaltens an sich für den genannten Zweck geeignet sind, wurden deshalb nicht eingesetzt, weil sämtliche bisher durchgeführten Untersuchungen ergeben haben, daß diese in der Temperaturabhängigkeit der Permeabilität mehrere 100° C unter der Curie-Temperatur ein sogenanntes Permeabilitätsloch aufweisen. Es handelt sich hierbei um ein starkes Abfallen der magnetischen Permeabilität sowie ein Wiederansteigen derselben kurz vor der Curie-Temperatur. Das Vorhandensein dieses Permeabilitätsloches ist sowohl bei Reineisen wie auch bei Eisen-Chrom-Legierungen seit langem bekannt, wie beispielsweise aus »Annalen der Physik«, 6. Folge, Bd. 2, 1948, S. 355 bis 369, insbesondere S. 357, hervorgeht. Die Deutung des Permeabilitätsloches bei Reineisen erfolgt durch J. L. Snoek, der die Erscheinung als eine Folge der Diffusion von Verwendung einer Eisen-Chrom-Legierung
für die Herstellung von Gegenständen mit
temperaturunabhängiger magnetischer
Permeabilität

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Karl Bungardt,

Dr. rer. nat. Hermann Dietrich, Krefeld

Kohlenstoff- und Stickstoffatomen in energetisch günstigere Aufenthaltsplätze ansah. Messungen, die von W. Röster und A. von Kienlin (»Archiv für Eisenhüttenwesen«, 27 [1956], S. 787 bis 792) durchgeführt wurden, sprechen dafür, daß bei hochchromhaltigen Eisensorten wenigstens zum Teil σ-Phasenbildung und die damit einhergehende Versprödung die Ausbildung des Permeabilitätsloches bedingen. Es konnte nun beobachtet werden, daß Eisen-Chrom-Legierungen mit genau umrissener Zusammensetzung, nämlich mit 7 bis 15% Chrom, 0,5 bis 10 %, vorzugsweise 1 bis 7 % Aluminium, 0,2 bis 3 %, vorzugsweise 0,5 bis 2% Silizium, bis 0,2% Kohlenstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen an Mangan, Schwefel und Phosphor eine derartige Unstetigkeit in der Temperaturabhängigkeit der Permeabilität nicht zeigen. Die Legierungen haben eine magnetische Permeabilität von etwa 200 Gauß je Oersted, ein Wert, welcher im Bereich von 0 bis wenigstens 500° C konstant bleibt, soweit die Meßfeldstärke einen von der Temperatur abhängigen Wert, der im angegebenen Temperaturintervall etwa 100 mOe beträgt, nicht übersteigt. Genauere Angaben über die Grenzfeldstärke, das ist die Feldstärke, bis zu der die Permeabilität konstant bleibt, können nicht gemacht werden, weil, wie dem Fachmann bekannt, die Beziehung zwischen Permeabilität und Feldstärke temperaturabhängig ist. Durch einige Versuche läßt sich aber die Grenzfeldstärke für eine bestimmte, in den erfindungsgemäß beanspruchten Bereich fallende Legierung bei vorgegebener Arbeitstemperatur in analoger Weise feststellen. Grundsätz-

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lieh läßt sich sagen, daß die meisten, in den erfindungsgemäß beanspruchten Bereich fallenden Legierungen bis zu einer Arbeitstemperatur von 500° C mit einer Feldstärke von 100 mOe beaufschlagt werden können. Werden Messungen bei höheren Arbeitstemperaturen bis etwa 650° C erforderlich, muß die Feldstärke entsprechend verringert werden. Unterhalb einer Arbeitstemperatur von 500° C kann die Feldstärke auch über dem angegebenen Richtwert von 100 mOe liegen.

Infolge ihres Aluminium- und Siliziumgehaltes ist die vorgeschlagene Legierung bei den in Frage kommenden Temperaturen zunderbeständig. Sie hat auch eine ausreichende Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Weiterhin ist es für die praktische Herstellung bzw. Verarbeitung der Legierung noch erwähnenswert, daß die Legierung auch eine hinreichende Warm- und Kaltverformbarkeit besitzt.

Aus der deutschen Patentschrift 731 409 ist es bekannt, daß sich Eisen-Chrom-Legierungen mit mehr als 10 bis 40% Chrom, Rest Eisen mit etwaigen Verunreinigungen sowie mit Gehalten bis zu 10% Silizium oder Aluminium und weniger als 0,3 % Kohlenstoff, vorzugsweise mit weniger als 0,15% Kohlenstoff, weniger als 1% Silizium, weniger als 1,5% Mangan, 15 bis 35% Chrom, 3 bis 7% Aluminium, Rest Eisen, für die Herstellung von Gegenständen eignen, die eine hohe Anfangspermeabilität und gegebenenfalls geringe Wirbelstromverluste aufweisen müssen. Auf diese Eigenschaften kommt es jedoch im vorliegenden Zusammenhang nicht an, und es konnte aus ihnen die Konstanz der Permeabilität über einen weiten Temperaturbereich nicht hergeleitet werden.

Weiter ist es bekannt, daß Legierungen der angegebenen Zusammensetzung zunderbeständig sind. Um die Zunderbeständigkeit und die Dauerstandfestigkeit der Legierung noch zu erhöhen, wird vorgeschlagen, das Aluminium teilweise oder auch ganz durch entsprechende Gehalte an Molybdän und/oder Wolfram zu ersetzen. Hierbei bleibt die Charakteristik der magnetischen Eigenschaften der Legierung erhalten.

Um den Temperaturbereich des geradlinigen Verlaufes der Permeabilität zu erweitern, wird ferner vorgeschlagen, der Legierung unter Beibehaltung ihrer sonstigen Gehalte an Legierungselementen auf Kosten des Eisengehaltes Kobalt in Mengen von 5 bis 35%, vorzugsweise 20 bis 30%, zuzusetzen.

Auch in anderer Beziehung machen sich die Legierungselemente Chrom, Aluminium, Silizium und gegebenenfalls Molybdän und/oder Wolfram günstig bemerkbar, und zwar steigt mit deren Gehalt auch der spezifische Widerstand der Legierung. Es ist sogar möglich, durch entsprechende Abstimmung der einzelnen Gehalte Legierungen herzustellen, bei denen unter Beibehaltung der günstigen magnetischen Eigenschaften der spezifische Widerstand ein Maximum aufweist. Diese Eigenschaft ist für die in Rede stehenden Zwecke besonders deswegen erwünscht, weil auf diese Weise die bei der Messung entstehenden Wirbelströme möglichst gering gehalten werden.

In den Abbildungen ist in schematischer Weise die Änderung der Permeabilität μ in Abhängigkeit von der Temperatur bzw. der Feldstärke aufgetragen.

A b b. 1 veranschaulicht den Verlauf der Permeabilitätstemperaturabhängigkeit für die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung. Es ist ersichtlich, daß die Abhängigkeit bis zu einem bei t₂ angedeuteten Punkt nahezu konstant bleibt. Um eine Vorstellung von der ungefähren Lage der dargestellten Größe zu geben, ist bei I₁ die Temperatur von etwa 500° C angedeutet.

In A b b. 2 ist die Abhängigkeit der Permeabilität μ von der Meßfeldstärke H schematisch wiedergegeben. In dem mit H₁ bezeichneten Punkt beträgt die Meßfeldstärke etwa 100 mOe. Die Abbildung läßt erkennen, daß die drei dargestellten Kurven bis zu diesem Punkt praktisch zusammenfallen. Erst oberhalb des Punktes H₁ tritt ein leichtes Auseinanderlaufen der Kurven ein. Die Abweichung vom angestrebten gradlinigen Verlauf ist hierbei in der Regel um so größer, je höher die Meßtemperatur ist. Bei I ist der Kurvenverlauf angedeutet, wie er sich bei etwa 20° C ergibt. Bei II ist die Kurve für 350° C und bei ITl für etwa 500° C zu erkennen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer zunderbeständigen Eisen-Chrom-Legierung, bestehend aus

7 bis 15% Chrom,

0,5 bis 10 %, vorzugsweise 1 bis 7 % Aluminium, 0,2 bis 3 %, vorzugsweise 0,5 bis 2% Silizium, bis 0,2% Kohlenstoff,
Rest Eisen mit den erschmelzungs-

bedingten Verunreinigungen an
Mangan, Schwefel und Phosphor

als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen, welche eine bis wenigstens 500° C konstante und von der Feldstärke bis wenigstens 100 mOe unabhängige magnetische Permeabilität aufweisen müssen.

2. Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1, jedoch mit der Maßgabe, daß das Aluminium ganz oder teilweise durch Molybdän und/oder Wolfram ersetzt ist für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, jedoch mit der Maßgabe, daß sie zusätzlich 3 bis 35%, vorzugsweise 20 bis 30% Kobalt enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Legierungselemente derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Werkstoff unter Beibehaltung seiner magnetischen Eigenschaften einen möglichst hohen spezifischen Widerstand aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 731 409, 737 312,
911139, 512 727;

britische Patentschriften Nr. 272 788, 280 537;

Archiv für das Eisenhüttenwesen, Dezember 1956, S. 787 bis 792;

Annalen der Physik, 1948, 6. Folge, Bd. 2, S. 355 bis 369.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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