DE19628139C1 - Verwendung einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Eisen-Nickel- Chrom-Legierung für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais.

Es ist bekannt, daß weichmagnetische Eisen-Nickel-Le­ gierungen Anwendung als Kern- und Joch-Werkstoff für elektromagnetische Relais finden. Die Hauptanforderungen, die an Kern- und Joch-Werkstoffe für elektromagnetische Relais gestellt werden, sind eine hohe Permeabilität und eine schmale Hystereseschleife. Eine hohe Permeabilität und eine mit der schmalen Hystereseschleife einhergehende niedrige Koerzitivfeldstärke werden gefordert, weil eine kleine magnetische Feldstärke, d. h. ein geringer erregender Strom im Luftspalt eine hohe Flußdichte erzeugen soll, damit eine hohe Anziehungskraft auf den Anker ausgeübt wird. Außerdem ermöglicht eine niedrige Koerzitivfeldstärke ein leichtes Öffnen des Relais bei Unterbrechung des erregenden Stromes.

Den Stand der Technik für weichmagnetische Eisen-Nickel-Le­ gierungen als Kern- und Joch-Werkstoff für elektromagnetische Relais gibt hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften die Tabelle 1 wieder, die der Norm DIN 17 405 "Weichmagnetische Werkstoffe für Gleichstromrelais" bezüglich der Werkstoffgruppe der Nickellegierungen entnommen sind.

Tabelle 1

Magnetische Eigenschaften von Eisen-Nickel-Re­ laiswerkstoffen nach DIN 17 405

Die Norm DIN 17 745 "Knetlegierungen aus Nickel und Eisen" nennt als Ausgangswerkstoffe für die Sorte RNi 5 die Legierungen NiFe16CuCr (Werkstoff-Nr. 2.4511), NiFe16CuMo (2.4531) und NiFe15Mo (2.4551) sowie für die Sorte RNi 2 die Legierungen NiFe16CuCr (Werkstoff-Nr. 2.4515), NiFe16CuMo (2.4535) und NiFe15Mo (2.4555). Die Tabelle 2 stellt einen Auszug aus der Norm DIN 172 745 dar.

Tabelle 2

Zusammensetzungen der Relaiswerkstoffe NiFe15Mo, NiFe16CuCr und NiFe16CuMo nach DIN 17 745

Aus diesen Beschreibungen geht hervor, daß für die Eisen-Nickel-Re­ laiswerkstoff-Sorten RNi 5 und RNi 2, die eine Sättigungsflußdichte Bs von etwa 0,75 T aufweisen, hochnickelhaltige Legierungen mit Beimengungen von Mo und/oder Cu und Cr genannt werden. Hierbei ist zu beachten, daß im Fall der Legierung NiFe16CuCr der Chromgehalt nur bei Werten zwischen 1,5 und 2,5 Masse-% liegt.

Daneben sind in Tabelle 1 noch die Sorten RNi 24, RNi 12 und RNi 8 mit 36 bzw. etwa 50 Masse-% Ni genannt.

Die letzteren unterscheiden sich von den hoch nickelhaltigen Legierungen darin, daß sie weniger Nickel enthalten, frei sind von wesentlichen weiteren Legierungselementen und gemäß Tabelle 1 insbesondere eine höhere magnetische Induktion bei einer Feldstärke von 4000 A/m, welche der Sättigungsinduktion entspricht, besitzen. Sowohl die hochnickelhaltigen Legierungen als auch die zweite Gruppe der Eisen- Nickel-Werkstoffe mit mittlerem Nickelgehalt sind anfällig gegen Korrosion durch Luftfeuchtigkeit, insbesondere in küstennahem Klima.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weichmagnetischen Werkstoff zu finden, welcher eine niedrige Koerzitivfeldstärke von max. 2.5 A/m bei einer Sättigungsflußdichte von größer als 0,75 T bei gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber Luftfeuchtigkeit, besitzt und sich damit für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais eignet.

Die aus der DE-OS 23 03 952 bekannte Eisen-Nickel-Chrom-Molybdän-Le­ gierung mit 6-12% Cr, bis 8% Mo, sowie Nickel und Eisen im Verhältnis 0,54 bis 1,5 als Rest besitzt nicht die vorstehend erwähnte Paarung der magnetischen Eigenschaften und löst daher die gestellte Aufgabe nicht. Außerdem wird zwangsweise Molybdän benötigt, was den Werkstoff verteuert.

Die JP-62-142749 A1 offenbart eine Eisen-Nickel-Legierung mit sehr kleinen Sauerstoff- und Schwefelgehalten in der Größenordnung von 10 bis 50 ppm für Eisenkerne. Die Legierung enthält mehr als 45% Ni, sonst aber keine weiteren Zwangskomponenten. Wahlweise können Cr, Mo, W, Co, Ca und Mn in einer Gesamtmenge bis 10% zulegiert werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Legierung der im Anspruch angegebenen Zusammensetzung für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais gelöst.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Eisen-Nickel-Chrom-Legierung erzielt überraschenderweise nahezu die Normwerte der magnetischen Eigenschaften der Relaiswerkstoffsorten RNi 5 und RNi 2. In Anbetracht des niedrigen Nickelgehalts waren eher magnetische Eigenschaften zu erwarten, welche denen der Werkstoffsorten RNi 8, 12 und 24 gemäß Tabelle 1 ähneln. Dem ist aber nicht so. Die Sättigungsflußdichte Bs der erfindungsgemäßen Fe-Ni-Cr-Legierung beträgt etwa 0,79 T. Die Koerzitivfeldstärke Hc ist mit etwa 1,5 A/m niedriger als der in der Norm DIN 17 405 für die Werkstoffsorte RNi 2 geforderte maximale Grenzwert von 2,5 A/m. Diese Werte sind mittels statischen Magnetisierungs­ messungen bestimmt worden, die an gestanzten Ringen aus 1 mm Banddicken durchgeführt wurden.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Fe-Ni-Cr-Legierung ist unter betrieblichen Bedingungen in einem 30 t Lichtbogenofen erschmolzen und nach einer Block- und Warmbandwalzung mit weiteren Verarbeitungsschritten zu Band der Prüfdicke 1,0 mm kaltgewalzt worden.

Die Testringe waren vor der Messung der magnetischen Eigenschaften einer Glühbehandlung unter reiner Wasserstoffatmosphäre 6 h lang bei 1100°C unterzogen worden. Die Abkühlung erfolgte bis etwa 450°C im Ofen mit einer darauf folgenden Abkühlung an Luft. Die magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung E, deren chemische Zusammensetzung Tabelle 3 enthält, sind in der Tabelle 4 aufgeführt im Vergleich zu den Werten der bekannten Werkstoffe RNi 2 und RNi 5.

Tabelle 3

Chemische Zusammensetzung in Masse-% der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung mit einer beispielhaften Zusammensetzung

Tabelle 4

Magnetische Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Fe-Ni-Cr-Le­ gierung E und der Werkstoffe RNi 2 und RNi 5, die den Stand der Technik beschreiben

Aufgrund des hohen Chromgehalts weist die erfindungsgemäß zu verwendende Fe-Ni-Cr-Legierung eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als die niedrignickelhaltigen Fe-Ni-Legierungen ohne Chrom. Sie weist eine zu den hochnickelhaltigen Fe-Ni-Legierungen vergleichbare Beständigkeit auf. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen-Nickel-Chrom-Legierung im Vergleich zu den hochnickelhaltigen weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierungen ist der wesentlich geringere Nickelgehalt und damit ein deutlicher Kostenvorteil bei vergleichbaren guten magnetischen Eigenschaften.

Claims (1)

1. Verwendung einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung mit (in Masse-%)
   38,0 bis 42,0% Ni,
   7,5 bis 9,5% Cr,
   max. 1,0% Mn,
   max. 0,3% Si,
   Rest Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff für Joche und Anker von korrosiven Medien ausgesetzten elektromagnetischen Relais, die eine Koerzitivfeldstärke von max. 2,5 A/m bei einer Sättigungsflußdichte von größer als 0,75 T aufweisen müssen.