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Kaltbearbeitbare Permanentmagnetlegierung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Permanentmagnetlegierung, die sehr leicht mechanisch bearbeitet und kaltbearbeitet
werden kann und billiger ist, als vergleichbare bekannte Legierungen, Es ist eine
Legierung unter der Bezeichnung "Vicalloy" bekannt, die zu Drähten., dünnen. Platten
uswo verarbeitet und als permanentmagnetisches Material für Messinstrumente verwendet
werden kann. Die Anwendung dieser Legierung Vicalloy hat :in jüngerer Zeit in Verbindung
mit der Entwicklung automatischer Regel- und Steuerverfahren eine beträchtliche
Ausdehnung gefunden,-etwa auf die Gebiete von halbstationären Speichern (semistationary
memory), Hysteresismotoren (hysteresis motor) usw.
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Bei der Legierung Vicalloy handelt es sich um ein permanentmagnetisches
Material, das durch rasche Abkühlung und Kaltbearbeitung-in eine 4(-Phase umgewandelt
und dann. einer Alterung im
Zweiphasenfeld zur Ausscheidung von -Phase in
der Matrix der d.-Phase unterworfen und in dieser Weise magnetisch
gehärtet worden ist. Vicalloy enthält jedoch 50 -52 Gew. % Kobalt (Co) und 10 -
14 Gew. 4 Vanadin (V), so daß diese Legierung recht teuer ist. Dies ist natürlich
von beträchtlichem Nachteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Permanentmagnetlegierung
zu schaffen, die nicht die vorstehenden Nachteile von Vicalloy hat, sehr leicht
mechanisch bearbeitet und kaltbearbeitet werden kann und trotzdem sehr billig ist.
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In Verbindung mit Untersuchungen im
Zweiphasenfeld von Fe-Co-Ni-Legierungen wurde gefunden, daß bei Zusatz einer geeigneten
Menge an Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Vanadin (V) usw. zu Legierungen im Fe-Co-Ni-System
eine Reihe von permanentmagnetischen Materialien erhalten werden kann, und zwar
auf wesentlich billigerem Wege, die eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufweisen
und magnetische Eigenschaften haben, die mit denen von Vicalloy vergleichbar sind.
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Bei der nachstehenden Erläuterung der Erfindung wird auf die anliegenden
Zeichnungen bezuggenommen: Fig. 1 zeigt Kurven, welche Beziehungen zwischen dem
Chromgehalt der Permanentmagnetlegierung gemäß der Erfindung und deren magnetischen
Eigenschaften veranschaulichen.
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Fig. 2 zeigt in einem Diagramm Bereiche der Zusammensetzungen hinsichtlich
Kobalt, Nickel und Chrom für die Permanentmagnetlegierung gemäß der Erfindung.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen'Entmagnetisierungskurven von Permanentmagnetlegierüngen
gemäß der Erfindung.
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. Die Erfindung wird nachstehend anhand von.AusfÜhrungsbeispielen
der Permanentmagnetlegierung gemäß der Erfindung wei--ter veranschaulicht.
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In der folgenden Tabelle 1 sind Zusammensetzungen, magnetsehe_Eigenschaften
und Alterungstemp.eraturen einiger Proben--von Fe-Co-Ni-Cr-Legierungen gemäß der
Erfindung zusammengestellt:
| Tabelle 1 |
| Probe C Co Ni Gr Koerzi- remanen- Alterungs- |
| tivkraft- te Induk- tem eratur |
| Nr. M (ö) () () Hc (0e) tion Br (°C) |
| 0,048 40,00 5,50 7,74 185 _ 5.900 600 |
| 2 0,038 41.,08 5939 6950 160 8.900 @, |
| 3- 0,026 31,90._10,23 7,71 200 6.600 " |
| 4 0,022 30,36 10,34 6,89 135 9:150 |
| 5 -0,026 22,48 14,52 6,40 175 70450 550 |
| 6 0,023 24,70 14,90 4,00 80 9.650 |
| 7 0-021 10,35 19,85 3294 _-55 70300 |
| 8 03016 10,76 19,20 2,19 25 _ 7,550 |
Zur Herstellung-der Proben mit den in der Tabelle 1 angelebenen magnetischen Eigenschaften
wurden 5 kg eines in Luft geschmolzenen Blocks Warmschmiede- und rdalzbehandlunGen
unterworfen, dann von einer Temperatur von 850 - 1050°C rasch abGekühlt und danach-bei
einer Temperatur von 500 -
650 °C gealtert.
Wie aus der Tabelle
1 hervorgeht, ist es wichtig, daß die Magnetlegierung gemäß der Erfindung ein bestimmtes
Verhältnis zwischen Co, Ni und Or aufweist.
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Auf experimentellem Wege wurde ermittelt, daß das Verhältnis zwischen
Kobalt und Nickel bei der Magnetlegierung gemäß der Erfindung durch die nachstehende
Formel angegeben werden kann: Co Gewo % = 50-2, 5(Ni Gew.-°ö)-53-1, 5(Ni
Gew. 46) Die zuzusetzende Menge an Chrom ist ebenfalls auf einen bestimmten Bereich
beschränkt, abhängig von der Menge an Kobalt und. Hickel. Beispielsweise durchlaufen
die magnetischen Eigenschaften einer 28%Co - 10;öNi - Fe-Magnetlegierung ein Maximum,
wenn etwa 6,5 Gew. w Or zugegeben werden, wie das aus der Figo 1 ersichtlich ist.
Nenn die Menge an Chrom weiter gesteigert wird, nimmt - wie aus der Fig. 1 hervorgeht
- die Sättigungsinduktion Bs (saturation induction) der Legierung rasch ab, bis
die Legierung einen nichtmagnetischen Zustand erreicht.
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Bei einer Erhöhung der Menge an zugesetztem Nickel ist es notwendig,
die Menge an Kobalt nach Maßgabe der vorstehenden, die Beziehung zwischen Kobalt
und Nickel widergebenden Formel zu verringern und die Menge an Chrom, wie aus der
FiG. 2 ersichtlich, zu senken-.
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Die iiIagnetlegierunG gemäß der Erfindung, die 15 -42 Gew. % Kobalt,-5
- 16 Gew. % Nickel und 3 - 9 Gewa % Chrom
umfasst, wie das durch
die schraffierten Gebiete in der Figo 2 dargestellt ist, zeigt besonders gute magnetische
Eigenschaften.
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Weiterhin wurde bei experimentellen Untersuchungen gefunden, daß bei
der Magnetlegierung gemäß der Erfindung durch Zusatz einer kleinen Menge an Molybdän,
Vanadin o. dgl. eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften erzielt
Werden kannrund daß ein Teil oder die Gesamtmenge des Chroms durch Molybdän, Vanadin
o o dg1. ersetzt: Werden kann.
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In der nachstehenden Tabelle 2 sind Zusammensetzungen, magnetische
Eigenschaften und glterungstemperaturen weiterer Proben von Legierungen des Fe-Co-Ni-Cr-Systems
gemäß der ErfindunG, bei denen ein Teil oder die Gesamtmenge des Chroms durch Molybdän
ersetzt ist, zusammengestellt:
| Tabelle 2 |
| Probe C Co Ni Or Mo Koerzi- wemanen Alte- |
| (") tivkraft -te Induk- rungs- |
| Hc (0e) tion Br tempQ |
| _ (G) (oC) |
| 9 0,022 32,80 8,70 6,22 1,06 260 050 600 |
| 10 0,019 33,16 8,90 5,27 2,08 200 80050 |
| 11 0,023 32,60 8,15 5,51 0,81 170 7.664 |
| 12 0,031 33,10 8,15 4,37 2,02 130- 8.548 |
| 13 0,029 33,00 8,20 3,47 2,95 90 8.106 |
| 14 0,021 33,30 8,30 2,57.- 4,18 60 9.027 " |
| .15 0,024 33,00 8,52 - /' 5,02 45 8.585 |
| 16 0,023 31,70.3,87 7,28 1,06 60 8.190 '@ |
| 17 0,022 32100"3992 9,50 1,04 30 7.570 1@ |
| 18 0,021 34,51 8,85 6,12 1,06 250 8.050 rr |
| 19 0,021 33,32 8,94 7,45 1,04 280. 4.830 " |
| 20 0,026 23,20 13,89 5,47 1,05 195 8.500 550 |
| 21 0,025 22,80 13,90 4,37 1,03 140 9.700 @@ |
| 22 0,024 23,30 13,78 3,24 1,03 75 10.000 " |
| 23 0,026 20,92 15,79 5,40 0,97 195 5.000 |
| 24 0,023 20,99 15,64 4,14 0,g9 125 9.700 " |
| 25 0,024 20,87 15,73 3,15 1,02 75 9.900 @# |
Die in der Tabelle 2 angegebenen Proben wurden unter rascher Abkühlung von 950°C
und nachfolgender Alterung bei einer Temperatur von 550 - 600°C erhalten.
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Ein Zusatz bis zu 1 Gew.-iö Iulolybdän zu der Fe-Cö-lU-Cr-Eegierung
gemäß der Erfindung ist sehr wirksam. Es ist jedoch nichtwünschenswert, mehr als
zwei Gew. l 14lolybdän zuzusetzen, da eine solche P;lolybdänmenge eine Verringerung
der remanenten Induktion (residual induction; Br) der Legierun verursacht.
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Ein Ersatz von Chrom durch Molybdän bewirkt eine Erhöhung der remanenten Induktion
(Er) der Legierung, führt aber eine Verringerung der Köerzitivkraft (Hc) der Legierung
herbei. Demgemäß ist es zweckmäßig, weniger als 4 Gew. % Chrom durch räolybdän zu
ersetzen.
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- Die in der Tabelle 2 angegebenen Proben mit ausgezeichneten magnetischen
Eigenschaften genügen ebenfalls der vorstehend angegebenen Formel der wechselseitigen
Beziehung zwischen der _Menge an Kobalt und der Menge an Nickel der Legierung gemäß
der Erfindung.
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Zusammensetzungen,. magnetische Eigenschaften und Alterungstemperaturenweiterer
Proben von Legierungen des Fe-Co-_Tyi-Cr-Systems gemäß der Erfindung, bei denen
ein Teil oder die Gesamtmenge des Chroms durch TJIolybdän und/oder Vanadin ersetzt
ist, sind in der nachstehenden Tabelle 3 zusammengestellt.
| . - Tabelle 3 |
| Probe _Co 11i CT Ido V Koerzi- remanen- Alte- |
| Nr. tivkraft te Induk- rungs- |
| lIc (0e) tion Br temp. |
| (G) (0C) |
| ,26 32,90- 3,80 6,40 1,04 - 260 7.900 600 |
| 27 33116 8e80 4193 1 , 0 5 0,77 240
7.390 |
| 28 31,.74 '8,64 -3,06 1,06 3,73 210 '"J 680 " |
| 29 31970 8168.-1102 -1,07 5,53 130 8.330 r@ |
| 30 __ 31,40- s,_49 - 1,09 736 130 8.620 |
| 31 24990 13215 6,74 1,06 0,24 280 1.000 550. |
| 32 25,10 13,45 4,93 1109 0e93 210 7.100 11 |
| 33 24,80 12,93 3,13 1,02 3,24 210 8.29o |
| -34 24,32 13,03 1,14 1,07 5,13 110 8.650 |
| @>5 24,30 13,03 .= 1,08 7129 .100 80290 |
Die in der Tabelle 3 angegebenen Probe. wurden unter rascher Abkühlung
von 950°C und nachfolgender ,Alterung bei einer Temperatur von 550 - 6000C erhalten.
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Der Ersatz von Chrom durch Idolybdän und/oder Vanadin bewirkt eine.
Erhöhung der remanenten Induktion (Br) aber eine Verringerung der Koerzitivkraft
(Hc) der Legierung, in der gleichen Weise wie bei dem Ersatz von Chrom nur durch
Molybdän. Selbst wenn alles Chrom durch Molybdän und Vanadin ersetzt wird, behält
die Legierung noch eine Koerzitivkraft (Hc) von mehr als 100 Oersted (0e). Es ist
also möglich, alles Chrom durch Molybdän und/oder Vanadin zu ersetzen.
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Sowohl Molybdän als auch Vanadin sind sehr.kostspielig im Vergleich
zu Chrom, so daß es zweckmäßig ist, die Menge an zuzusetzendem Ivlolybdän und Vanadin
so klein wie möglich zu machen.
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In der Permanentmagnetlegierung gemäß der Erfindung stellt Kohlenstoff
(C)-ein beträchtlich störendes Element dar, das in der Lage ist, die Bearbeitbarkeit
zu verschlechtern, die Koerzitivkraft (Hc) zu verringern und auch die remanente
Induktion (Br) deutlich zu verkleinern. Es ist daher vjünschenswert, weniger als
0,05 Gew. iö Kohlenstoff anwesend zu haben,, jedoch sind 0,1 Gew. iö C zulässig.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß ein Zusatz von Titan (Ti), Zirkon
(Zr), 1`liob (TSb) zu der Legierung gemäß der Erfindung in einen? gewissen Ausmaß
den vorstehend angeGebenen
nachteiligen. Einflüssen von Kohlenstoffentgegenwirkt,
Diese Elemente verursachen eine gewisse Erhöhung der Ko.erzitivkraft (He) der Legierung
gemäß der Erfindung, verringern jedoch die remanente Induktion (8r).
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3n der nachstehenden Tabelle 4 sind Zusammensetzungen. und@magnetische
Eigenschaften weiterer Proben von gemäß der Erfindung, die einen Zusatz von Titan
aufweisen., zusammengestellt:
| Tabelle 4 |
| Probe C 0o Ni or- Mo Ti Koerzi- remanen.- |
| rr. C) Cl) Ciö) . CI) Cö) CI) Hcv(öajt ton Brr |
| 36 0,040 33,90 8,54 6,69 1,06 - 230 7.030 |
| 3 7 01052 32,20 8e54 6,97 1,09 0,26
240 6.630 |
| 38 0,060 31,90 8,54 7,08 1,03 0,32 240 6.380 |
| 39 0,050 32160.8254 7,05 1,07 0e55 250 5.980 |
Die in der Tabelle 4 angegebenen. Proben wurden nach rascher Abkühlung von 105000
und anschließender Alterung bei einer Temperatur von 600°C erhalten.
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Eine Zugabe grosser Mengen an Titan verursacht eine Verschlechterung
der T3earbeitbarkeit der Legierung gemäß der Erfindung; es ist daher zweckmäßig,
weniger als 1 Gew. % Titan zuzusetzen.
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Silicium, Aluminium' Mangan u, dgl. können der Legierung gemäß der
Erfindung als Desoxydationsmittel zugegeben werden,
jedoch führen
diese Elemente zu einer Verringerung der remanenten Induktion (Br) und einer Verschlechterung
der Bearbeitbarkeit. Demgemäß müssen die Zugaben auf weniger als 1 Gew. %
an diesen Elementen beschränkt werden, wobei weniger als 0,6 Gew. l sowohl an Silicium
als auch an Mangan und weniger als 0,2 Gew.-% Aluminium die günstigsten Bereiche
für einen Zusatz zur Legierung gemäß der Erfindung darstellen.
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Es können Elemente wie Bor, Zirkon, Niob, Calcium, Magnesium u. dgl.
zu der Legierung zugegeben werden, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Es wurde
gefunden, daß weniger als `i Gew. ö von einem dieser Elemente einer Verbesserung
der Bearbeitbarkeit der Legierung gemäß der Erfindung ohne verschleö$ terung ihrer
magnetischen Eigenschaften bewirkt. Eine Zugabe geringer Mengen an Schwefel, Selen,
Blei zu der Legierung gemäß der Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der mechanischen
Bearbeitbarkeit, wie das an sich bekannt ist.
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Die magnetischen Eigenschaften der Legierung gemäß der Erfindung können
weiter verbessert werden, wenn man die Legierung einer Kaltbearbeitung unterwirft.
Hierzu kann die einer Warmbearbeitung unterworfene Magnetlegierung-gemäß der Erfindung
vom
-Phasenfeld rasch abgekühlt werden. Dann wird die Legierung zur Entfernung von Walzhaut
oder Schuppen einer Beizbehandlung sowie Streck- und Vialzbehandlungen bei Raumtemperatur
unterworfen. Danach wird die Legierung bei einer Temperatur von 500 - 650
0 C über einen geeigneten Zeitraum gealtert.
Hierdurch werden
die magnetischen Eigenschaften verbessert. Die Kaltbearbeitung führt dazu, daß die
Koerzitivkraft (Hc) der Legierung etwas abnimmt, sie bewirkt jedoch eine beträchtliche
Zunahme der remanenten Induktion (Br), so daß das IVtaximalenergieprodukt (maximum
energy product.) beträchtlich verbessert wird. Die Proben 26 - 30 gemäß der Tabelle
3 wurden einer Warmwalzbehandlung und dann einer Beizbehandlung und danach einer
70 %igsn Kaltwalzung unterworfen: Die in dieser Weise behandelten Proben wurden
1 Stunde bei einer Temperatur von 600o0 gealtert. Die magnetischen Eigenschaften
der in dieser 4Veise kaltbearbeiteten Proben sind in der nachstehenden Tabelle 5
zusammengestellt:
| Tabelle 5 |
| Probe 0 Co Ni or Mo V Koerzi- remanen |
| Nr. (@) (o) (@o.) (@) (@'o) (@) gw(Öe)t Br I(G)ktior. |
| 26 0,.027 32,90 8,80 6,40 1,04 - 210 10.270 |
| 27 0,028 33,16 8,80 4;93 1,05 0,77 210 10.270 |
| 29 0,023 31,70 8,68 if,02 1,07-5,53 110 12.110 |
| 50 0,027-31,40 8,49 - 1,08 7,36) 110 11.850 |
Es ist ersichtlich, daß die Werte der reßianenten Induktion (Br) gemäß Tabelle 5
beträchtlich höher liegen, als die entsprechenden Werte gemäß der Tabelle 3. Im
Falle der Durchführung einer Kaltbearbeitung ist es jedoch erforderlich, eine mehr
als
50 %ige Verringerung der Dicke herbeizuführen.
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Beispiele für Entmagnetisierungskurven der Magnetlegierung gemäß der
Erfindung sind in der Fig. 3 dargestellt. Die Kurve A ist die Entmagnetisierungskurve
der Probe 26, die von 9500C rasch abgekühlt und bei einer Temperatur von 6000e eine
Stunde lang gealtert wurde. Die Kurve B zeigt die Entmagnetisierungskurve der Probe
20, die von 9500C rasch abgekühlt und eine Stunde bei einer Temperatur von 5500G
gealtert wurde.
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Die Fig. 4 zeigt Entmagnetisierungskurven von Magnetlegierungen Gemäß
der Erfindung, die einer 70 igen Kaltwalzung unterworfen und nachfolgend bei einer
Temperatur von 60000 eine Stunde lang gealtert wurden. Die Kurve C ist die Entmagnetisierungskurve
der Probe 26 und die Kurve D zeigt die Entmagnetisierungskurve der Probe 30.
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Wie aus den vorstehenden Erläuterungen und aus den Beispielen hervorgeht,
ist die Magnetlegierung gemäß der ErfindunE; hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften
und der Bearbeitbarkeit mit Vicalloy vergleichbar, sie ist aber wesentlich billiger
als Vicalloy, da die Magnetlegierung gemäß der Erfindung geringere Mengen an Kobalt
und Vanadin enthält.
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Die maGnetischen Eigenschaften der 1Jlagnetlegierung - Gemäß der Erfindung
können durch ÄnderunG der Bedingungen bezüglich der Komponenten, Wärmebehandlungen
oder Bearbeitungsmethoden usw. in weiten Bereichen angepasst werden. Die ErfindunG
ermöglicht daher in einfacher i'W"eise eine Herstellung von Liagnetlegierungen
mit
magnetischen Eigenschaften, die für halbstationäre Speicher, FIysteresizmotoren
(ferreed or hysteresis motor) usw. Geeignet sind.