DE19514889C2

DE19514889C2 - Verfahren zur Herstellung metallischer Halbzeuge

Info

Publication number: DE19514889C2
Application number: DE19514889A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Roth
Original assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 1995-04-22
Filing date: 1995-04-22
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2015-04-23
Also published as: WO1996034118A1; US5882445A; EP0770148A1; JPH10502708A; EP0770148B1; DE19514889A1; JP4134293B2; DE59601178D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallurgischen Verfahrenstechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung kristalliner metallischer Halbzeuge, wie Bänder oder Drähte, aus schwerkaltumformbaren Werkstoffen.

Das Verfahren ist beispielsweise zur Herstellung von Halbzeug aus Co, aus FeSi-Legierungen mit 6,5 Gew.-% Si oder aus FeCo- Legierungen mit < 30 Gew.-% Co anwendbar.

Einige Metalle und viele Legierungen von technischem Interesse lassen sich nicht oder nur sehr aufwendig durch Umformung in die gewünschte Halbzeugform bringen. So ist beispielsweise die Herstellung von Draht aus hochreinem Kobalt durch Umformung schwierig. Problematisch ist auch die Umformung von FeSi-Legie rungen mit mehr als 4,5% Silizium zu Halbzeug, die als weichmagnetische Werkstoffe Verwendung finden. Allgemein trifft diese Schwerumformbarkeit auf solche Legierungen zu, die hauptsächlich aus Übergangsmetallen bestehen, besonders aber auf solche, die geordnete Gitterstrukturen aufweisen.

In der EP 0 390 160 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von texturiertem Elektroblech aus einer FeSi-Legierung mit 2,5 bis 4,5% Si beschrieben. Die Ausgangslegierung enthält neben anderen Elementen auch einen geringen Zusatz von 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff. Der Kohlenstoff wird hierbei zugesetzt, um bei der Umformung des Werkstoffs günstige Keime für die Texturbildung zu erzeugen. Diese Ausgangslegierung wird auf dem Wege der Kaltumformung zu Elektroblech verarbeitet. Der Kohlenstoffzusatz, der im Nebeneffekt auch eine unbedeutende Absenkung der Schmelztemperatur des Werkstoffs bewirkt, wird nach der Kaltumformung aus dem Halbzeug entfernt. Die bei diesem Verfahren eingesetzte Ausgangslegierung mit maximal 4,5% Si besitzt gerade noch eine ausreichende Kaltumformbarkeit; für FeSi-Legierungen mit höheren Si- Gehalten, die schwerkaltumformbar sind, ist dieses Verfahren nicht brauchbar.

Zur Herstellung von metallischer Halbzeuge ist es auch bekannt, diese in Band- oder Drahtform direkt aus der Schmelze mittels einem der Verfahren der Rascherstarrung zu erzeugen, wobei jedoch ein amorphes Halbzeug entsteht (DE 23 64 131). Allerdings ist die Anwendung dieses Verfahrens dann problematisch, wenn der zu verarbeitende Werkstoff einen hohen Schmelzpunkt (etwa oberhalb 1400°C) besitzt, wie beispielsweise bei FeSi- und FeCo-Legierungen mit hohen Si- bzw. Co-Gehalten (DE 34 42 009 C2), da in diesem Falle die Ausrüstungen zur Rascherstarrung aus sehr teuren und schwer zu bearbeitenden Werkstoffen hergestellt werden müssen und/oder schnell verschleißen. Dies führt zu hohen Fertigungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine technologisch beherrschbare und kostengünstige Herstellung kristalliner metallischer Halbzeuge, wie Bänder oder Drähte, aus schwerkaltumformbaren Werkstoffen, wie z. B. Co, FeSi-Legierungen mit 6,5 Gew.-% Si oder FeCo- Legierungen mit < 30 Gew.-% Co, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den Patentan sprüchen beschriebenen Herstellungsverfahren gelöst.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) dem Werkstoff zur Absenkung des Schmelzpunktes auf eine Temperatur < 1400°C zunächst ein oder mehrere schmelzpunkterniedrigende Elemente zulegiert werden,

b) danach von der Legierung mit dem erniedrigten Schmelzpunkt das Halbzeug in Band- oder Drahtform direkt aus der Schmelze mittels Rascherstarrung erzeugt wird und

c) schließlich die dem Werkstoff in der Verfahrensstufe a) zu legierten Elemente aus dem Halbzeug durch eine Wärmebehandlung in reaktiver Atmosphäre bis auf unvermeidlich verbleibende Spuren wieder extrahiert werden.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird in der Verfahrensstufe a) dem Werkstoff mindestens ein Element aus der durch die Elemente Bor, Kohlenstoff und Phosphor gebildeten Gruppe zulegiert.

Als reaktive Atmosphäre kann in der Verfahrensstufe c) für die Wärmebehandlung des Halbzeugs Wasserstoff verwendet werden. Vorteilhaft ist es, wenn das Halbzeug zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000°C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwi schen 1000 und 1250°C wärmebehandelt wird.

Zweckmäßig ist es, wenn die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung des Halbzeugs kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn in der Verfahrensstufe c) das Halbzeug bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950°C während einer Dauer von 1,5 bis 4 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 950 bis 1120°C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt wird. Die dabei während der Wärmebehandlung von der Wasserstoffatmosphäre aufgenommenen gasförmigen Verbindungen sollten durch Spülen mit frischem Wasserstoff aus dem Wärmebehandlungsraum heraustransportiert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Voraussetzungen geschaffen, um auf rationelle, kostengünstige Weise hoch schmelzende, schwerkaltumformbare metallische Werkstoffe zu Halbzeug, wie Bänder oder Drähte, zu verarbeiten. Vorteilhaft ist dabei auch, daß das Verfahren mit herkömmlichen metallurgischen Anlagen durchführbar und einfach zu handhaben ist.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Zu reinem Kobalt werden 4,4 Masse-% Bor zulegiert. Der Schmelz punkt dieser Kobalt-Bor-Legierung liegt bei 1105°C, ist also gegenüber dem Schmelzpunkt des reinen Kobalts von 1495°C deutlich verringert. Aus dieser Legierung wird mittels Rascherstarrung 0,022 mm dickes und 10 mm breites Band hergestellt. Dieses Band wird zunächst bei 900°C für 2 Stunden unter feuchtem strömenden Wasserstoff wärmebehandelt. Dadurch verringert sich der Borgehalt auf 0,27 Masse-%. Nach einer weiteren Wärmebehandlung unter trockenem strömenden Wasserstoff bei 1100°C für 2 Stunden verringert sich der Borgehalt auf 0,01 Masse-%. Das so erhaltene Band hat duktile Eigenschaften.

Beispiel 2

Zu einer FeSi-Legierung mit einem Si-Gehalt von 8,1 Masse-% Si und einem Schmelzpunkt von 1380°C, welche als weichmagneti scher Werkstoff verwendbar ist, werden weitere 2,1 Masse-% Bor zulegiert. Die entstandene 7,9 Si- 2,0 B- Rest Fe-Legierung besitzt einen Schmelzpunkt von 1150°C. Danach wird direkt aus einer Schmelze dieser Legierung mittels Rascherstarrung 0,022 mm dickes amorphes Band erzeugt. Dieses Band wird nach folgend in einem Glühofen 2 Stunden bei einer Temperatur von 900°C in feuchtem Wasserstoff und abschließend weitere 2 Stunden bei einer Temperatur von 1100°C in trockenem Wasser stoff wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung wird das Bor aus der Legierung freigesetzt und geht mit der Wasserstoffatmo sphäre eine gasförmige Verbindung ein. Diese Verbindung wird durch ein ständiges Spülen mit frischem Wasserstoff aus dem Ofenraum heraustransportiert.

Das erhaltene Fe-8,1%Si-Band ist als weichmagnetisches Material verwendbar. Seine Koerzitivfeldstärke H_c beträgt 40 A/m. Der Borgehalt des Bandes liegt unter 0,01 Masse-%.

Beispiel 3

Einer Fe-Si-Legierung mit einem Si-Gehalt von 7,0 Masse-% Si werden 1,8 Masse-% Bor zugesetzt. Dadurch verringert sich der Schmelzpunkt der Legierung von 1415°C auf 1160°C. Aus dieser Legierung wird mittels Rascherstarrung Band mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,024 mm hergestellt. Nach einer ersten Wärmebehandlung bei 900°C für 2 Stunden unter feuchtem strömenden Wasserstoff und einer zweiten Wärmebehandlung unter trockenem strömenden Wasserstoff bei 1100°C für 2 Stunden hat das Material einen Borgehalt von < 0,01 Masse-%. Das so hergestellte Band weist eine Koerzitivfeldstärke H_c von 35 A/m auf. Die Magnetostriktion ist < 0,1 ppm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung kristalliner metallischer Halbzeuge, wie Bänder oder Drähte, aus schwerkaltumformbaren Werkstoffen, wie z. B. Co, FeSi-Legierungen mit 6,5 Gew.-% Si oder FeCo-Legierungen mit < 30 Gew.-% Co, wobei

a) dem Werkstoff zur Absenkung des Schmelzpunktes auf eine Temperatur < 1400°C zunächst ein oder mehrere schmelzpunkterniedrigende Elemente zulegiert werden,
b) danach von der Legierung mit dem erniedrigten Schmelzpunkt das Halbzeug in Band- oder Drahtform direkt aus der Schmelze mittels Rascherstarrung erzeugt wird und
c) schließlich die dem Werkstoff in der Verfahrensstufe a) zulegierten Elemente aus dem Halbzeug durch eine Wärmebehand lung in reaktiver Atmosphäre bis auf unvermeidlich verbleibende Spuren wieder extrahiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe a) dem Werkstoff mindestens ein Element aus der durch die Elemente Bor, Kohlenstoff und Phosphor gebildeten Gruppe zulegiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe c) für die Wärmebehandlung des Halbzeugs Wasserstoff als reaktive Atmosphäre verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe c) das Halbzeug zunächst in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 850 und 1000°C und anschließend in trockenem Wasserstoff bei einer Temperatur zwi schen 1000 und 1250°C wärmebehandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatmosphäre während der Wärmebehandlung des Halbzeugs kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Spülen erneuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe c) das Halbzeug bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis 950°C während einer Dauer von 1,5 bis 4 Stunden in feuchtem Wasserstoff und abschließend bei einer Temperatur im Bereich von 950 bis 1120°C während einer Dauer von mindestens 1,5 Stunden in trockenem Wasserstoff wärmebehandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Wärmebehandlung von der Wasserstoffatmosphäre auf genommenen gasförmigen Verbindungen durch Spülen mit frischem Wasserstoff aus dem Wärmebehandlungsraum heraustransportiert werden.