DE19628139C1

DE19628139C1 - Use of a corrosion-resistant soft magnetic iron-nickel-chrome alloy for yokes and armatures of electromagnetic relays

Info

Publication number: DE19628139C1
Application number: DE1996128139
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl Phys Gehrmann; Angelika Dr Kolb-Telieps; Ulrich Dr Heubner; Wolfgang Moettgen
Original assignee: Krupp VDM GmbH
Current assignee: Krupp VDM GmbH
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: EP0818550A1; JPH1081941A; KR980009496A

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosionsbeständigen weichmagnetischen Eisen-Nickel- Chrom-Legierung für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais.The invention relates to the use of a corrosion-resistant soft magnetic iron-nickel Chrome alloy for yokes and anchors from electromagnetic relay.

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.It is known that soft magnetic iron-nickel-Le alloys application as core and yoke material for Find electromagnetic relays. The main requirements the core and yoke materials for electromagnetic Relays are high permeability and a narrow hysteresis loop. A high permeability and one accompanying the narrow hysteresis loop low coercivity is required because of a small magnetic field strength, d. H. a little exciting current in the air gap has a high flux density should generate so that a high attraction to the Anchor is exercised. It also allows a low Coercive field strength with an easy opening of the relay Interruption of the exciting current.

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. The state of the art for soft magnetic iron-nickel-le alloys as core and yoke material for electromagnetic relay gives regarding the magnetic properties Table 1 again, which the Standard DIN 17 405 "Soft magnetic materials for DC relay "with regard to the material group of the Nickel alloys are removed.

Tabelle 1 Table 1

Magnetische Eigenschaften von Eisen-Nickel-Re laiswerkstoffen nach DIN 17 405 Magnetic properties of iron-nickel relay materials according to 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. The standard DIN 17 745 "wrought alloys made of nickel and iron" names the starting materials for the RNi 5 grade Alloys NiFe16CuCr (material no.2.4511), NiFe16CuMo (2.4531) and NiFe15Mo (2.4551) as well as for the RNi 2 variety the alloys NiFe16CuCr (material no.2.4515), NiFe16CuMo (2.4535) and NiFe15Mo (2.4555). Table 2 represents an extract from the DIN 172 745 standard.

Tabelle 2 Table 2

Zusammensetzungen der Relaiswerkstoffe NiFe15Mo, NiFe16CuCr und NiFe16CuMo nach DIN 17 745 Composition of the relay materials NiFe15Mo, NiFe16CuCr and NiFe16CuMo according to 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. From these descriptions it appears that for the iron-nickel-Re RNi 5 and RNi 2 varieties with a saturation flux density Bs of about 0.75 T, with high nickel alloys Mixtures of Mo and / or Cu and Cr can be mentioned. Here is Note that in the case of the NiFe16CuCr alloy, the chromium content only is between 1.5 and 2.5 mass%.

Daneben sind in Tabelle 1 noch die Sorten RNi 24, RNi 12 und RNi 8 mit 36 bzw. etwa 50 Masse-% Ni genannt.In addition, the varieties RNi 24, RNi 12 and RNi 8 are also in Table 1 36 or about 50% by mass called Ni.

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.The latter differ from the high nickel alloys in that they contain less nickel are free of essentials further alloying elements and in particular one according to Table 1 higher magnetic induction at a field strength of 4000 A / m, which corresponds to the saturation induction. Either the high nickel alloys as well as the second group of iron Medium-grade nickel materials are susceptible to corrosion due to air humidity, especially in coastal climates.

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.The invention has for its object a soft magnetic Find material that has a low coercive field strength of Max. 2.5 A / m at a saturation flux density of greater than 0.75 T at good corrosion resistance, especially against Humidity, and is suitable for yokes and anchors electromagnetic relay.

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.The iron-nickel-chromium-molybdenum-le known from DE-OS 23 03 952 alloy with 6-12% Cr, up to 8% Mo, as well as nickel and iron in Ratio 0.54 to 1.5 as the balance does not have the above Pairing the magnetic properties and therefore solves the posed Task not. In addition, molybdenum is required, which is the Material more expensive.

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. JP-62-142749 A1 discloses an iron-nickel alloy with very small oxygen and sulfur contents in the order of 10 up to 50 ppm for iron cores. The alloy contains more than 45% Ni, otherwise but no other compulsory components. Cr, Mo, W, Co, Ca and Mn can be added in a total amount of up to 10%.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung einer Legierung der im Anspruch angegebenen Zusammensetzung für Joche und Anker von elektromagnetischen Relais gelöst.The object is achieved by using a Alloy of the composition for yokes specified in the claim and armature released from electromagnetic relays.

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.The iron-nickel-chromium alloy to be used according to the invention is achieved Surprisingly, almost the standard values of the magnetic Properties of the relay material types RNi 5 and RNi 2. Considering the low nickel content was more likely to have magnetic properties expect which of the RNi 8, 12 and 24 material grades Resemble Table 1. But this is not the case. The saturation flux density Bs the Fe-Ni-Cr alloy according to the invention is about 0.79 T. The Coercive field strength Hc is about 1.5 A / m lower than that in the standard DIN 17 405 maximum limit value required for the RNi 2 grade of 2.5 A / m. These values are by means of static magnetization Measurements have been determined on stamped rings from 1 mm Strip thicknesses were carried out.

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.The Fe-Ni-Cr alloy to be used according to the invention is among operational ones Conditions melted in a 30 ton arc furnace and after one Block and hot strip rolling with further processing steps Strip of test thickness 1.0 mm has been cold rolled.

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. The test rings were before measuring the magnetic properties an annealing treatment under a pure hydrogen atmosphere for 6 hours 1100 ° C has been subjected. The cooling took place up to about 450 ° C Oven with a subsequent cooling in air. The magnetic Properties of the alloy E according to the invention, its chemical Composition Table 3 contains are listed in Table 4 in Comparison to the values of the known materials RNi 2 and RNi 5.

Tabelle 3 Table 3

Chemische Zusammensetzung in Masse-% der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung mit einer beispielhaften Zusammensetzung Chemical composition in mass% of the alloy to be used according to the invention with an exemplary composition

Tabelle 4 Table 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 Magnetic properties of the Fe-Ni-Cr alloy E to be used according to the invention and of the materials RNi 2 and RNi 5, which describe the prior art

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.Due to the high chromium content, the Fe-Ni-Cr alloy to be used according to the invention is better Corrosion resistance on than the low nickel ones Fe-Ni alloys without chrome. It assigns one to the comparable high-nickel Fe-Ni alloys Resistance to. A major advantage of iron-nickel-chromium alloy to be used according to the invention in Comparison to the high nickel soft magnetic Iron-nickel alloys are the much smaller ones Nickel content and thus a significant cost advantage comparable good magnetic properties.

Claims

Use of a corrosion-resistant soft magnetic iron-nickel-chrome alloy with (in mass%)
38.0 to 42.0% Ni,
7.5 to 9.5% Cr,
Max. 1.0% Mn,
Max. 0.3% Si,
Rest of Fe and manufacturing-related impurities as material for yokes and anchors of electromagnetic relays exposed to corrosive media, which have a coercive field strength of max. 2.5 A / m at a saturation flux density of greater than 0.75 T.