DE1940923B2

DE1940923B2 - Use of a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy with high initial permeability

Info

Publication number: DE1940923B2
Application number: DE19691940923
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.- Phys. 6940 Weinheim Klein; Friedrich Dipl.-Phys. 6454 Bruchkoebel Pfeifer
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1969-08-12
Filing date: 1969-08-12
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE1940923C3; DE1940923A1; FR2049752A5; BE751166A; CH527908A; AT318686B; CA935308A

Description

1515th

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer magnetischen Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung hoher Anfangspermeabilität. The invention relates to the use of a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy of high initial permeability.

Metallische Werkstoffe, die sich durch eine leichte Magnetisierbarkeit auszeichnen, also bereits bei kleinen Feldstärken eine hohe Permeabilität aufweisen, werden vornehmlich in der Schwachstromübertragungstechnik benötigt Sie ermöglichen insbesondere eine raumsparende Bauweise und erbringen z.B. bei Übertragern 2s schon mit geringer Windungszahl eine hohe Induktivität Metallic materials that are easy to magnetize, i.e. even small ones Field strengths with high permeability are mainly used in low-voltage transmission technology They particularly enable a space-saving design and provide 2s for transformers, for example a high inductance even with a small number of turns

Neben der Forderung nach einer hohen Anfangspermeabilität als dem vorrangigen Anwendungskriterium für nachrichtentechnische magnetische Bauelemente jo ergeben sich in der Regel aus deren Funktionsweise zusätzliche Forderungen an die zu verwendenden Werkstoffe.In addition to the requirement for a high initial permeability as the primary application criterion for communications magnetic components jo As a rule, their mode of operation results in additional requirements for the ones to be used Materials.

So ist ein hoher spezifischer elektrischer Widerstand notwendig, um bei vorgegebener Werkstoffabmessung die Wirbelstromverlustanteile möglichst klein zu halten. Dieser Zusatzbedingung genügen die zum Stand der Technik gehörenden höchstpermeablen Legierungen auf Nickel-Eisen-Basis mit 70 bis 80% Nickel nur in unbefriedigender Weise. Ein weiterer Nachteil dieser Werkstoffe, wie auch der bekannten hochpermeablen Legierungen mit 45 bis 65% Nickel ist daß sich die günstigsten Permeabilitätswerte nur dann einstellen, wenn hierzu aufwendige Wärmebehandlungsverfahren mit Sorgfalt durchgeführt werden.A high specific electrical resistance is necessary for a given material dimension to keep the eddy current loss components as small as possible. These additional conditions are sufficient for the status of Highly permeable alloys on a nickel-iron basis with 70 to 80% nickel only in unsatisfactory way. Another disadvantage of these materials, as well as the well-known high permeability Alloys with 45 to 65% nickel mean that the most favorable permeability values are only achieved when if complex heat treatment processes are carried out with care.

Neben diesen beiden Werkstoffgruppen sind auch binäre Eisen-Nickel-Legierungen mit 32 bis 40%, insbesondere mit 35 bis 37% Nickel bekannt, die eine verhältnismäßig hohe Anfangspermeabilität aufweisen und außerdem einen verhältnismäßig hohen spezifisehen Widerstand besitzen (DE-AS 12 73 201; Techn. Mitt Krupp. Forsch.-Ber, Band 23 (1965) Seite 101, Bild 8). Sofern sie mit hinreichend hoher Reinheit hergestellt werden, was vorzugsweise das Erschmelzen im Hochvakuum zur Voraussetzung hat, lassen sich in diesen Legierungen bei einem Magnetfeld von 4 tnA/cm Permeabilitätswerte (j&4-Werte) von mehr als 25,2 mH/m erreichen. Solchen binären Eisen-Nickel-Legierungen haftet aber nicht nur der Nachteil an, daß der erforderliche Reinheitsgrad nur mit erheblichem auf- t>o wand sicherzustellen ist, sie sind außerdem auch nicht in hinreichendem Maße umwandlungsbeständig. Wie aus dem Realdiagramm der binären Eisen-Nickel-Legierungen hervorgeht (vgl. it. B. E. Houdremont »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 3. Auflage (1956) Seite 552), unterliegt selbst 35%iges Nickel-Eisen der martensitischen j>-» «-Umwandlung bereits bei - 100⁰C, also bei einer Temperatur, die nahezu iöirC oberhalb der des flüssigen Stickstoffs liegt und in der Tieftemperaturtechnik häufig unterschritten wird.In addition to these two groups of materials, binary iron-nickel alloys with 32 to 40%, in particular 35 to 37% nickel are known, which have a relatively high initial permeability and also have a relatively high specific resistance (DE-AS 12 73 201; Techn Mitt Krupp. Forsch.-Ber, Volume 23 (1965) page 101, Fig. 8). If they are produced with a sufficiently high degree of purity, which is preferably a requirement of melting in a high vacuum, permeability values (j & 4 values) of more than 25.2 mH / m can be achieved in these alloys with a magnetic field of 4 tnA / cm. Such binary iron-nickel alloys not only have the disadvantage that the required degree of purity can only be ensured with considerable effort, they are also not sufficiently resistant to transformation. As can be seen from the real diagram of the binary iron-nickel alloys (see it. BE Houdremont "Handbuch der Sonderstahlkunde", 3rd edition (1956) page 552), even 35% nickel-iron is subject to the martensitic j> - »« conversion already at - is often below 100 ⁰ C, ie at a temperature above that of liquid nitrogen is almost iöirC and cryogenics.

Aus der US-PS 29 30 725 ist ferner eine Nickel-Eisen-Legierung mit 28,4 bis 32,5% Nickel bekannt, die noch bis zu 6% Kupfer, bis zu 10% Molybdän und bis zu 6% Mangan enthalten kann. Die Transformationstemperatur, bei der eine irreversible martensitische Umwandlung stattfindet kann bei dieser Legierung innerhalb eines Temperaturintervalls von etwa -62° bis -129°C auf einen bestimmten Wert eingestellt werden, wobei die Temperaturdifferenz zwischen Curietemperatur und Transformationstemperatur im Vordergrund des Interesses steht Da die als thermokompensierend bezeichnete Legierung zur Kompensation von Temperatureinflüssen bei magnetischen Meßinstrumenten verwendet werden soll, kommt es wesentlich auf eine bestimmte Temperaturabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften, beispielsweise der Induktion an.From US-PS 29 30 725 a nickel-iron alloy is also with 28.4 to 32.5% nickel known, which still contains up to 6% copper, up to 10% molybdenum and up to 6% May contain manganese. The transformation temperature at which an irreversible martensitic transformation occurs can take place with this alloy within a temperature range of approximately -62 ° to -129 ° C can be set to a certain value, the temperature difference between Curie temperature and Transformation temperature is in the foreground of interest because it is referred to as thermocompensating Alloy used to compensate for temperature effects in magnetic measuring instruments is to be, it depends essentially on a certain temperature dependence of the magnetic properties, for example induction.

Weiterhin sind aus der US-PS 17 57 178 hochohmige weichmagnetische Legierungen auf Eisen-Nickel-Basis bekannt die 30 bis 70% Nickel, Spuren bis 20% eines den elektrischen Widerstand erhöhenden Elementes, beispielsweise Molybdän, Rest Eisen enthalten. Diese bekannten Legierungen weisen eine konstante Permeabilität über einen weiten Feldstärkenbereich jedoch nur eine relativ geringe Anfangspermeabilität auf. Werkstoffe mit diesen Eigenschaften eignen sich daher insbesondere für die induktive Belastung von Telefonleitungen. Furthermore, from US-PS 17 57 178 high-resistance soft magnetic alloys based on iron-nickel known the 30 to 70% nickel, traces up to 20% of an element increasing the electrical resistance, for example molybdenum, the remainder iron. These known alloys have a constant permeability However, it has only a relatively low initial permeability over a wide field strength range. Materials with these properties are therefore particularly suitable for the inductive loading of telephone lines.

Schließlich sind aus der DE-PS 7 53 093 noch magnetische Eisen-Nickel-Legierungen mit beispielsweise 35 bis 80% Nickel, 1 bis 25% Molybdän, Mangan oder Silizium, Rest Eisen bekannt Diese Legierungen weisen eine hohe Anfangspermeabilität auf, wenn sie sich nach der Schlußglühung im Zustand der Sammelrekristallisation befinden. Über die Beständigkeit dieser Legierungen gegenüber martensitischer Umwandlung finden sich jedoch keine Angaben.Finally, from DE-PS 7 53 093 magnetic iron-nickel alloys with, for example 35 to 80% nickel, 1 to 25% molybdenum, manganese or silicon, remainder iron known These alloys have a high initial permeability if they are in the state of collective recrystallization after the final annealing are located. About the resistance of these alloys to martensitic transformation however, there is no information.

Durch die Erfindung soll eine weichmagnetische Legierung zur Verfügung gestellt werden, die die eingangs genannten Forderungen nach einer hohen Anfangspermeabilität einem großen spezifischen elektrischen Widerstand und einer hinreichenden Umwandlungsbeständigkeit auch bei Temperaturen unterhalb von-100° C erfülltThe invention is intended to provide a soft magnetic alloy which has the initially mentioned requirements for a high initial permeability to a large specific electrical Resistance and a sufficient resistance to transformation even at temperatures below of -100 ° C fulfilled

Dies wird erreicht durch die erfindungsgemäße Verwendung einer magnetischen Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung hoher Anfangspermeabilität mit 33 bis 35% Nickel und 1 bis 4% Molybdän, sowie insgesamt bis zu 1% Verarbeitungs- und Desoxidationszusätzen, Rest Eisen, wobei sich diese Legierung nach der Schlußglühung im Zustand der Sammelrekristallisation befindet als ein gegenüber martensitischer Umwandlung bis zur Temperatur des flüssigen Stickstoffs beständiger Werkstoff. This is achieved by using a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy according to the invention high initial permeability with 33 to 35% nickel and 1 to 4% molybdenum, as well as a total of up to 1% processing and deoxidation additives, the remainder iron, with this alloy after the final annealing is in the state of collective recrystallization than a martensitic transformation up to Temperature of liquid nitrogen resistant material.

Für diesen Zweck wird die genannte Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung zunächst in den Zustand der Sammelrekristallisation gebracht Ein solcher GefUgezustand läßt sich erzielen, indem der Werkstoff vor seiner Verwendung mindestens 92% vorzugsweise über 95%, kaltverformt und in einer nichtoxidierendeh Atmosphäre im Temperaturbereich von 1050 bis 1250° C, vorzugsweise oberhalb 1150⁰C, schlußgeglüht wird.For this purpose, the aforementioned iron-nickel-molybdenum alloy is first brought into the state of collective recrystallization. Such a structural state can be achieved by cold-working the material at least 92%, preferably over 95%, and in a non-oxidizing atmosphere in the temperature range of 1050-1250 ° C, preferably above 1150 ⁰ C, final anneal is.

Anhand der nachstend genannten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using the exemplary embodiments mentioned below.

Durch Erschmelzen im Vakuum (unter einem Gasdruck von ungefähr 6,7 Pa) würden vier Legierün-Melting in a vacuum (under a gas pressure of about 6.7 Pa) would result in four alloy

gen auf Eisen-Nickel-Basis hergestellt, deren Zusammensetzung in Gewichtsprozent in der folgenden Tabelle angegeben istgenes manufactured on an iron-nickel basis, their composition in percent by weight in the following Table is given

Leg.Leg. Zusammensetzung inComposition in MoMon MnMn Gew.-%Wt% AnfangsAt first 00 0,30.3 permeabilität μ\ permeability μ \ Nr.No. NiNi 1.01.0 0,40.4 Fe«)Fe «) bei 25"C (mH/m)at 25 "C (mH / m) 7575 34,634.6 1313th 0,40.4 Restrest 21,421.4 7979 34,634.6 2.02.0 0,40.4 Restrest 30,230.2 8383 34,534.5 bis 0,03up to 0.03 SLSL Restrest 47,947.9 8484 35,535.5 Restrest 17,617.6 *)*) Fe mit 0,02Fe with 0.02

Die Schmelzblöcke wurden zunächst auf eine Dicke von ymm heißverarbeitet, danach bei 700° C zwischengeglüht, anschließend auf eine Dicke von 0,1 mm kaltgewalzt und auf eine Breite von 10 mm geschnitten. Aus den so erhaltenen Bindern wurden Ringkerne mit einem Außendurchmesser von 35 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm gewickelt, die dann einer lOstündigen Schlußglühung bei 1200⁰C in trockenem Wasserstoff unterworfen wurden. Nach dieser Schlußbehandlung war das Gefüge aller Legierungen sekundärrekristallisiert The melt blocks were first hot-processed to a thickness of ymm, then intermediate annealed at 700 ° C., then cold-rolled to a thickness of 0.1 mm and cut to a width of 10 mm. From the thus obtained ring binders cores were mm with an outer diameter of 35 and wound an inner diameter of 10 mm, which were then subjected to a final annealing at 1200 lOstündigen ⁰ C in dry hydrogen. After this final treatment, the structure of all alloys was secondary recrystallized

Die Permeabilität μ« der verwendungsbereiten Ringkerne wurde bei einer Feldstärke von 4 mA/cm und einer Frequenz von 50 Hz mit einem Ferrometer bestimmt; sie entspricht praktisch der Anfangspermeabilität dieser Legierungen. Die bei 25° C erhaltenen /*4-Werte sind in der letzten Spalte der Tabelle wiedergegeben. Aus den Meßergebnissen folgt unter anderem, daß im erfindungsgemäßen Konzentrationsbereich die Anfangspenneabilität von Eisen-Nickel-Legierungen durch den Zusatz von Molybdän stark ansteigt So erhöht sich insbesondere die Anfangspermeabilität von Eisen-Nickel mit 34,5% Nickel durch den Zusatz von 13% Molybdän um mehr als das Doopeke und erreicht mit 473 m H/m überraschenderweise einen Wert, der beträchtlich über dem erzielten /*4-Wert der vorerwähnten binären Eisen-Nickel-Legierungen mit 35 bis 37% Nickel liegtThe permeability μ «of the ready-to-use toroidal cores was at a field strength of 4 mA / cm and a frequency of 50 Hz with a ferrometer certainly; it corresponds practically to the initial permeability of these alloys. The ones obtained at 25 ° C / * 4 values are given in the last column of the table. From the measurement results it follows below Among other things, that in the concentration range according to the invention, the initial permeability of iron-nickel alloys increases sharply due to the addition of molybdenum. In particular, the initial permeability increases of iron-nickel with 34.5% nickel by the addition of 13% molybdenum by more than the Doopeke and surprisingly reaches a value of 473 m H / m, which is considerably higher than the achieved / * 4 value of the the aforementioned binary iron-nickel alloys with 35 to 37% nickel

ίο Vorteilhafterweise besitzen die erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Nickel-Molybdän-Legierungen auch einen größeren spezifischen Widerstand als entsprechende molybdänfreie Werkstoffe. So hat z. B. die unter Nr. 83 genannte Legierung mit 13%ίο Advantageously, according to the invention have to iron-nickel-molybdenum alloys also have a greater specific resistance than corresponding molybdenum-free materials. So has z. B. the alloy mentioned under no. 83 with 13%

is Molybdän einen spezifischen elektrischen Widerstand von 032 Ohm mm²/m, .eIso einen Widerstand, der um rund 8% höher ist als der einer molybdänfreienMolybdenum has a specific electrical resistance of 032 ohms mm ² / m, ie a resistance that is around 8% higher than that of a molybdenum-free

Iron-nickel alloy with the same nickel content Cooling tests showed that the invented

dungsgemäß zu verwendenden Legierungen selbst bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffes umwandlungsbeständig sind, wogegen unter den gleichen Bedingungen z. B. eine binäre Eisen-Nickel-Legierung mit 33,4% Nickel sofort martensitisch umwandelt.According to the alloys to be used, they are resistant to transformation even at the temperature of liquid nitrogen are, whereas under the same conditions z. B. a binary iron-nickel alloy immediately martensitic with 33.4% nickel.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Nikkel-Molybdän-Legierungen eignen sich infolge ihrer besonderen Eigenschaften — Umwandlungsbeständigkeit bis zur Temperatur des flüssigen Stickstoffs, großer spezifischer elektrischer Widerstand, hohe Anfangsper-The iron-nickel-molybdenum alloys to be used according to the invention are suitable due to their special properties - conversion resistance up to the temperature of liquid nitrogen, high specific electrical resistance, high initial permeability

meabilität — insbesondere für Übertrager, Wandler oder Abschirmungen, wenn diese, wie beispielsweise in der Tieftemperaturtechnik, bis zu tiefen Temperaturen betrieben werden müssen.meability - especially for transformers, converters or shields, if these, as for example in the low-temperature technology, must be operated down to low temperatures.

Claims

Claim:

Use of a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy with high initial permeability with 33 to 35% nickel and 1 to 4% molybdenum, as well as a total of up to 1% processing and deoxidation additives and the remainder iron, this alloy being in the state of after the final annealing Collective recrystallization is located as an opposite martensitic transformation up to temperature material resistant to liquid nitrogen.