DE1940923C3

DE1940923C3 - Use of a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy with high initial permeability

Info

Publication number: DE1940923C3
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: 1980-08-21
Also published as: CA935308A; FR2049752A5; BE751166A; DE1940923B2; DE1940923A1; CH527908A; AT318686B

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung einer magnetischen Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung hoher AnfangspermeabilitätThe 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 schon mit geringer Windungszahl eine hohe InduktivitätMetallic 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 allow in particular a space-saving design and provide z. B. with transformers a high inductance even with a small number of turns

Neben der Forderung nach einer hohen Anfangspermeabilität als dem vorrangigen Anwendungskriteriuin für nachrichtentechnische magnetische Bauelemente 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 magnetic communications components, this usually results from their mode of operation additional requirements for the materials to be used.

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 mA/cm Permeabilitätswerte (//«-Werte) von mehr als 25,2 mH/m erreichen. Solchen binären Eisen-Nickel-Legierungen haftet aber nicht nur der Nachteil aii. daß der erforderliche Reinheitsgrad nur mit erheblichem aufwand sicherzustellen ist sie sind außerdem auch nicht in hinreichendem Maße umwandlungsbeständig. Wie aus dem Realdiagramm der binären Eisen-Nickel-Legierungen hervorgeht (vgl. z. B. E. Houdremont »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 3. Auflage (1956) Seite 552), unterliegt selbst 35%iges Nickel-Eisen der martensitischen γ -*■ «-Umwandlung bereits bei — 100⁰C, also bei einer Temperatur, die nahezu 100⁰C oberhalb der desIn 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 of more than 25.2 mH / m can be achieved in these alloys with a magnetic field of 4 mA / cm . Such binary iron-nickel alloys are not only subject to the disadvantage aii. 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, for example, BE Houdremont "Handbuch der Sonderstahlkunde", 3rd edition (1956) page 552), even 35% nickel-iron is subject to the martensitic γ - * ■ « -Conversion already at - 100 ⁰ C, i.e. at a temperature that is almost 100 ⁰ C above that of the

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4141 flüssigen Stickstoffs liegt und in der Tieftemperaturtechnik häufig unterschritten wird.liquid nitrogen and is often undercut in low-temperature technology.

Aus der US-PS 29 30 725 ist ferner eine Nickel-Eisen-Legierung nut 28,4 bis 32£% 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 iateresses 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 nut 28.4 to 32 £% nickel is also known can contain up to 6% copper, up to 10% molybdenum and up to 6% manganese. The transformation temperature at which an irreversible martensitic transformation takes place in this alloy can be within a temperature interval of about -62 ° to -129 ° C can be set to a certain value, wherein the temperature difference between the Curie temperature and Transformation temperature is in the foreground of the iateresse because the alloy called thermocompensating is used to compensate for temperature influences 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. However, these known alloys only have a constant permeability over a wide field strength range a relatively low initial permeability. Materials with these properties are therefore suitable especially 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, DE-PS 7 53 093 also discloses magnetic iron-nickel alloys with, for example, 35 to 80% nickel, 1 to 25% molybdenum, manganese or silicon, the remainder iron known. These alloys have a high initial permeability when they are in the state of collective recrystallization after the final annealing. About the persistence of this However, there is no information on alloys with regard to martensitic transformation.

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 erfüllt.The invention is intended to provide a soft magnetic alloy which has the Requirements mentioned at the beginning for a high initial permeability, a high specific electrical resistance and 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 the inventive use of a magnetic iron-nickel-molybdenum alloy with a high initial permeability of 33 to 35% nickel and 1 to 4% molybdenum, as well as a total of up to 1% processing and deoxidation additives, the rest Iron, whereby this alloy is in the state of collective recrystallization after the final annealing, as a material that is resistant to martensitic transformation up to the temperature of liquid nitrogen.

Für diesen Zweck wird die genannte Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung zunächst in den Zustand der Sammelrekristallisation gebracht. Ein solcher Gefügezustand läßt sich erzielen, indem der Werkstoff vor seiner Verwendung mindestens 92% vorzugsweise über 95%, kaltverformt und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre im Temperaturbereich von 1050 bis 1250⁰C, 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 microstructure can be achieved by the material prior to its use at least 92%, preferably over 95%, cold deformed and in a non-oxidizing atmosphere in the temperature range from 1050 to 1250 ⁰ C, preferably above 1150 ⁰ C, is finally annealed.

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) wurden vier Legierun-By melting in a vacuum (under a gas pressure of about 6.7 Pa) four alloys were

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 ßt permeability ß Nr.No. NiNi 1,01.0 0,40.4 Fe*)Fe *) bei25°C(mH/m)at 25 ° C (mH / m) 7575 34,634.6 1,91.9 0,40.4 Restrest 21,421.4 7979 34,634.6 2,02.0 0,40.4 Restrest 30,230.2 8383 34^34 ^ Fe mit 0,02 bis 0,03Fe with 0.02 to 0.03 Si.Si. Restrest 47,947.9 8484 35,535.5 Restrest 17,617.6

Die Schmelzblocke wurden zunächst auf eine Dicke von 2,5 mm heißverarbeitet, danach bei 700⁰C zwischengeglüht, anschließend auf eine Dhke von 0,1 mm kaltgewalzt und auf eine Breite von 10 mm geschnitten. Aus den so erhaltenen Bändern wurden Ringkerne mit einem Außendurchmesser von 35 mm und einem Innendurchmesser von 10 mm gewickelt, die dann einer lOstündigen SchlußglOhung bei 1200° C 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 2.5 mm, then intermediately annealed at 700 ⁰ C, then cold-rolled to a Dhke mm by 0.1 mm and cut to a width of 10 degrees. Toroidal cores with an outside diameter of 35 mm and an inside diameter of 10 mm were wound from the tapes obtained in this way, and these were then subjected to a final annealing for 10 hours at 1200 ° 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 ,a.4-Werte sind in der letzten Spalte der Tabelle wiedergegeben. Aus den Meßergebnissen folgt unter anderem, daß im erfindungsgemäßen Konzentrationsbereich die Anfangspermeabilität von Eisen-Nickel-Legierungen durch den Zusatz von Molybdän stark ansteigt So erhöht sich insbesondere die Anfangspermsabilität von Eisen-Nickel mit 34,5% Nickel durch den Zusatz von 1,9% Molybdän um mehr als das Doppelte und erreicht mit 47,9 m H/m überraschenderweise einen Wert, der beträchtlich über dem erzielten μ₄-Wert der vorerwähnten binären Eisen-Nickel-Legierungen mit 35 bis 37% Nickel liegtThe permeability μ, * of the ready-to-use toroidal cores was determined with a ferrometer at a field strength of 4 mA / cm and a frequency of 50 Hz; it corresponds practically to the initial permeability of these alloys. The a.4 values obtained at 25 ° C. are shown in the last column of the table. From the measurement results it follows, among other things, that in the concentration range according to the invention the initial permeability of iron-nickel alloys increases sharply through the addition of molybdenum. In particular, the initial permeability of iron-nickel with 34.5% nickel increases through the addition of 1.9%. Molybdenum more than doubled and, at 47.9 m H / m, surprisingly reached a value that was considerably higher than the μ ₄ value achieved for the aforementioned binary iron-nickel alloys with 35 to 37% nickel

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 1,9% Molybdän einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,92 Ohm mmVm, also einen Widerstand, der um rund 8% höher ist als der einer molybdänfreien h'isen-Nickel-Legierung mit gleichem Nickelgehalt.Advantageously, the iron-nickel-molybdenum alloys to be used according to the invention have them also have a higher specific resistance than corresponding molybdenum-free materials. So has z. B. the alloy mentioned under no. 83 with 1.9% molybdenum has a specific electrical resistance of 0.92 Ohm mmVm, i.e. a resistance that is around 8% higher than that of a molybdenum-free one Iron-nickel alloy with the same nickel content.

In Abkühlungsversuchen zeigte sich, daß die erfin-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 the temperature of liquid nitrogen are resistant to transformation, whereas under the same Conditions e.g. B. immediately martensitically converts a binary iron-nickel alloy with 33.4% nickel.

2> 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-2> The iron-nickel-molybdenum alloys to be used according to the invention are suitable due to their special properties - resistance to transformation up to the temperature of liquid nitrogen, high specific electrical resistance, high initial permeability

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

Claims

Patentanspruch:Claim:

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 und 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.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, these being Alloy is in the state of collective recrystallization after the final annealing, as opposed to one Martensitic transformation up to the temperature of liquid nitrogen resistant material.