DE1905917A1 - Verfahren zur Herstellung duktiler Magnetbleche grosser Festigkeit - Google Patents

Verfahren zur Herstellung duktiler Magnetbleche grosser Festigkeit

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DE1905917A1 DE19691905917 DE1905917A DE1905917A1 DE 1905917 A1 DE1905917 A1 DE 1905917A1 DE 19691905917 DE19691905917 DE 19691905917 DE 1905917 A DE1905917 A DE 1905917A DE 1905917 A1 DE1905917 A1 DE 1905917A1
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Description

WE3TINGH0U8E ELECTRIC ^υΟ^Ί/ ^ J>ebr. 1969
CORPOiSATIOH Dr.Sctiz/Pe
Pittsburgh, Pa./USA
68/9234
Verfahren zur Herstellung duktiler Magnetbleche großer Festigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung duktiler Magnetbleche großer Festigkeit, die außerdem eine hohe magnetische Induktion .bei mittleren Feldstärken besitzen.
Magnetbleche dieser Art sind insbesondere für den Aufbau von hochwertigen elektrischen Geräten erforderlich, die bei geringem Gewicht und kleinen Abmessungen eine hohe Leistung erbringen müssBn, wie etwa in Geräten für die Raumfahrt, wobei die in die Geräte eingebauten Teile gleichzeitig auch hohen mechanischen Beanspruchungen zu genügen haben.
Es ist bekannt, daß Magnetlegierungen aus 50 # Eisen und 50 i» Kobalt eine hohe Permeabilität zusammen mit hoher Sättigungsinduktion aufweisen. Legierungen dieser Zusammensetzung müssen jedoch heiß verarbeitet werden, um Bänder oder Bleche daraus herstellen zu können. Bei Raumtemperatur sind die so erhaltenen Bänder oder Bleche aber außerordentlich brüchig, was ihre Verwendbarkeit stark beeinträchtigt.
Um diesen Hachteil zu beseitigen, wurde durch das USA-Patent 1 862 559 vorgeschlagen, zu der bekannten vorerwähnten Eisen-Kobalt -Legierung noch Vanadium in Mengen bis 4 # hinzuzugeben. Eisen-Kobalt-Vanadium-Legierungen dieser Art können kalt bearbeitet werden und zeigen in völlig geglühtem Zustande eine hohe magnetische Induktion bei mittleren magnetischen Feldstärken. Die mechanischen Eigenschaften der so hergestellten Legierungen sind jedoch noch unbefriedigend, da sowohl die erzielte Festigkeit als auch die erreichte Duktilität verhältnismäßig gering sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch daa die Herstellung von Eisen-Kobalt-VanadiuB-Magnetblechen mit hoher magnetischer Induktion bei mittleren Feldstärken ermöglicht wird, wobei gleichzeitig die Werte für die Festigkeit und die Duktilität der Bleche erhöht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine Legierung, die aus 35 bis 65 # Kobalt, 0,5 bis 4 # Vanadium, 0 bis 1 $> Chrom, O bis 1 # Mangan, 0 bis 0,5 # Silizium, Rest Eisen besteht und die einem Ordnungs/Unoränungs-Phänomen unterworfen ist, als Ausgangsmaterial be- L· nutzt, und daß man aus dieser Legierung kalt gewalzte Bleche herstellt, danach diese oder die daraus hergestellten Gegenstände in der Weise wärmebehandelt, daß in ihnen eine teilweise Rekristallisation bewirkt wird, wobei unter teilweiser Rekristallisation zu verstehen ist, daß die Rekristallisation bereits begonnen hat, aber noch nicht mehr als etwa 50 $> des Volumens rekristallisiert sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn man als Ausgangsmaterial eine Legierung aus 2 # Vanadium, 0 bis 1 fo Chrom, 0 bis 1 $ Mangan, 0 bis 0,5 $ Silizium und Rest im wesentlichen gleiche Teile Eisen und Kobalt verwendet.
W Die Wärmebehandlung, mit der eine teilweise Rekristallisation der kaltgewalzten Bleche oder der daraus hergestellten Gegenstände bewirkt werden soll, erfolgt zweckmäßigerweise bei Temperaturen von 670 bis 7600C und während einer Dauer von 3 Minuten bis 1 Stunden.
Bei der Herstellung von Statorringen und Rotorscheiben durch Stanzen aus einem Eisen-Kobalt-Vanadium-Blech der vorerwähnten Zusammensetzung, wobei die Rotorscheiben aus dem beim Stanzen der Statorringe entstehenden kreisförmigen Innenteil ausgestanzt werden und dadurch praktisch nur ein geringer Blechabfall entsteht, werden die Rotorscheiben gemäß der Erfindung wärmebehandelt, um die ge-
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wünschte hohe Festigkeit und große Duktilität zu erreichen, während die Statorringe zur Erzeugung optimaler magnetischer Eigenschaften in bekannter Weise eine bis zur völligen Rekristallisation führende Wärmebehandlung erfahren.
In der nachstehenden Tabelle I ist die chemische Zusammensetzung von 4 Legierungsproben verschiedener Banddicken angegeben.
Die darauf folgende Tabelle II zeigt die Eigenschaften der 0,25 um dicken Legierungsprobe Nr. 1323 nach einer zweistündigen Glühung in trockenem Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen.
- 4 909838/0896
Tabelle
Chemische Analyse in Gewichtsprozenten
to O CO CO CO OO •»s O OO CO cn
Nummer der
Legierungs
probe		 Co Y C S 0 P Si Mn Al Cu Fe Band*-
dicke
mm
1323 49,42 1,98 0,019 0,006 0,0008 <0,005 0,21 0,07 - <0,05 Rest 0,25
1273T 49*14 1,91 0,024 0,005 0,0010 ^0,005 0,22 0,07 0,06 - Rest 0,30
12 9 OB 48,90 1,97 0,015 0,002 0,0004 ^0,005 Os25 0,11 - ^0,05 Rest 0,15
1314 49,21 1,94 0,020 0,008 0,0007 ^0,005 0,25 0,09 - ^0,05 Rest 0,20
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CD
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φ ,O ο U P ca u
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O ^ O O d
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CM CM KS
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Ο O O O
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OCJ O C"- VO CM
PQ
VO τ— CM KS
CM CM CM
cd
OCJ φ O O O
tu E-- O VO
PQ VO C— Γ-
I H
β ^
φ ^
Λ CSJ O
H Φ ν—'
Ü> Ρ»
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-ο-
Aus den Werten der Tabelle II ergibt sich, daß die dort angegebene Eisen-Kobalt-Vanadiuiß-Legierung nach einer Glühung von 2 Stunden bei 70O0C eine S.treckfestigkeit von mehr als 63 kp/mm und eine Duktilität (gemessen durch die Dehnung bei einer Meßlänge von 50 mm) von über 10 i» erreicht hat, während der BgcQ-Wert (die magnetische Induktion bei einer Feldstärke von 250 Oersted) über 23 000 Gauß beträgt. Die Tabelle II zeigt auch, daß eine niedrigere Glüht enspera tür höhere Festigkeitswerte ergibt, die jedoch mit einer wesentlichen Herabsetzung der magnetischen Eigenschaften erkauft worden sind. Das kaltgewalzte. Material hat,- obwohl es ausgezeichnete Festigkeitswerte aufweist, sehr schlechte magnetische Eigenschaften«
Das Verhältnis zwischen Glühtemperatur und den mechanischen sowie magnetischen Eigenschaften der Eisen-Kobalt-Vanadium-Legierung wird in Figur 1 der Zeichnung gezeigt. Von be- · sonderer Bedeutung ist hierbei die Tatsache, daß die dort angegebene Duktilitätskurve eine ausgeprägte Spitze bei 6850G aufweist, woraus die Nützlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens für Anwendungen abgeleitet werden kann, in denen gleichzeitig große Duktilität und große Festigkeit in Eisen-Kobalt-Vanadium-Blechen gefordert werden, wie z.B. in Rotorscheiben bei hohen Drehzahlen.
Die scharfe Spitze in der Duktilitätskurve tritt in diesem Temperaturbereich völlig unerwartet auf, insbesondere deshalb, weil die Duktilität einer kalt bearbeiteten Probe normalerweise mit fortschreitendem Rekristallisationeprozeß zunimmt und das Maximum der Duktilität normalerweise erreicht wird, wenn vollständige Rekristallisation eingetreten ist. Eine Spitze in der Kurve der Duktilitätseigenschaften ist.in diesem Temperaturbereich aus dem weiteren Grunde unerwartet, weil dieser Temperaturbereich in dem Ordnungsgebiet det Legierung liegt und die Ordnung in dieser Legierung, wie in der Fachliteratur allgemein.zum . Ausdruck gebracht wird, mit einer abnehmenden Duktilität verbunden ist«.
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Hinsichtlich der Dauer der Wärmebehandlung sei bemerkt, daß die Wirkung von zunehmender oder abnehmender Glühzeit sich in einer Verschiebung der Kurven in Figur 1 nach links bzw. nach rechts äußert. Dieses Verhalten stellt nur auf andere Weise fest, daß man bei längeren Glühzeiten eine niedrigere G-ltihtemperatur und bei kürzeren Glühzeiten eine höhere Gltihtemperatur wählen muß.
Der Zusammenhang zwischen Gltihzeit und Temperatur in dieses LegierungBsystem wurde eingehend studiert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle III angegeben. Pur diese Untersuchung wurde die Legierungsprobe Nr. 1314 der Tabelle I benutzt. Die Probe wurde bei Temperaturen im Bereich von 685 bis 76O0C geglüht, wobei die Zeitdauer von 3 Minuten bis 7 Stunden variierte.
Wie aus der Tabelle III zu entnehmen ist, beträgt die Streckfestigkeit unter allen Glühbedingungen über 56 kp/mm und für die Duktilität ergibt sich in allen Fällen eine , Dehnung von 10 # oder darüber. Die Koerzitivfeidstärke H. beträgt in jedem Beispiel weniger als 10 Oersted und die magnetische Induktion B2cq erreicht in allen Fällen einen Wert von 23 000 Gauß oder mehr. Durch sorgfältige Wahl der Glühbedingungen sind somit höchst wünschenswerte Kombinationen von mechanischen und magnetischen Eigenschaften erhalten worden.
In der Tabelle IV sind für die handelsüblichen Eisen-Kobalt-Vanadium-Legierungen der Tabelle I einige Werte für die mechanischen und magnetischen Eigenschaften angegeben und zwar nach einer zweistündigen Glühung der Legierungsproben bei einer Temperatur von 7000O.
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Tabelle
III
Wirkung der Wärmebehandlung auf die magnetischen und mechanischen Eigenschaften der Legierungsprobe Nr0 1514.
co ο co oo CO OO
O OO CO <n
Temgeratur Zeit
Minuten		 Streckfe
stigkeit
(kp/mm )		 Bruchfe
stigkeit
(kp/mm )		 Dehnung
bei 50 mm
in $> 		B100
(G)		 B200
(G)		 B250
(G)		 Hc
(Oe)		 Rekristalli
sation in Vo
lumenprozent
760 . 3 75,1 137,8 16 22 500 22 300 23 200 6,3 35
755 3 86,4 157,9 20 22 600 23 000 23 300 8,0 25
720 15 77,8 146,3 20 22 600 23 100 23 200 •7,3 35
710 30 79,9 145,5 19 22 700 23 100 23 100 9,1 20
700 60 77,7 128,8 14 22 400 23 100 . 23 100 • 8,1 35
700 120 6281 109,8 10 22 700 23 100 23 200 5,5 -
700 120 59,9 111,2 12 22 800 22 900 23 000 4,4 40
700 150 58,5.' 108,7 11 22 900· 23 200 23 100 4,1 45
685 420 67,5 ' 133,3 16 22 600 23 000 25 100 7,1 35 _^
CO
OD
cn co
Tabelle IV
Werte nach einer zweistündigen Glühung der Legierungsproben bei 70O0C
Probe
Nr.		 Dicke
mm 		B100
(G)		 B200
(G)		 B250
(G)		 (Og) Streckfe
stigkeit
(kp/mm )		 Bruchfe
stigkeit
(kp/nm )		 Dehnung bei
50 mm in 56
1273T 0,3 22 700 23 000 23 100 . 4,4 5.5,4 102,4 11
1323 0,25 22 600 22 900 23 100 6,1 64,6 117,1 12
1314 0,2 22 700 23 100 23 400 s5'5 62,0 109,8 10
129OB 0,15 22 700 23 000 23 100 5,6 51,9 110,5 11
CO
co
co 00
O 00 co OO
CO O cn co
- ίο - ·
In Figur 2 der Zeichnung ist ein zusammengehöriges Paar von Stator- und Rotorstanzteilen für einen Generator dargestellt, wobei die Stanzteile aus einem einzigen Blech der Magnetlegierung ausgestanzt worden sind. Der Stator-Stanzteil 2 ist ein ringförmiger Teil mit einer Mehrzahl von Leiterschlitzen an der inneren Peripherie des Ringes„ Der Rotor-Stanzteil ist aus dem Blechmaterial herausgearbeitet worden, das nach dem Stanzen des Stator-Stanzteiles in dessen Zentrum ztirückbliebe Der Rotor-Stanzteil weist eine Mehrzahl von Leiterschlitzen 7 an der Peripherie und eine Achsenbohrung 8 im Zentrum der Rotorscheibe auf.
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- 11 -

Claims (2)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung duktiler Magnetbleche großer Festigkeit, die eine hohe magnetische Induktion bei Bittleren magnetischen Feldstärken besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung, die aus 35 bis 65 1° Kobalt, 0,5 bis 4 $> Vanadium, 0 bis 1 # Chrom, 0 bis 1 io Mangan, 0 bis 0,5 # Silizium, Rest Eisen beet eh t, und die einem Ordnungs/Unordnungs-Phänomen unterworfen ist, als Ausgangsmaterial benutzt, und daß man aus dieser Legierung kaltgewalzte Bleche herstellt, danach diese oder die daraus hergestellten Gegenstände in der Weise wärmebehandelt, daß in ihnen eine teilweise Rekristallisation bewirkt wird, wobei unter teilweiser Rekristallisation zu verstehen ist, daß die Rekristallisation bereits begonnen hat, aber noch nicht mehr als etwa 50 $> des Volumens rekristallisiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial eine Legierung aus 2 $ Vanadium, 0 bis 1 $> Chrom, 0 bis 1 $ Mangan, 0 bis 0,5 # Silizium, Rest im wesentlichen gleiche Teile aus Eisen und Kobalt ausgewählt wird.
3β Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung der kaltgewalzten Bleche oder der darauB hergestellten Gegenstände bei Temperaturen von 670 bis 760 C und während einer Dauer von 3 Minuten bis 7 Stunden erfolgt»
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- 12 -
Verfahren nach Ansprüchen 1 Ms 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Statorringen und Rotorscheiben die Rotorscheiben gemäß der Erfindung wärmebehandelt werden, während die Statorringe zur Erzeugung optimaler magnetischer Eigenschaften in bekannter Weise eine bis
zur völligen Rekristallisation führende Wärmebehandlung erfahrene
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