DE1558663C3 - Verwendung einer kaltbearbeitbaren Kobalt-Nickel-Chrom-Eisen-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten - Google Patents

Description

Anhaltspunkte für die Eignung einer kaltbearbeitbaren Kobalt-Nickel-Chrom-Eisen-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten mit hoher Koerzitivkraft zu entnehmen.
,.,Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetlegierung aufzufinden, die sich zur Verwendung als Werkstoff für die Herstellung von Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von mindestens 75 Oersted eignet, außerdem leicht kaltbearbeitet werden kann und trotzdem billig ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch Verwendung einer kaltbearbeitbaren Legierung, bestehend aus 15 bis 42% Kobalt, 5 bis 16% Nickel, wobei die Bereiche der prozentualen Anteile von Kobalt und Nickel durch die folgende Gleichung

Co % = [50-2,5(Ni %)] bis [53-1,5(Ni %)]

miteinander verknüpft sind, 3 bis 9 % Chrom, weniger als 2% Molybdän, weniger als 1% Vanadin, weniger als 0,1% Kohlenstoff, weniger als 1% Silizium, weniger als 1 % Mangan, weniger als 1 % Aluminium, weniger als 1% eines oder mehrerer der Elemente Titan, Niob, Zirkonium, Rest Eisen, als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von mindestens 75 Oersted.

Bei der gekennzeichneten besonderen Abstimmung der Kobalt- und Nickelgehalte aufeinander in Verbindung mit den gekennzeichneten Chromgehalten werden bei Einhaltung auch der übrigen Vorschriften Dauermagnete mit hohen Koerzitivkräften von mindestens 75 Oersted erhalten. Die Koerzitivkräfte liegen damit um weit über eine Zehnerpotenz und häufig mehr als zwei Zehnerpotenzen höher als die für die Legierungen der vorgenannten USA.-Patentschrift 1 792 483 angegebenen Werte. Hierfür ist die Einhaltung des erfindungsgemäß gekennzeichneten, gegenüber den Angaben dieser USA.-Patentschrift recht engen Zusammensetzungsbereiches der Legierung

ίο wesentlich. Weiter wird auf Grund der angegebenen Legierungskomponenten eine beträchtliche Verbilligung gegenüber der bekannten Legierung aus 36 bis 62% Kobalt, 6 bis-16% Vanadium, Rest Eisen, erzielt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen für die zu verwendende Legierung weiter veranschaulicht, dabei wird auch auf die Zeichnungen Bezug genommen.
F i g. 1 zeigt den Einfluß des Chromgehalts auf die magnetischen Eigenschaften einer Dauermagnetlegierung mit 28 % Co und 10% Ni;

F i g. 2 zeigt bevorzugte Bereiche der Zusammensetzung hinsichtlich Kobalt, Nickel und Chrom; F i g. 3 und 4 zeigen Entmagnetisierungskurven von erfindungsgemäß zu verwendenden Dauermagnetlegierungen.

In der Tabelle 1 sind Zusammensetzungen, magnetische Eigenschaften und Alterungstemperaturen einiger Proben von erfindungsgemäß zu verwendenden Fe-Co-Ni-Cr-Legierungen zusammengestellt.

Tabelle 1

Probe Nr.	C	Co	Ni	Cr	Koerzitivkraft	Remanente Induktion	Alterungs temperatur
	%	%	%	%	Hc, Oe	Br, G	0C
1	0,048	40,00	5,50	7,74	185	5900	600
2	0,038	41,08	5,39	6,50	160	8900	600
3	0,026	31,90	10,23	7,71	200	6600	600
4	0,022	30,36	10,34	6,89	135	9150	600
5	0,026	22,48	14,52	6,40	175	7450	550
6	0,023	24,70	14,90	4,00	80	9650	550

Zur Herstellung der Proben der Tabelle 1 wurden 5 kg eines in Luft geschmolzenen Blocks Warmschmiede- und Walzbehandlungen unterworfen, dann von einer Temperatur von 850 bis 1050⁰C rasch abgekühlt und danach bei einer Temperatur von 500 bis 65O⁰C gealtert.

Sämtliche Proben der Tabelle 1 weisen eine Koerzitivkraft von mindestens 80 Oersted auf.

Die angegebene, auf experimentellem Wege ermittelte Gleichung zur Verknüpfung der prozentualen Anteile von Kobalt und Nickel

Co % = [50-2,5(Ni %)] bis [53-1,5(Ni %)]

stellt eine weitere wesentliche Bedingung für die Bereiche von Kobalt und Nickel dar. Demnach muß bei zunehmendem Gehalt an Nickel der Gehalt an Kobalt nach Maßgabe dieser Gleichung abnehmen, jeweils innerhalb der gekennzeichneten Bereiche für Kobalt und Nickel.
Die Menge an Chrom ist auf 3 bis 9 % beschränkt.

Beispielsweise durchlaufen die magnetischen Eigenschaften einer 28 % Co-, 10 % Ni-Fe-Magnetlegierung ein Maximum, wenn etwa 6,5% Cr anwesend sind, wie das aus der F i g. 1 ersichtlich ist. Wenn die Menge an Chrom weiter gesteigert wird, nimmt — wie aus der F i g. 1 hervorgeht — die Sättigungsinduktion Bs der Legierung rasch ab, bis die Legierung einen nichtmagnetischen Zustand erreicht. Die Menge an Chrom soll, wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, bei zunehmendem Gehalt an Nickel abnehmen.

Die Verwendung von Magnetlegierungen, die in die schraffierten Gebiete der F i g. 2 fallen, führt zu besonders guten magnetischen Eigenschaften der Dauermagnete.

Die Verwendung von Legierungen, die zusätzlich Molybdän in einer Menge von weniger als 2% enthalten, führt zu einer weiteren Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der Dauermagnete. In der nachstehenden Tabelle 2 sind Zusammensetzungen, magnetische Eigenschaften und Alterungstemperaturen derartiger Fe-Co-Ni-Cr-Legierungen mit Molybdänzusatz zusammengestellt.

Tabelle

Probe Nr.	C	Co	Ni	Cr	Mo	Koerzitivkraft	Remanente Induktion	Alterungs temperatur
	%	%	%	%	%	Hc, Oe	Br, G	0C
9	0,022	32,80	8,70	6,22	1,06 ,	260	8150	600
11	0,023	32,60	8,15	5,51	0,81	170	7664	600
18	0,021	34,51	8,85	6,12	1,06	250	8050	600
19	0,021	33,32	8,94	7,45	1,04	280	4830	600
20	0,026	23,20	13,89	5,47	1,05	195	8500	550
21	0,025	22,80	13,90	4,37	1,03	140	9700	550
22	0,024	23,30	13,78	3,24	1,03	75	10000	550
23	0,026	20,92	15,79	5,40	0,97	195	5000	550
24	0,023	20,99	15,64	4,14	0,99	125	9700	550
25	0,024	20,87	15,73	3,15	1,02	75	9900	550

Die in der Tabelle 2 angegebenen Proben wurden bei rascher Abkühlung von 950°C mit nachfolgender Alterung bei 550 bis 600⁰C erhalten.

Ein Gehalt bis etwa 1% Molybdän ist günstig, jedoch sollen nicht mehr als 2 % Molybdän anwesend sein, da dies eine Verringerung der remanenten Induktion der Legierung verursacht.

Sämtliche Proben der Tabelle 2 genügen ebenfalls der angegebenen Gleichung für die Verknüpfung zwischen Kobalt- und Nickelgehalt.

Zusammensetzungen, magnetische Eigenschaften und Alterungstemperaturen von verwendbaren Fe-Co-Ni-Cr-Legierungen mit Molybdän- bzw. Molybdän- und Vanadinzusatz innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen sind in der nachstehenden Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle

Probe Nr.	Co	Ni	Cr	Mo	V	Koerzitivkraft	Remanente Induktion	Alterungs temperatur
	%	%	%	%	%	Hc, Oe	Br, G	0C
26	32,90	8,80	6,40	1,04		260	7900	600
27	33,16	8,80	4,93	1,05	0,77	240	7390	600
31	24,90	13,15	6,74	1,06	0,24	280	1000	550
32	25,10	13,45	4,93	1,09	0,93	210	7100	550

Die in der Tabelle 3 angegebenen Proben wurden bei rascher Abkühlung von 95O⁰C mit nachfolgender Alterung bei 550 bis 600⁰C erhalten.

Sämtliche Proben weisen ausgezeichnete Koerzitivkräfte auf. Da sowohl Molybdän als auch Vanadin recht kostspielig sind, etwa im Vergleich zu Chrom, ist es vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt jedoch zweckmäßig, die Menge an Molybdän und Vanadin so gering wie möglich zu halten.

Kohlenstoff stellt ein störendes Element dar, das in der Lage ist, die Bearbeitbarkeit zu verschlechtern, die Koerzitivkraft zu verringern und auch die remanente Induktion deutlich zu verkleinern. Der Kohlenstoffgehalt muß daher weniger als 0,1% und sollte vorzugsweise weniger als 0,05% betragen.

Ein Gehalt der Legierung an Titan, Zirkon, Niob in einer Menge von weniger als 1% verringert die vorstehend angegebenen nachteiligen Einflüsse von Kohlenstoff. Diese Elemente erhöhen etwas die Koerzitivkraft der Legierung, verringern jedoch die remanente Induktion.

In der Tabelle 4 sind Zusammensetzungen und magnetische Eigenschaften verwendbarer Fe-Co-Ni-Cr-Legierungen mit Molybdän- bzw. Molybdän- und Titanzusatz zusammengestellt. Die Proben wurden bei rascher Abkühlung von 1050⁰C mit anschließender Alterung bei 600⁰C erhalten.

Tabelle

Probe Nr	C	Co	Ni	Cr	Mo .	Ti	Koerzitivkraft	Remanente Induktion
	%	%	%	%	%	%	Hc, Oe	Br, G
36	0,040	33,90	8,54	6,69	1,06	. _	230	7030
37	0,052	32,20	8,54	6,97	1,09	0,26	240	6630
38	0,060	31,90	8,54	7,08	1,03	0,32	240	6380
39	0,050	32,60	8,54	7,05	1,07	. 0,55	250	5980

Größere Mengen Titan verursachen eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit, der Gehalt ist daher auf weniger als 1 % beschränkt.

Silizium, Aluminium und Mangan können als Desoxydationsmittel benutzt werden, jedoch führen diese Elemente zu einer Verringerung der remanenten Induktion und einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit. Demgemäß dürfen nur weniger als 1% jedes dieser Elemente anwesend sein, wobei weniger als 0,6% sowohl an Silizium als auch an Mangan und weniger als 0,2% Aluminium die günstigsten Bereiche darstellen.

Die Legierung kann Bor, Calcium, Magnesium in einer Menge von weniger als 1 % eines dieser Elemente zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit enthalten, ohne daß dies zu einer Verschlechterung ihrer magnetischen Eigenschaften führt. Eine Zugabe geringer Mengen an Schwefel, Selen, Blei bewirkt ebenfalls eine Verbesserung der mechanischen Bearbeitbarkeit, wie das an sich bekannt ist.

Die magnetischen Eigenschaften können weiter verbessert werden, wenn man die Legierung einer Kaltbearbeitung unterwirft. Hierzu kann die einer Warmbearbeitung unterworfene Magnetlegierung vom y-Phasenfeld rasch abgekühlt, dann zur Entfernung von Haut oder Schuppen einer Beizbehandlung sowie Streck- und Walzbehandlungen bei Raumtemperatur unterworfen und danach bei einer Temperatur von 500 bis 650° C über einen geeigneten

ίο Zeitraum gealtert werden. Die Kaltbearbeitung führt dazu, daß die Koerzitivkraft etwas abnimmt, sie bewirkt jedoch eine beträchtliche Zunahme der remanenten Induktion, so daß das Maximalenergieprodukt beträchtlich verbessert wird.

is Die Proben 26 und 27 der Tabelle 3 wurden einer Warmwalzbehandlung und dann einer Beizbehandlung und danach einer 70%igen Kaltwalzung unterworfen und dann 1 Stunde bei 600 ⁰C gealtert. Die magnetischen Eigenschaften der erhaltenen Proben sind in der nachstehenden Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Probe Nr.	C % ■	Co %	Ni %	Cr %	Mo %	V o/ /o	Koerzitivkraft Hc, Oe	Remanente Induktion Br, G
26 27	0,027 0,028	32,90 33,16	8,80 8,80	6,40 4,93	1,04 1,05	1 0,77	210 210	10 270 10 270

Es ist ersichtlich, daß die Werte der remanenten Induktion 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.

Beispiele für Entmagnetisierungskurven der verwendeten Magnetlegierungen sind in der F i g. 3 dargestellt. Die Kurvet ist die Entmagnetisierungskurve der Probe 26, die von 950°C rasch abgekühlt und bei einer Temperatur von 600° C 1 Stunde lang gealtert wurde. Die Kurve B zeigt die Entmagnetisierungskurve der Probe 20, die von 950°C rasch abgekühlt und 1 Stunde bei einer Temperatur, von 550⁰C gealtert wurde.

Die F i g. 4 zeigt Entmagnetisierungskurven der Magnetlegierungen nach einer 70%igen Kaltwalzung und nachfolgender Alterung bei 600° C während einer Stunde. Die Kurve C ist die Entmagnetisierungskurve der Probe 26.
Die vorstehenden Erläuterungen und Beispiele zeigen, daß die verwendete Magnetlegierung hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften und der Bearbeitbarkeit mit der eingangs angegebenen Legierung aus 36 bis 62% Kobalt, 6 bis 16% Vanadium, Rest Eisen vergleichbar ist. Sie ist aber wesentlich billiger als diese Legierung.

Die magnetischen Eigenschaften der verwendeten Legierung können durch Änderung der Zusammensetzung innerhalb der angegebenen Bereiche, Wärmebehandlungen oder Berabeitungsmethoden in weiten Bereichen dem speziellen Einsatzgebiet der herzustellenden Dauermagnete angepaßt werden. Die Legierung ist beispielsweise zur Verwendung für halbstationäre Speicher und Hysteresismotoren geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409 5Π/141

Claims (1)

1 2

hoch. Es handelt sich um ein magnetisches Material

Patentanspruch: mit hoher Permeabilität, die über einen beträchtlichen

Bereich der Magnetisierung konstant sein soll. Die

Verwendung einer kaltbearbeitbaren Legierung, Zugabe von Chrom erfolgt zur Erhöhung des spebestehend aus 15 bis 42% Kobalt, 5 bis 16% 5 zifischen Widerstandes, die Erreichung feines hohen Nickel, wobei die Bereiche der prozentualen Widerstandes ist ein wesentliches Ziel der bekannten Anteile von Kobalt und Nickel durch die folgende Legierung. Ferner soll durch den Chromgehalt die Gleichung Anfangspermeabilität erhöht werden. Soweit in den

Co % = [50-2,5 (Ni %)] bis [53-1,5 (Ni %)] Beispielen für diese bekannten Legierungen Koerzitiv-

^{/ v /0/J L v /} ίο kräfte angegeben sind, sind diese sehr gering; an-

miteinander verknüpft sind, 3 bis 9% Chrom, geführt sind Werte von 1,08 und 0,62. Irgendein weniger als 2% Molybdän, weniger als 1% Va- Hinweis auf die Erzeugung hoher Koerzitivkräfte nadin, weniger als 0,1% Kohlenstoff, weniger als findet sich nicht. Magnetische Materialien mit Koer-1 % Silizium, weniger als 1 % Mangan, weniger zitivkräften der angegebenen Größenordnung sind als 1% Aluminium, weniger als 1% eines oder 15 für die erfindungsgemäß beabsichtigte Verwendung mehrerer der Elemente Titan, Niob, Zirkonium, als Werkstoff zur Herstellung von Dauermagneten Rest Eisen, als Werkstoff zur Herstellung von hoher Koerzitivkraft nicht geeignet. Dauermagneten mit einer Koerzitivkraft von Es ist ferner ein alterungshärtbarer martensitischer

mindestens 75 Oersted. Stahl bekannt (britische Patentschrift 936 557), dessen

20 wesentliche Legierungselemente Nickel, Kobalt, Molybdän und Eisen sind. Dabei ist vorgeschrieben, daß die Mengen an Molybdän und Kobalt so aufeinander

abgestimmt sind, daß das Produkt der numerischen

Prozentsätze an Kobalt und Molybdän zwischen 10

25 und 100, vorzugsweise zwischen 15 und 50, liegt. Es

handelt sich um einen Stahl von martensitischer

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Ko- Struktur mit einphasigem «-Gefüge, selbst nach balt-Nickel-Chrom-Eisen-Legierung als Werkstoff zur Durchführung einer Alterung. Irgendeine Erwähnung Herstellung von Dauermagneten. Die erfindungs- magnetischer Eigenschaften findet sich in den Angaben gemäß verwendete Legierung ist leicht kaltbearbeitbar 30 über diesen bekannten Nickel-Kobalt-Molybdän-Stahl und wesentlich billiger als vergleichbare bekannte nicht, erst recht kann keine Verwendbarkeit zur Her-Legierungen, stellung von Dauermagneten hoher- Koerzitivkraft

Es ist eine Legierung aus 36 bis 62% Kobalt, 6 unterstellt werden.

bis 16% Vanadium, Rest Eisen, bekannt, die zu Es ist ferner bekannt (Houdremont, Hand-

Drähten, dünnen Platten od. dgl. verarbeitet und 35 buch der Sonderstahlkunde, 3. Auflage, 1956, insals dauermagnetisches Material für Meßinstrumente besondere S. 966, 1089 und 1231), durch Zusatz ververwendet werden kann. Die Anwendung dieser Le- schiedener Elemente, z. B. von Molybdän zu Wolframgierung hat in jüngerer Zeit in Verbindung mit der und Chrom-Magnetstählen, von Vanadium zu Ma-Entwicklung automatischer Regel- und Steuerver- gnetstählen oder von Titan zu Nickel-Aluminiumfahren eine beträchtliche Ausdehnung gefunden, z. B. 40 Magnetlegierungen, die magnetischen Eigenschaften auf die Gebiete von halbstationären Speichern und zu beeinflussen. Irgendein Anhaltspunkt, daß eine Hysteresismotoren. Bei dieser Legierung handelt es kaltbearbeitbare Kobalt-Nickel-Chrom-Eisen-Legiesich um ein dauermagnetisches Material, das durch rung ganz bestimmter Zusammensetzung besondere rasche Abkühlung und Kaltbearbeitung in eine Eignung zur Verwendung als Werkstoff für die Hera-Phase umgewandelt und dann einer Alterung im 45 stellung von Dauermagneten mit besonders hoher α + y-Zweiphasenfeld zur Ausscheidung von y-Phase Koerzitivkraft haben könnte, ist aus diesen Angaben in der Matrix der «-Phase unterworfen und in dieser nicht herzuleiten.

Weise magnetisch gehärtet worden ist. Diese be- Ferner ist ein Dauermagnet beschrieben worden

kannte Legierung, die vorzugsweise . 50 bis 52 % (schweizerische Patentschrift 165 210), der aus einer Kobalt und 10 bis 14 % Vanadin enthält, ist jedoch 50 ferromagnetischen ausscheidungshärtungsfähigen Eirecht teuer. Dies ist natürlich von beträchtlichem senlegierung besteht, deren Kohlenstoffgehalt höch-Nachteil. stens 0,25% beträgt und die 7 bis 30% mindestens

Weiter ist ein magnetisches Material bekannt (USA.- eines der mittleren Metalle der Gruppe VI des Pe-Patentschrift 1792 483, das 10 bis 80% Nickel, riodischen Systems (Wolfram oder Molybdän) und 5 bis 80% Kobalt, Eisen in einer Menge zwischen 55 daneben 0,5 bis 20% Kobalt enthält und die von 9 und 50 % des gesamten Nickel-Eisen-Kobalt-Gehalts Temperaturen, bei denen die Legierungen zur Haupt- und bis zu 12% Chrom umfaßt und zur Herbei- sache aus homogenen Mischkristallen mit «-Eisen führung unerwünschter magnetischer Eigenschaften bestehen, abgeschreckt und anschließend bei einer bei kleinen Magnetisierungskräften wärmebehandelt Temperatur unterhalb 900⁰C zwecks Ausscheidungsist. Zusätzlich kann das Material wenigstens eines 60 härtung angelassen worden ist. Daneben kann die der Elemente Molybdän, Wolfram, Mangan, Vanadin, Legierung noch weitere Zusätze an Chrom, Vanadin, Titan, Tantal, Zirkon, Kupfer und Silizium enthalten. Aluminium, Silizium, Titan, Mangan, Nickel, Kupfer, Vorzugsweise umfaßt dieses magnetische Material Beryllium sowie geringe Mengen Zirkon, Tantal, 30 bis 60 % Nickel, 10 bis 40 % Eisen, 5 bis 50 % Kobalt Uran enthalten, insgesamt in einer Menge bis zu 25 %. und 1 bis 10% Chrom. Diese bekannten Magnet- 65 Die Verwendung einer Legierung mit 7 bis 30 % minlegierungen umfassen somit ein sehr weites Gebiet destens eines der Elemente Wolfram/Molybdän kommt für Nickel- und Kobaltgehalte, bei den bevorzugten erfindungsgemäß nicht in Betracht, andererseits sind Zusammensetzungen sind die Nickelgehalte recht den Angaben über den bekannten Dauermagnet keine