DE1408314A1 - Verfahren zur Herstellung von Baendern aus einer Eisen-Aluminium-Legierung fuer magnetische Zwecke - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Baendern aus einer Eisen-Aluminium-Legierung fuer magnetische ZweckeInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einer Eisen-Iluminium-EeaieruM Ur magnetische Zwecke.
- @rrryrr @ @ rrir r@r@rmrirr rrr n irr rrmw@rmrW r@rr@ .Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial-Nr. E32 372 vom 12.4.1937 beansprucht. Die Erfindung bezieht sich auf Materialien, die in elektrisehea .Apparaten Verwendung finden und ist insbesondere auf ein neues Magnetmaterial und auf das Verfahren für dessen Herstellung ge- richtet.
- In der Elektroindustrie sind Metallegierungen bekannt, die oioh durch hervorragende magnetische Eigenschaften auszeichnen und die folglich ein weites Anwendungsgebiet haben! wenn die ma&netisehen Eigenschaften eine besondere Rolle spielen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Entwicklung eines neuen, vorteilhaften Nateriale und ist im allgemeinen für ähamliche Zwecke bestimmt wie die bekanntenisen-Siliai-Leaie:an@gen sowie die Eisen-Nickel-Legierungen. Aufgabe der Erfindung ist es, eisen-aluminium-legierte Bleche herzustellen; die verbesserte magnetische Eigenschaften haben und die vor allem doppelorientierte Würfeltextur, also zwei magnetische Vorzugsrichtungen in der Blechoberfläche besitzen. Dabei soll das angewandte Verfahren leicht und mit herkömmlichen Mitteln durchführbar sein und insbesondere auch abwandelbar sein, sodaB Materialien mit verschiedenen Eigenschaften, z.8. hohe Sä.ttigungsinduktfon, hohe Induktion bei geringem Feld, erzeugt werden können. G#mU der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daB 0,0254 bis 0,4572 am starke Bänder aus einer dehnbaren, insbesondere 3 bis 7 Gewichtsprozent Aluminium und den Rest Eisen enthaltenden Legierung in einen mindestens zwei Kaltwalzvorgänge und einer über der Bekristallisationstemperatur der Legierung liegenden Endglühung sowie geeigneten Zwischenglühungen aufweisenden Verfahren herge- stellt werden und das so erhaltene Band die folgenden aus der Gleiohstrombystereseschleife ermittelten Eigenschaften aufweist® Hemanenz- < 9500 GausB Induktion 10 Oereted bei wenigstens 12000 Gauss EEooerzitivkraft bis zu 0,5 Oerated Darüber hinaus ist der PermeabilitätafluB bei einem Feld von 10 Oersted wenigstens 700 Gauss. Im allgemeinen werden nach der Erfindung nur dünne Bleche, schmale Streifen oder Bänder herge- stellt. Andere Formen, z.B. E-- oder L-Schnitte für einzelne Anwendungszwecke sind durch Schneiden oder Stanzen erhältlich, Wenn mm das erfindungsgefe Verfahren unter den im Nachstehend`n angegebenen besonderen Bedingungen durchführt, sind die vorgenannten Werte noch zu verbessernt $.B. kann bei Bändern, bei denen der Permeabilit#teflus von besonderem Interesse ist, die 8eranens 5.500 Gasse, die Induktion bei einem Feld von 10 Oersted wenigstens 15 500 Gauss betragen und die Koer$itivkraft kleiner als 0,5 Oersted sein. Ähnlich ist es bei Bändern, die im Hinblick sui hohe Induktionseigenschaften hergestellt werden sollen. Hierbei kann die Induktion bei einem Feld von 10 Oersted wenigatens 14500 Gauss betragen, wobei die Koerzitivkraft 0,45 Oerated nicht überschreitet. Hei den letzteren Materialien, bei denen die Remanenz keine beherrschbare Eigenschaft ist, ist die Remanenz in der Größe von 9500 Gauss. Alle Erzeugnisse, die nach der Erfindung hergestellt werden, werden einem mehrfachen Kaltwalsvorgang der als Ausgangsmaterial benutzten warmgewalzten Eisen-Aluminiumplatten bei Anwendung von unter geeigneten Bedingungen durchgeführten Zwischen- und Endglühung unterworfen. Dabei wird das Kaltwalzen in üblicher Weise durchgeführt und beim ersten Kaltwaisen eine Re- duktion von etwa 60 bis 856 erreicht, beim zweiten Kaltwalzen hin-. gegen eine solche von 80 bis 97% und schließlich bei einen dritten Kaltwalzen eine Reduktion von etwa 40 bis 909 der Dicke des in vorhergehenden zweiten Kaltwalzvorgang erhaltenen Banden. Selbstverständlich sind innerhalb der angegebenen allgemeinen Greasen Abwandlungen hinsichtlich der Reduktionen möglich je nach den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes. Die jedem äaltwaluvorgang folgenden Glühungen der Bleche bzw.Bänder werden bei solchen Temperaturen und zeitlichen Bedingungen, vorzugsweise in nicht oxydierender oder reduzierender Atmosphäre ausgeführt, das sich bestimmte Rekristallisationestra.kturen sowie auch festig keitswerte ergeben. So wird nach dem ersten Kaltwaken das $leeh einer ersten Rekristallisationaglühung unterworfen# bei der das Blech bei 8500 bis 110000 für eine Zeitdauer von etwa zwei bis drei Stunden bei den angegebenen geringeren Temperaturen und bei den angegebenen höchsten Temperaturen etwa 15 Minuten geglüht wird.Rach dem zweiten Kaltwalzvorgang wird das Blech in erstes Rekristallisationabereioh $.B. über 600a0 und insbesondere bei 7000 bi® 8500G für wenige Minuten bis zu etwa zwei Stunden ,Seglüht und dann in einen Ofen eingeführt, in den eine ausreichende Temperatur vorhanden ist, um bei einem großen gornwaahstum die Charakteristik der zweiten Rekristallisation $u. erhalten, z. B. bei. etwa 10500 bis 1300°C für eine Zeitdauer von bis 12 Stunden. Die auf den dritten Kaltwalzvorgang folgende Glüäung 18t besonders wichtig im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften des FIndprodukto. Hierbei wird ein Anwärmen im Bereich der ersten Rekristallisationstemperatur, d.i. bei 700 bis 850°C oder etwas höher für eine Dauer von 1 bis 10 Stunden angewendet und anschließend das Glühen bei langsam erhöhter Temperatur bis zum Erhalt der gewünschten Eigenschaften durchgeführt. Dabei kann die Temperatursteigerung variieren in Stufen von 50 bis 150°C je Stunde und das Glühen bei Temperaturen von 900o bis 12500C über 1 bis 12 Stunden dauern. Bemerkt sei,- daß die.Erfindung nicht auf die Theorie begrenzt ist, daß eine Doppel- oder Würfeltexturorientierung während der Glühbehandlung näch dem dritten Kaltwalzen ansteigt. Es wird vielmehr angenommen, daß nur eine leichte Doppelorientierung der Kornstruktur längs und quer zur Walzrichtung sich ein.-stellt, je nach der gewählten Behandlungsmethode, wobei $.B., wenn man Bleche mit geringer Remanenz, was sehr wichtig sein kann, erbalten will, die Wärmebehandlung der Bleche bei 1000°C und höher durchgeführt wird. Dabei wird die Wärmebehandlung in Schutzatmosphäre bei über 600°C liegenden Temperaturen vorgenommen. Als Schutzatmosphäre kann irgend ein nicht oxydierendes Gas, z.B.Argon oder Wasserstoff dienen. ' . Die Eisen-Aluainiumlegierungen nach der Erfindung, die also 3 bis 7 Gewiehteprosent Aluminium enthalten, sind dehnbar. Selbstverständlich können außer den hauptsächlichsten Legierungsbestandteilen Einen und Aluminium in kleinen Mengen auch noch andere Legierungsbestandteile und gelegentliche Verunreinigungen ent- halten sein, soweit diese die Eigenschaften des gewünschten End- produktes nicht beeinflussen. Die Legierungen werden im Vakuumofen rrerschmolzen unter Verwendung von reinem Eisen, z.B. Elektrolyteisen,und von 9996 reinem Aluminium. Um das Eindringen Fron nicht kontrollierbaren Verunreinigungen aus der Atmosphäre zu. verhindern, vergießt man den Schmelzfluß unter Vakuum und Schutzatmosphäre, z.B. Argon. Die auf diese Weise erhaltenen Barren werden bei einer über der Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur auf eine Dicke von etwa 10,16 bis 16,5 mm, insbesondere aber auf 12,7 mm vor dem ersten galtwalzvorgang ausgewalzt.
- Im folgenden werden einige Beispiele für die Herstellung von Bändern für magnetische Zwecke angeführt, wobei aber erwähnt sei, daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Beispiel I: Ein Legierungsbarren, der in herkömmlichem Schmelzprozess aus geeignetem Elektrolyteisen und hochreinem Aluminium bei einem Gewichtsanteil von 94,596 Eisen und 5,5% Aluminium hergestellt ist, wird in einem Induktionsofen unter Anwesenheit von Argon als Schutzgas bei Atmosphärendruck geschmolzen und dann vergossen. Die erhaltenen Barren werden sodann bei. einer Temperatur von 6500C auf eine Dicke von 12,7 mm warmgewalzt. Die hierbei erhaltene 12,7 mm starke Platte wird nun auf eine Dicke von 3,175 mm kalt ausgewalst und anschließend eine Stunde lang bei einer Temperatur von 100000 geglüht. Das geglühte Material wird hierauf neuerdings kaltgewalzt und zwar auf eine Dicke von 0.254 mm. Hierauf wird das erhaltene Band wiederum geglüht, und zwar eine Stunde lang bei 750°C. Anschließend wird das Band unter Argon abgekühlt und sodann für die Dauer von zwei Stunden in einem bis 1200°C aufgeheizten Ofen gebracht, um die zweite Rekristallisationnetrnktar durch Ausbildung eines großen Korns zu erhalten. Hierauf wird das Band zum dritten Mal kaltgewalzt bis auf eine Dicke von 0.0762 im. Das erhaltene Band wird etwa 5 Stunden lang bei 750°C einer Rekristalliaationeglühung unterworfen und darauf die Temperatur in Stufen von etwa 10000 steigend auf 950o0 erhöht. Dieser Temperatur bleibt das Band etwa 8 Stunden lang ausgesetzt.
- Die nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Bänder haben die folgenden, aus der Gleichstromhystereseschleife ermittelten Eigenschaften:
Tabelle I: B1 (auss@`- 9,200 B 10 16.900 8r 9.400 hic 0.45 Zeitungswiderstand (microhm-cm) 65 - itaterial nach der Erfindung ist beispielsweise auch durch nach-stehenden Verfahren erhältlich: Beispiel II: Ausgegangen wird von einem 0.254 mm starkem Band, das genau nach dem im Beispiel I angegebenen Verfahren hergestellt ist. Dieses Band wird sodann in der gleichen Weise wärmebehandelt wie in Beispiel I für das 0,254 mm starke Band angegeben ist. Darauf *ird das Band auf eine Dicke von 0.0762 mm kaltgewalzt und sodann bei 7500e in einen Ofen eingebracht und die Temperatur in Stufen von etwas 4000 je Stunde bis auf 1100°C erhöht.- Drei Stunden lang wird den Band in der Temperatur von 110000 belassen und hierauf in einer Kühlkammer bei Anwesenheit von Argon auf Raumtenperatnr abgekühlt. Die charakteristischen Eigenschaften des so hergestellten Bandes sind in nachstehender Tabelle zusammengefasst:
Tabelle H: B10 15.700 8r 5.500 He 0.30 bei 2000 Gauss 5.600 4000 ^ 5.000 d B " 6000 " 3.750 8000 " 3.080 " 10000 '@ 2.500 H 10 l.020 - Die bei der Herstellung des erfindung$gemäßen Materials nach den Beispielen I und II angewandten Schritte sind folgendes
Erstes Kaltwalzen auf 70 bis 8096 Zweites " n 85 a 95% Drittes 60 " 8096 Glühen nach dem ersten Kaltwalzen bei 950 - 1050°C für - 2 Std. zweiten " " 725 - 800°G " Folgend eine zweite Rekristallisation, nach Abkühlen bei 1150' - 1250°C für - 4 Std - Beispiel IIl: Um zu zeigen, wie sich die Eigenschaften des erfindung®gemäBen Materials durch die jeweiligen Verfahrensgänge ändern lassen,'werdei vier Bänder von 0.0762 mm Stärke, fron denen jeden nach dem gleichen Verfahren erzeugt und nach dem dritten Kaltwalzen wärmebehsadelt is-Ton einem Band seine Eigenschaften äusgemeseen. Von den drei andere Bändern wird jeden einer zusätzlichen verschiedenen Wärmebehandlung unterworfen. Die Einzelheiten der Wärmebehandlung und der Eigen- schaften der no erhaltenen Materialien sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst:
3 Wie erglühen e W e erg en e e ed 750t bis 950°C 7500 bis 11000C heu bei erhöht in Stufen erhöht in Stufen 12000C f Behand- 75000 jvon 100oje Std. von 100°C je Std. 5 Stnndej. lang: F 5 Std. !Temperatur wird Temperatur wirlang: :3 Std.auf 950C 3 Std.auf 11000C ;.gehalten. gehalten B10 j 16900 ._ 16400 15700 14500 Br 9400 8400 5500 4800 RO 7, 0945 0,3 0,3 : 0,3 a,B bei . H--10 750 800 _ 1020 970 b - Die Erfindung wurde beschrieben unter Zugrundelegung von drei galtwalzvorgängen, denen je eine Wätmebehandlung folgte. Dies führt zu gutenmagnetischen Ergebnissen. In der nachstehenden Tabelle IV sind Daten eines 0,033 mm starken Band.ee,dse nach dem folgenden Verfahren hergestellt wurde, zusammengestellt. $ine 12,7 mm starke Platte aus einer.Eisen-Aluminiumlegierung mit 5',5% Aluminium wurde kaltgewalzt auf eine Dicke von 3,175 mm und anschließend eine Stunde lang bei 1000°C geglüht. Sodann erfolgte ,,, ein Kaltwalzen auf 0,033 mm Dicke und anschließend eine einstündige Glüheng bei 750°C. Hierauf wurde das Hand abgekühlt und wieder erwärmt auf 120000 auf die Dauer von zwei Stunden, um eine bestimmte Zornstruktur zu erhalten. Die Eigenschaften des so behandelten Bandes sind folgende:
Tabelle IV: 1110 13 600 B= 3 600 8c 0,18 bei 2000 Gauss 4 200 " 6000 " 3Ö10 " 8000 " 2 910 R " 10000 " 1 800 H = 10 1 000 - Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Magnetmaterial schafft eine neue Naterialklasae für magnetische Zwecke, das wegen seines hohen elektrischen heitungewideratandes den bisherigen Eisen-Silizius- oäer Einen-Nickellegierungen überlegen ist und vor allem niedrigere Kernverluste bedingt. Dabei ist der höhere elektrische Leitungswiderstand insbesondere ton Interesse bei höheren Frequensbereiehen,9 :.B. 400 Perioden und darüber. Das neue Material mit geringer Remanens ist dem bisherigen Einen-Silizium- und Einen. lickel-taterial deswegen überlegen, weil bei ihm die effektive Perausabilititt durch die jeweilige Behandlungsmethode beeinflußbar ist. Da auch die mechanischen Eigenschaften des neuen Materials gut ei"! denn sie sind dehnbar und können ohne Schwierigkeit dünn ausgewalzt werden, ist ihre gewerbliche Verwendung günstig. Vo;r allem haben sie keine hohe Dehnungsempfindlichkeit und verändern somit nicht, wie die Eisen-Niokellegierungen bei der Bearbeitung ihre guten Eigenschaften. Schließlich haben die Eiaen-Aluxiniumlegierungen nach der Erfindung auch ein geringeres spezifisches Gewicht als die Eisen-Silizium- bzw. Eisen-Nickellegierungen. Dies ist vor allem bei Luftfahrtgeräten von Bedeutung. Weiter vor- teilhaft ist, daß die neuen Magnetmaterialien leicht mit einer Isolation versehbar sind. Eine solche ist schon bei niedrigerer in Temperatur durchgeführter Luftglühung, z.8. bei 2Ö0 bis 400 einer Leitspanne von etwa Stunde erzielbar, weil diese Behandlung einen A12ƒ3 Isolationsüberzug auf der Oberfläche entstehen lässt. Da dieser weniger als lo-5Zo11 starke Überzug dehnbar iet# wird er befi. einer nachfolgenden Behandlung nicht beschädigt oder zerstört. Es braucht also bei der Schaffung des Isolationsüberzuges nicht annähernd so gewissenhaft und genau verfahren werden wie bei der Isolierung der bisherigen Eisen-Silizium- und Eisen-Nickelmaterialien, bei denen bekanntlich der Isolationsauftrag erst nach gewissenhafter Reinigung des Nateriala aufgebracht und ausgebacken werden musste.
Claims (1)
- Patentans^grüche 1, Verfahren zur Herstellung von Bändern aus einer Eisen-. Aluminiumlegierung für magnetische Zwecke, dadurch gekennzeichnet, dgß 0,0254 bis 0.4572 mm starke Bänder aus einer dehnbaren, insbesondere 3 bis 7 Gewichtsprozent Aluminium und den Rest Einen. enthaltenden Legierung in einem mindestens zwei Kaltwalzvorgänge und eine über der Rekristallisationetemperatur der Legierung liegende'Endglühung sowie geeignete Zwischenglühungen aufweisenden Verfaären erzeugt werden und das so erhaltene Band die folgenden aus der Gleichstromhystereseschleife ermittelten Eigenschaften aufweist t Remanenz C 9500 Gause Induktion 10 Oersted bei wenigstens 12000 rauen Koersitivkraft bis $n 0,5 Oersted. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einen doppelt gerichteten Bandes ein etwa 0,ƒ254 bis 0,1524 mm starkes Band im dreifachen Kaltwalsvƒrgang ausgewalzt wird und dieses einer über der Rekristallisationstemperatur der Legierung liegenden Endglühung unterworfen wird und die anhand der Gleichntroahystereseschleife des Bandes bestimmten Eigen. sohaften folgende wind t Reeanenz C 5500 Gauss Induktion 10 Oerated bei wenigstens 13500 Gauss 8oerzitivkraft < 095 Oersted. _ 3, Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine warmgewalzte, aus einer Einen-Aluminiumlegiexvng bestehenden Platte in dreifachen galtwalzvorgang auf 0,0254 bin 0;1524 im Dicke ausgewalzt und anschließend einer über der Reäristalli-8ationsteaperatur der Legierung liegenden Endglfhng unterworfen wird und die anhand der Gleichstromhystereseschleife bestimmten ßandeigensehaften folgende sind : Induktion 10 Oerated bei wenigstens 14 500 Dause Koerzitivkraft < 0,45 Oersted. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Dehnbarkeit der auf 60 bis 85% ihrer Dicke auszuwalzenden Platte eine Zwischenglühung vorgenommen wird und sodann ein weiteres Kaltwalzen auf eine Dicke von 80 bis 97% erfolgt bei anschließender Erwärmung des erhaltenen Bandes auf eine aus- reichende Temperatur und Zeitspanne,um die Entwicklung einer groben Kornstruktur zu ermöglichen. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Warmwalzen hergestellte Platte von 10,16 bis 1695 mm Dicke durch Kaltwalzen auf 60 bis 85% ihrer Dicke ausgewalzt wird, und das erhaltene Band nach einer Zwischenglühung durch weiteres Kaltwalzen auf-80 bis 97 9G seiner Dicke gewalzt wird, worauf eine weitere Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur, die über der Rekristallisationstemperatur liegt, sich zum Zwecke des Kornwachstums arßchließt und schließlich ein Kaltwalzen auf 49 bis 90% der Banddicke mit anschließender Wärmebehandlung erfolgt, die über der Rekristallisationetemperatur liegt, um die Würfeltextur im Band zu entwickeln. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet! daß eine durch Warmwalzen hergestellte Platte von 10,16 bis 16i!5 mm Stärke in einem ersten galtwalzvorgang auf 70 bis 80% ihrer Dicke ausgewalzt wird, sodann das erhaltene Band einer Zwischenglühung bei 8500 bis 110000 unterworfen wird, hierauf ein zweites Mal kaltgewalzt wird auf 85 bis 95% seiner Dioke, abermals bei 700 bis 85000 geglüht und sodann nach Abkühlen des Bandes wiederum auf 10500 bis 130000 für eine Zeitdauer ton @r bis 12 Stunden gebracht wird, um das Kornwachstum zu begünstigen und nchließldch durch ein drittes Kaltwalzen auf 60 bis 80% seiner Dicke gebracht wird, woran sich eine Wiedererwärmung anschließt, um eine Würfelflächenteztur zu erhalten. 7. Tierfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichhet, daß bei der Endglühung das Band zunächst 1 bis 10 Stunden bei 700o bin 8500 geglüht wird und dann in Stufen von 5 0 Die 1500C je Stunde bin auf eine Temperatur von 900o bis 1200o erhöht wird und diese Temperatur über 5 bis liStunden beibehalten wird. B. Tierfahren nach Anspruch 1 bin 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem ersten Kaltwalzen erfolgende Glühung bei 950° bin 1050°Q und die auf den zweiten Kaltwalzvorgang folgende Glübung bei ?`25o bin 800°0 durchgeführt wird und nach Abkühlen des Banden die Glühteaperatnr auf 1150 bis 1250°C für y bin 4 Stunden erhöht wird und schließlich die auf den dritten galtwalsvorgang folgende Endglühung zunchat für 3 bin 7 Stunden bei 725° bis 775°C durchgeführt wird, worauf dann die Temperatur in Stufen von 250 bin 500C je Stunde bis rauf etwa 10500 bis 1150°C erhöht wird und diene Temperatur für etwa zwei bis vier Stunden beibehalten wird.
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