DE19515257A1

DE19515257A1 - Use of a soft magnetic nickel-iron alloy with high saturation induction and Vickers hardness for relay parts

Info

Publication number: DE19515257A1
Application number: DE19515257A
Authority: DE
Inventors: Wernfried Behnke
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1996-10-31
Also published as: DE59607608D1; EP0740313A1; EP0740313B1; ATE205329T1; ES2162960T3

Abstract

The alloy is hardened by heat treatment and contains one or more of the elements Ti and Nb, the normal deoxidation additives and the normal smelting impurities. A saturation inductance of above 1 Tesla simultaneous with a Vickers hardness of above 150 HV is obtained by using between 40 and 55 % by weight of Ni, between 0.5 and 6 % by weight of Ti and between 0 and 5 % by weight of Nb, with the combined contact of Ti and Nb being above 2%.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer weichmagneti schen, durch Wärmebehandlung aushärtbaren Ni-Fe Legierung für Relaisteile mit Zusätzen aus einem oder mehrerer der Elemente Titan und Niob, die übliche Desoxidationszusätze und normale Schmelzverunreinigungen enthalten kann.The invention relates to the use of a soft magnet Ni-Fe alloy that can be hardened by heat treatment for relay parts with additives from one or more of the Elements titanium and niobium, the usual deoxidation additives and may contain normal melt contaminants.

Aus dem Buch "Weichmagnetische Werkstoffe", 3. Aufl. 1977, S. 124, 126, 200 bis 205 sowie S. 288 ist es bekannt, hochnickelhaltige Legierungen, wie beispielsweise RECOVAC 100, (S. 288) für Relaisteile einzusetzen. Diese zeichnen sich durch eine besonders hohe Permeabilität aus, so daß sie für empfindliche Relais gut geeignet sind. Aber auch Legierungen mit geringerem Nickelanteil im Bereich von 45 bis 50% werden für diesen Zweck eingesetzt, wie auf S. 126 der angegebenen Literaturstelle bei PERMENORM 5000 H3 hervorgeht. Dieser Werkstoff besitzt eine relativ hohe Sättigung, so daß mit wenig elektrischer Energie hohe Kräfte zum Schalten des Relais aufgebracht werden können.From the book "Soft Magnetic Materials", 3rd edition 1977, P. 124, 126, 200 to 205 and p. 288 it is known high nickel alloys such as RECOVAC 100, (p. 288) for relay parts. Draw this are characterized by a particularly high permeability, so that they are well suited for sensitive relays. But also Alloys with a lower nickel content in the range of 45 up to 50% are used for this purpose, as on p. 126 the indicated literature at PERMENORM 5000 H3 emerges. This material has a relatively high Saturation, so that high with little electrical energy Forces to switch the relay can be applied.

Weiterhin verwendet man auch Nickel-Eisen-Legierungen mit einem Nickelgehalt zwischen 35 und 40% Nickel für solche Relaisteile, bei denen die magnetischen Eigenschaften weniger eine Rolle spielen, als die Verarbeitbarkeit des Materials.Nickel-iron alloys are also used a nickel content between 35 and 40% nickel for such Relay parts where the magnetic properties play less of a role than the workability of the Materials.

Bei hochnickelhaltigen Legierungen zur Anwendung für Magnetköpfe ist es zur Erzielung einer hohen Permeabilität bei gleichzeitig hoher Härte zur Verminderung des Ver schleißes des Magnetkopfes aus DE 22 12 062 bekannt, der Legierung u. a. Titan und Niob zuzusetzen. Bei langsamer Abkühlung der geschmolzenen Legierung im Ofen oder einer zusätzlichen Anlaßbehandlung erreicht man damit eine Aushärtung des Materials durch Ausscheidung von Nickel- Verbindungen mit Titan oder Niob, so daß sich bei hoher Permeabilität auch eine hohe Härte des Materials ergibt. Diese hohe Härte ist für Relaisteile dann von besonderer Bedeutung, wenn eine hohe Lebensdauer des Relais gewähr leistet sein muß. Man kann dann darauf verzichten, die Oberflächen der Relaisteile, die beim Schalten des Relais zusammenschlagen, mit einer verschleißfesten Schicht zu versehen, wie es erforderlich ist, wenn hohe Schaltzahlen erreicht werden sollen. Die Vermeidung dieser zusätzlichen Schicht bringt Vorteile hinsichtlich der Herstellungs kosten, aber auch hinsichtlich der magnetischen Eigen schaften, da es sich hier in den meisten Fällen wohl um nichtmagnetische Schichten handelt. Bei austenitischen Eisen-Nickel-Legierungen nach DE 30 12 673 ist es ebenfalls bekannt, u. a. Titan oder Niob zuzusetzen, um so eine Härtung durch Wärmebehandlung zu erreichen. Hier werden niedrige Nickelgehalte zwischen 33 und 45% mit höheren Anteilen der Zusätze zur Aushärtung im Bereich von 4 bis 10% so kombiniert, daß nach der Aushärtung der Nickel anteil unter 30% liegt. Hierdurch erreicht man, daß das Gefüge der fertigen Legierung unmagnetisch ist.For high nickel alloys for use in Magnetic heads are used to achieve high permeability with high hardness to reduce ver Wear of the magnetic head known from DE 22 12 062, the Alloy u. a. Add titanium and niobium. At slower Cooling the molten alloy in the furnace or one additional tempering treatment is achieved Hardening of the material by precipitation of nickel Compounds with titanium or niobium, so that at high Permeability also results in a high hardness of the material. This high hardness is particularly special for relay parts Meaning if the relay has a long service life must be achieved. One can then do without the Surfaces of the relay parts when switching the relay beat up with a wear-resistant layer provided, as is necessary when high switching numbers should be achieved. Avoiding this extra Layer brings advantages in terms of manufacturing cost, but also in terms of magnetic properties in most cases non-magnetic layers. With austenitic It is also iron-nickel alloys according to DE 30 12 673 known u. a. Add titanium or niobium to make one To achieve hardening by heat treatment. Be here low nickel contents between 33 and 45% with higher ones Proportions of curing additives in the range of 4 to 10% combined so that after the nickel has hardened share is below 30%. This means that the Structure of the finished alloy is non-magnetic.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Legierungsbereich innerhalb des Legierungssystems mit den Hauptelementen Nickel und Eisen anzugeben, der eine weitere entscheidende Verbesserung der für Relaisteile eingesetzten Legierungen im Hinblick auf diesen Verwendungszweck bringt. Die Kombination bestimmter Bereiche im Nickelgehalt zusammen mit entsprechenden Bereichen bei den Zusatzstoffen zur Aushärtung von Niob und Titan, läßt sich erfindungs gemäß gleichzeitig eine hohe Sättigungsinduktion bei gleichzeitig hoher Vickershärte und für die Empfindlichkeit des Relais ausreichender Permeabilität im Bereich von 25 000 bis 30 000 µ_max ein genügend weichmagnetischer Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstärke unter 0,15 A/cm angeben. Hierdurch können Relaisteile für Relais mit sehr hoher Lebensdauer angegeben werden, die durch ihre hohe Maximalinduktion relativ hohe Kräfte bei niedriger Erregung erzeugen und ohne verschleißfeste Beschichtung der mechanisch beanspruchten Oberflächen auskommen.The object of the present invention is to provide an alloy range within the alloy system with the main elements nickel and iron, which brings a further decisive improvement to the alloys used for relay parts with regard to this purpose. The combination of certain areas in the nickel content together with corresponding areas in the additives for the hardening of niobium and titanium, can be fiction, according to the same time a high saturation induction with high Vickers hardness and for the sensitivity of the relay sufficient permeability in the range of 25,000 to 30,000 μ _max specify a sufficiently soft magnetic material with a coercive field strength below 0.15 A / cm. In this way, relay parts can be specified for relays with a very long service life, which generate relatively high forces with low excitation due to their high maximum induction and do not require a wear-resistant coating on the mechanically stressed surfaces.

Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Erzielung einer Sättigungsinduktion über 1.0 Tesla bei gleichzeitig hoher Vickershärte über 150 HV eine Legierung mit in Gew.%: 40-55% Ni, 0,5-6% Ti und 0-5% Nb mit der Maßgabe verwendet wird, daß der Anteil von Ti + Nb zusammen größer als 2% ist.The solution according to the invention is that to achieve a saturation induction over 1.0 Tesla at the same time high Vickers hardness above 150 HV an alloy with in% by weight: 40-55% Ni, 0.5-6% Ti and 0-5% Nb with the proviso is used that the proportion of Ti + Nb together larger than 2%.

Vorteilhafte Weiterbildungen der verwendeten Legierung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the alloy used are described in the subclaims.

Als Ausführungsbeispiel wurden unterschiedliche Legierungen folgendermaßen verarbeitet:Different alloys were used as an exemplary embodiment processed as follows:

1. Hot rolling to octagonal bars with 40 mm ⌀ at one Hot rolling temperature from 1180 to 1200 ° C
2. Peel the rods obtained to a round ⌀ of 35 mm
3. heat treatment for 5 hours at 1000 ° C. in a vacuum oven, then quenched in water
4. Drag the bars to a round ⌀ of first 24 and then 19.5 mm.

Die Meßproben wurden bei 19,5 mm in walzhartem Zustand bei einer Schlußverformung von etwa 70% entnommen. Die Messung der magnetischen Eigenschaften, wie Koerzitivfeldstärke, Permeabilitäts- und Induktionswerte erfolgte an Massiv ringen, die Messung der mechanischen Eigenschaften ein schließlich der Härte an Proportionalstäben aus dem gezogenen Material. Bevor die magnetischen Eigenschaften gemessen wurden, sind die Massivringe einer Glühbehandlung bei einer Temperatur von 1150°C über 4 h unterworfen und dann mit normaler Ofenabkühlung abgekühlt worden. Anschließend erfolgte eine Anlaßbehandlung zur Aushärtung bei 650°C mit rascher Abkühlung in einer Kühlfalle. In der nachstehend aufgeführten Tabelle 1 sind die Zusammen setzungen der Probelegierungen entsprechend der Chargen-Nr. 81/8476 bis 84/8529 aufgeführt.The measurement samples were at 19.5 mm in the hard-rolled condition from a final deformation of about 70%. The measurement the magnetic properties, such as coercive force, Permeability and induction values were carried out on massive struggle to measure the mechanical properties finally the hardness of proportional bars from the drawn material. Before the magnetic properties the solid rings of an annealing treatment were measured at a temperature of 1150 ° C for 4 h and then cooled with normal oven cooling. A tempering treatment was then carried out at 650 ° C with rapid cooling in a cold trap. In the Table 1 below are the together Setting the test alloys according to the batch number. 81/8476 to 84/8529.

Die Tabelle 2 zeigt für die gleichen Chargen-Nr. die gemessene Koerzitivfeldstärke Hc und die da zugehörige Vickershärte HV nach der Hochglühung sowie nach der zusätzlichen Anlaßbehandlung abhängig vom Anteil an Titan und Niob. Man sieht, daß zur Erzielung einer Vickershärte von über 150 Titan vorhanden sein muß, bei niedrigen Titan gehalten jedoch ein höherer Anteil an Niob unerläßlich ist. Für optimierte Legierungen mit 46 bis 46,5% Nickel, 1,45 bis 1,8% Titan, 0 bis 1% Niob, 0,45 bis 0,5% Mangan, 0,25 bis 0,45% Si, Rest Eisen, ergaben sich folgende Meßwerte nach der Schlußglühung:
Permeabilität µ_max = 25.000-30.000
Koerzitivfeldstärke Hc = 0,10-0,15 A/cm
Sättigungsinduktion B_S = 1,35 T
Remanenzverhältnis B_R / B_S = 0,40
Curietemperatur Tc = 350°C
spez. elektr. Widerstand = 0,7 Ω _* mm² /mm
Härte HV = 220-280
Zugfestigkeit Rm = 600-700 N/mm² Table 2 shows for the same batch number. the measured coercive field strength Hc and the associated Vickers hardness HV after annealing and after the additional tempering treatment depending on the proportion of titanium and niobium. It can be seen that in order to achieve a Vickers hardness of more than 150 titanium must be present, but a higher proportion of niobium is essential at low titanium. For optimized alloys with 46 to 46.5% nickel, 1.45 to 1.8% titanium, 0 to 1% niobium, 0.45 to 0.5% manganese, 0.25 to 0.45% Si, the rest iron , the following measured values were obtained after the final annealing:
Permeability µ _max = 25,000-30,000
Coercive field strength Hc = 0.10-0.15 A / cm
Saturation induction B _S = 1.35 T.
Remanence ratio B _R / B _S = 0.40
Curie temperature Tc = 350 ° C
spec. electr. Resistance = 0.7 Ω _* mm² / mm
Hardness HV = 220-280
Tensile strength Rm = 600-700 N / mm²

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Claims

1. Use of a soft magnetic, heat-hardenable Ni-Fe alloy with additions of one or more of the elements Ti and Nb, which may contain customary deoxidation additives and normal melt impurities, for relay parts, characterized in that to achieve a saturation induction above 1.0 Tesla at the same time high Vickers hardness above 150 HV an alloy with in% by weight: 40-55% Ni, 0.5-6% Ti and 0- 5% Nb is used with the proviso that the proportion of Ti + Nb together is greater than 2 % is.

2. Use of an alloy according to claim 1, characterized characterized in that the alloy as deoxidation additives Contains 0.1 to 2% Mn and 0.1 to 2% Si.

3. Use of an alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the alloy over 45 to 50% Contains Ni, 0.7 to 3% Ti and 0 to 3% Nb.

4. Use of an alloy according to one of the preceding Claims, characterized in that the alloy the following composition is sufficient: 46 to 46.5% Ni, 1.45 to 1.8% Ti, 0 to 1% Nb, 0.45 to 0.5% Mn, 0.20 to 0.45% Si, balance iron.

5. Use of an alloy according to one of the preceding Claims, characterized in that the alloy according to the melting of a final annealing at 1000 to 1200 ° C and a tempering treatment at 600 to 750 ° C for the end the intermetallic gamma phase.