DE19904951A1

DE19904951A1 - Weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung mit kleiner Koerzitivfeldstärke, hoher Permeabilität, verbesserter Verschleißbeständigkeit und verbesserter Korrosionsbeständigkeit

Info

Publication number: DE19904951A1
Application number: DE1999104951
Authority: DE
Inventors: Heike Hattendorf; Bodo Gehrmann; Angelika Kolb-Telieps
Original assignee: Krupp VDM GmbH
Current assignee: Krupp VDM GmbH
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2000-08-17

Abstract

Vorgeschlagen wird eine weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickelgehalt von 35 bis 65 Masse-% und 0,4 bis 6 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 5 Masse-% Niob sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine weichmagnetische Nickel-Eisen-Legierung.

Aus dem Buch "Magnetische Werkstoffe und ihre technische Anwendung" von Carl Heck, Hütig Verlag, Heidelberg 1975, S. 349ff ist bekannt, daß für das Material von Anker und Joch bei Relais weichmagnetische Werkstoffe eingesetzt werden.

Die Hauptforderungen an den Werkstoff sind eine hohe Sättigungsflußdichte, um große magnetische Haltekräfte bei geringer Energie zu erreichen, eine hohe Perme abilität, damit eine kleine magnetische Feldstärke, d. h. ein geringer Erregungsstrom sowie eine hohe Flußdichte im Luftspalt erzeugt werden kann und so eine große Anziehungskraft auf den Anker wirkt. Geringe Koerzitivfeldstärken ermöglichen ein leichtes Öffnen des Relais bei Rückgang des Erregerstromes.

Die Kontaktflächen von Anker und Joch müssen einen möglichst geringen Spalt aufweisen, um eine hohe Permeabilität des magnetischen Kreises aus Joch und An ker zu erreichen. Sie dürfen durch das Schalten des Relais nicht beschädigt werden, da sich dann der Auslösestrom des Relais verändert. Dies wird durch einen Lebens dauertest, der aus wiederholter Betätigung des fertigen Relais besteht, geprüft. Eine hohe Lebensdauer läßt sich je nach der Härte des eingesetzten Relaiswerkstoffes oft nur durch Aufbringen zusätzlicher verschleißfester Schichten erreichen. Diese Schichten haben den Nachteil, daß sie oft unmagnetisch sind und so dem Ziel, ei nen möglichst geringen Spalt zu erreichen, entgegenstehen.

Neben den magnetischen und mechanischen Anforderungen besteht an einen Re laiswerkstoff noch die Forderung der Korrosionsbeständigkeit in einem Wechselkli matest mit Temperatur und Luftfeuchtigkeitswechseln über einem bestimmten Zeit raum (zum Beispiel: nach DIN 50017 mit 28 Zyklen von 8 Stunden bei 55°C/90% bis 96% Luftfeuchtigkeit und 16 Stunden bei 25°C und 95% bis 99% Luftfeuchtigkeit oder 2 Tage mit einem Temperatur-/Feuchtigkeitswechsel im Rhythmus von 3 Stun den von 25°C und 55% Luftfeuchtigkeit auf 55°C und 98% Luftfeuchtigkeit), da eine korrekte Funktion des Relais bei jeder Wetterlage erforderlich ist. Diese Forderung kann bei nicht ausreichend korrosionsbeständigen Werkstoffen nur durch zusätzli ches Beschichten der fertigen Teile mit einer korrosionsbeständigen Schicht erreicht werden. Korrosionsbeständigkeit heißt in diesem Fall, daß nach Durchführen des Wechselklimatestes bei einer Untersuchung mit einem Mikroskop die Oberfläche der betreffenden Teile nicht mit Rost oder Rostpunkten behaftet sein darf.

Ähnliche Anforderungen bestehen auch für andere Anwendungen, z. B. Ventildeckel und Ventiltöpfe von Magnetventilen.

Die magnetischen Anforderungen an einen Relaiswerkstoff beschreibt die DIN 17405 "Weichmagnetische Werkstoffe für Gleichstromrelais". Die folgende Tabelle 1 zeigt einen Auszug aus der DIN 17405.

Tabelle 1

Relaiswerkstoffe nach DIN 17405

Die DIN 17745 "Knetlegierungen aus Nickel und Eisen" beschreibt die Legierung Ni 48 (Werkstoffnummern 1.3926 und 1.3927) als Ausgangswerkstoffe für die Sorten RNi 12 und RNi 8 (siehe Tabelle 2). Die Legierung Ni 36 (Werkstoffnummer 1.3911) ist der Ausgangswerkstoff für die Sorten RNi 24.

Tabelle 2

Auszug aus der DIN 17745

Die Verschleißbeanspruchung ist eine Stoßbeanspruchung (Stoßverschleiß). Dabei besteht einmal die Gefahr einer Schädigung (Verschleiß) an den Auftreffpunkten der beiden Kontaktflächen. Zweitens besteht die Gefahr einer Schädigung (Verschleiß), wenn nichtmetallische Partikel wie zum Beispiel Staub, Reste von Schleifkörpern oder Desoxidationsrückstände zwischen die Kontaktflächen geraten. Die Gefahr einer Schädigung bzw. eines Verschleißes an den Auftreffpunkten der Kontaktflächen von Anker und Joch läßt sich verringern, wenn man die Härte des Materials erhöht, wie die in Karl-Heinz Habig, "Verschleiß und Härte von Werkstof fen°, Carl Hanser Verlag München, Wien 1980 auf Seite 209 bis 211 beschriebene Untersuchung von Parent-Simonin und Margerie des Verschleißes von Metallplatten unterschiedlicher Härte durch Stoßbeanspruchung von Stahlkugeln zeigt.

48% Nickel-Eisen-Legierungen zeigen im geglühten Zustand Härten von ca. 100 bis 110 HV5. Eine Erhöhung der Härte auf mindesten 120 HV 5 erscheint für eine Ver besserung des Verschleißes durch Schädigung an den Auftreffpunkten der beiden Kontaktflächen sinnvoll.

Eine Möglichkeit der Erhöhung der Härte besteht z. B. in der Zulegierung durch Ti und Nb (DE 195 15 257 A1 und EP 0 825 621 A1). Wie aus der erstgenannten Druckschrift ersichtlich ist, ist zum Erhalt der Koerzitivfeldstärke eine Glühung bei Temperaturen von 900 bis 1200°C notwendig. Es wird in EP 0 825 621 A1 be schrieben, daß dabei eine sich in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bildenden Oxid schicht die Korrosionsbeständigkeit in einem Wechselklimatest deutlich verbessert. Bei der Zulegierung von Ti bilden sich bei geringen Mengen von Sauerstoff in der Glühatmosphäre sofort Titanoxide, die matte schwärzliche Schichten auf der Ober fläche verursachen, die es sehr erschweren, gegebenenfalls die bei einen der Wechselklimatests entstehenden bräunlichen Korrosionspunkte mit Hilfe eines Mi kroskops zu finden. Die matten schwärzlichen Schichten werden so von den Relais herstellern nicht akzeptiert, da sie eine Prüfung der erhaltenen Ware erschweren. Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn die matte schwärzliche Oxidschicht mit den bei einer mit Stickstoff verunreinigten Atmosphäre auch entstehenden gelben Ti tannitriden gemischt ist, so daß eine in allen Schattierungen von gelb bis matt schwärzlich erscheinende Schicht entsteht. Dann ist eine Auswertung der Wech selklimatests, bei der man kleine bräunliche Korrosionspunkte im Mikroskop sucht, unmöglich. Eine matt schwärzliche Oxidschicht zur Verhinderung von Korrosion ist somit ungünstig.

Eine andere Möglichkeit besteht in einer Glühung in einer stickstoffhaltigen, jedoch sauerstofffreien Atmosphäre, um eine gelbe glänzende Titannitridschicht zu erhal ten. Auf dieser Schicht lassen sich die zwar vom Farbunterschied her nur bräunli chen aber zusätzlich matten Korrosionspunkte gut erkennen, so daß einer der oben beschriebenen Wechselklimatests in feuchter Atmosphäre auswertbar ist. Allerdings darf die verwendete Glühatmosphäre keine Spuren von Sauerstoff enthalten, da dann die oben beschriebenen gelb matt schwarzen Schichten entstehen. Dies hat zur Folge, daß die Teile nicht nur wie üblich unter einer Atmosphäre, die zum Bei spiel aus Wasserstoff und/oder Stickstoff besteht, geglüht werden müssen, sondern daß an die zu verwendenden Öfen auch hohen Dichtigkeitsforderungen bestehen, die in der Praxis eine industrielle Produktion beträchtlich behindern.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch die bei einer Glühung entstehenden Oxid- und/oder Nitridschichten besteht darin, daß diese Schicht vollständig geschlossen sein muß. Das ist aber prinzipiell nicht in einer Glühung zu erreichen, da das Teil während der Glühung nicht frei in der Luft schwebt, sondern in der Glühschale aufliegen muß. Es ist also eine zweite Glühung notwendig, um eine geschlossenen Schicht zu erhalten.

Die Erhöhung der Härte durch härtende Zusätze hat den Nachteil, daß die Sätti gungsflußdichte sinkt. Dies ist wie oben erwähnt von Nachteil. Deshalb ist eine Zu gabe von härtenden Elementen nur in gewissen Grenzen sinnvoll. Die Flußdichte bei einer magnetischen Feldstärke von 4000 Alm, die nahezu der Sättigungsfluß dichte entspricht, sollte noch über 1,18 Tesla (Klasse RNi24 in Tabelle 1) liegen. Desgleichen können sich die Zusätze nachteilig auf die Permeabilitäten und die Ko erzitivfeldstärken auswirken. Die Erhöhung der Koerzitivfeldstärke sollte aber nicht über dem Grenzwert der Klasse RNi24 von 24 Alm in Tabelle 1 liegen. Ein deutlich darunter liegender Wert von 10 bis 15 A/m bzw. von kleiner 8 A/m wäre vorteilhaft.

Bei der Erschmelzung von Nickel-Eisen-Legierungen sind neben den gewünschten Legierungselementen noch Desoxidations- und/oder Entschwefelungselemente wie Mangan, Silizium und Aluminium notwendig. Außerdem lassen sich gewisse minima le Beimengungen von Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff, Kalzium, Mag nesium, Chrom, Molybdän, Kupfer und Kobalt nicht vermeiden, wenn man diese Le gierungen wegen der günstigen Kosten mit üblicher Stahlwerkstechnologie herstel len will. Unter üblicher Stahlwerkstechnologie wird hierbei das Erschmelzen im offe nen Lichtbogenofen mit nachfolgender Pfannenmetallurgie und/oder VOD- Behandlung zur Desoxidation, Entschwefelung und Entgasung verstanden. Danach wird der Block bzw. die Stranggußbramme in ein oder zwei Schritten warmverformt bis zu einer Dicke von etwa 4 mm und anschließend an Enddicke kaltverformt, ggf. mit Zwischenglühungen. Die magnetischen Eigenschaften verschlechtern sich, wie es z. B. in DE 196 12 556 A1 beschrieben worden ist, durch Beimengungen an Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und an nichtmetallischen Einschlüssen. Nichtmetallische Verunreinigungen entstehen aufgrund der erforderlichen Desoxida tions- und/oder Entschwefelungsbehandlung der Schmelze vor dem Gießen. Je nach Desoxidations- und/oder Entschwefelungsmittel sind es z. B. Oxide des Kalzi ums, Magnesiums oder Aluminiums.

Es ist bekannt, daß Desoxidationsrückstände aus den Kontaktflächen der Relais herausbrechen, zwischen diesen Flächen liegen bleiben und durch ihre z. B. bei oxidischen Rückständen größere Härte (z. B. A₂O₃ größer 1200 HV, MgO 520 HV) beim weiteren Schalten des Relais, wie oben bereits erwähnt, die feingeschliffenen Kontaktflächen zerstören können. Deshalb dürfen die Relaiswerkstoffe nur einen sehr geringen Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen nach DIN 50602 (Verfahren M) aufweisen. Darum muß die Erschmelzung so erfolgen, daß die maximalen Grö ßenwerte der sulfidischen Einschlüsse in Strichform SS kleiner 0.1 bzw. 1.1, die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in aufgelöster Form OA (Aluminiumoxide) kleiner 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2, die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in Strichform OS (Silikate) kleiner 5.2 bzw. 6.2 bzw. 7.2 und die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in globularer Form OG klei ner 8.2 bzw. 9.2 sind.

Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, werden deshalb weichmagnetische Werkstof fe mit den höchsten Anforderungen nach dem Stand der Technik bisher mit ausge wählt sauberen Einsatzwerkstoffen mit Hilfe der Vakuumtechnologie hergestellt, wie es in der DE-A 39 10 147 und in der DE-C 12 59 367 ausdrücklich angegeben wird. Eine andere aus der Literatur bekannte Möglichkeit ist das in DE-A 41 05 507 be schriebene sehr aufwendige und teure Elektroschlackenumschmelzverfahren unter Vakuum oder Schutzgas von vorher unter Vakuum oder Schutzgas erschmolzenen Blöcken.

Die der Erfindung zugrunde liegende Hauptaufgabe besteht darin, eine weichmag netische Eisen-Nickel-Legierung zu erschmelzen, die den beschriebenen Anforde rungen an die magnetischen Eigenschaften, an die Korrosions- und an die Ver schleißbeständigkeit genügt und die als weichmagnetische Bauteile Anwendung bei einer Reihe bevorzugter Einsatzmöglichkeiten findet. Eine zusätzliche Aufgabe be steht darin, die Legierungszusammensetzung so zu wählen, daß es nicht erforder lich ist, sie mittels Vakuumtechnologie herzustellen, sondern, daß es auch möglich ist, sie mittels Stahlwerkstechnologie zu erschmelzen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickelgehalt von 35-65 Masse-% und 0,4 bis 6 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 5 Masse-% Niob sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Legierung wird vorzugsweise durch Stahlwerkstechnologie, d. h. durch Erschmelzung im offenen Lichtbogen mit nachfolgender Pfannenmetal lurgie und/oder VOD-Behandlung zur Desoxidation, Entschwefelung und Entgasung erzeugt. Danach wird der Block bzw. die Stranggußbramme in ein oder zwei Schrit ten warmverformt bis zu einer Dicke von etwa 4 mm und anschließend an Enddicke kaltverformt ggf. mit Zwischenglühungen zur Einstellung der für die Herstellung von Teilen aus diesem Band benötigten Härte. Im Anschluß an die Herstellung von Teilen aus diesen Legierungen und dem Glühen dieser Teile bei Temperaturen zwischen 800 und 1150°C können mit diesen Teilen Koerzitivfeldstärken von weniger als 24 A/m, eine Flußdichte größer als 1,18 Tesla bei 4000 A/m und Härten von größer 120 HV5 erreicht werden.

Für Legierungen mit einem Niobgehalt größer 1% und einem Si-Gehalt größer 1% erreicht man Härten von über 140 HV 5 bei Koerzitivfeldstärken von kleiner 24 A/m. Für Legierungen ohne Niob aber einem Siliziumgehalt von größer 2,5%, erreicht man Härten von über 120 HV 5 bei zugleich besonders niedrigen Koerzitivfeldstär ken von kleiner 8 A/m.

Diese Legierungen bleiben bei Glühungen unter Stickstoff und/oder Wasserstoff blank bis matt hellgrau, selbst bei Kontamination der Glühatmosphäre mit Sauer stoff.

Bevorzugte Anwendungsfälle der erfindungsgemäßen Legierung sind u. a. Relaistei le, wie Joche und Anker.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Eisen-Nickel-Legierung noch für folgende weitere Anwendungsfälle sinnvoll einsetzbar:

- Ventildeckel und Ventiltöpfe von Magnetventilen
- Joche bzw. Polstücke bzw. Polschuhe bzw. Polbleche und Anker von Halte- und
- Elektromagneten
- Spulenkerne und Statoren von Schrittschaltmotoren sowie Rotoren und Statoren von Elektromotoren
- Form- und Stanzteile von Sensoren, Positionsgebern und -aufnehmern
- Magnetköpfe und Magnetkopfabschirmungen
- Abschirmungen, wie z. B. Motorabschirmungen, Abschirmbecher für Anzeigein strumente und Abschirmungen für Kathodenstrahlröhren.

Mit den Zusätzen von 0,4 bis 6 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 5 Masse-% Niob läßt sich die Härte auf Werte größer 120 HV 5 erhöhen und zugleich die Forderung nach einer Koerzitivfeldstärke von weniger als 24 A/m und einer Flußdichte größer als 1,18 Tesla bei 4000 A/m erfüllen.

Der Einsatz von stark sauerstoffaffinen Elementen, wie z. B. Aluminium, Zirkon, Ti tan und den Seltenen Erden in den zur Härtesteigerung auf mehr als 120 HV 5 be nötigten Mengen von mehr als 0,4%, führt bei der Glühung zu matt schwärzlichen Oxidschichten, die unerwünscht sind. Um für die benötigte Härtesteigerung nicht zu große Mengen an Zusätzen zugeben zu müssen, die dann ein Absinken der Sätti gungsflußdichte unter 1,18 Tesla zur Folge haben, benötigt man Elemente, die in Nickel-Eisen-Legierungen entweder eine große Mischkristallhärtung oder zur Aus scheidung von sehr feinen Teilchen wie z. B in DE-A 39 10 147 und in der DE-C 12 59 367 beschrieben führt. Damit sind Elemente wie Cu, Mn und Cr ausge schlossen.

Die Verbesserung des Korrosionsverhaltens kann insbesondere durch eine Ent schwefelung der korrosionsanfälligeren Nickel-Eisen-Legierungen mit einem Nickel gehalt von 35 Masse-% bis 65 Masse-% mit Cer erreicht werden. Dabei wird dies vorzugsweise mit einem Mischmetall aus den im chemischen Verhalten sehr ähnli chen Seltenen Erden Cer und/oder Lanthan und/oder Praseodym und/oder Neodym durchgeführt. Um sämtlichen Schwefel sicher abzubinden, müssen ausreichend Seltene Erden-Atome vorhanden sein. Geht man von der Bildung z. B. des Cersulfids mit dem größten Ceranteil CeS aus, so ist das der Fall, wenn mehr Ceratome als Schwefelatome in der Legierung vorhanden sind.

Danach muß der Cergehalt in Masse % mindestens um den Faktor 4,4 größer sein als der Schwefelgehalt in Masse-%, um eine vollständige Abbindung des Schwefels durch Cer zu erreichen. Entsprechendes gilt für die anderen Seltenen Erden Lanthan, Praseodym und/oder Neodym und für den Summengehalt an Seltenen Er den.

Wie vorher schon erwähnt, kann der Zusatz eines so starken Desoxidations- und Entschwefelungsmittels wie beispielsweise Cer durch die im Material verbliebenen Reaktionsprodukte die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigen (A. Hoffmann, Über den Einfluß von verschiedenen Desoxidationselementen auf die Verformung und die Anfangspermeabilität von Ni-Fe-Legierungen, Z. angew. Physik 32, Seite 236 bis 241). Die Zugabe an Seltenen Erden läßt sich vorzugsweise so dosieren, daß die magnetischen Werte von Permeabilität und Koerzitivfeldstärke im Rahmen der üblichen Schwankungsbreite der nach dem Stand der Technik erschmolzenen Chargen liegen.

Es ist bekannt, daß Desoxidationsrückstände aus den Kontaktflächen des Relais herausbrechen, zwischen diesen Flächen liegen bleiben, und durch ihre z. B. bei oxidischen Rückständen größere Härte beim weiteren Schalten des Relais die fein geschliffenen Kontaktflächen zerstören können. Deshalb dürfen die Relaiswerkstoffe nur einen sehr geringen Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen nach DIN 50602 (Verfahren M) aufweisen. Darum sind bei der Erschmelzung die maximalen Größen werte der sulfidischen Einschlüsse in Strichform SS kleiner 0.1 bzw. 1.1, die maxima len Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in aufgelöster Form OA (Aluminiumoxide) kleiner 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2, die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in Strichform OS (Silikate) kleiner 5.2 bzw. 6.2 bzw. 7.2 und die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in globularer Form OG klei ner 8.2 bzw. 9.2 einzustellen. Diese Forderung an die Erschmelzung kann auch bei härterem Grundmaterial nicht gelockert werden, da die oxidischen Partikel eine deutlich größere Härte haben. Sie ist auch bei der Desoxidation mit Cer bzw. einem Mischmetall aus den Seltenen Erden Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym einzuhal ten.

Als Beispiel wurde eine Serie von 10-kg-Schmelzen von Nickel-Eisen-Legierungen mit ca. 48% Nickel und verschiedenen Mengen an Silizium und/oder Niob und/oder Zusätzen von Seltenen Erden und geringfügigen Zusätzen an Mangan erschmolzen. (Chargen E410, E405, E485, E486, E487 und E488 für die erfindungsgemäßen Chargen und Chargen T399, T400, T489 für Chargen nach dem Stand der Technik.) Die genauen Zusammensetzungen zeigt die Tabelle 4.

Tabelle 4

Zusammensetzung der Chargen nach dem Stand der Technik (T) und der erfindungsgemäßen Chargen (E). Alle Angaben sind in Masse-%

Geringfügige Mengen an Bor können zur Verbesserung der Stanzbarkeit zugegeben werden.

Die Menge des Cergehaltes in Masse-% in den erfindungsgemäßen Chargen E485, E486, E487 und E488 und in den Chargen nach dem Stand der Technik T489 und T400 ist um mehr als den Faktor 4,4 größer als der Schwefelgehalt in Masse %. Bei ihnen ist die Möglichkeit der Desoxidation und/oder Entschwefelung mit Cer ange wendet worden, um die Korrosionsbeständigkeit in einem Wechselklimatest zu ver bessern.

Nach der Erschmelzung erfolgte eine Block- und anschließend eine Warmbandwal zung an etwa 4 mm und eine anschließende Kaltumformung bis an die Enddicke von 1,0 mm. Daraus wurden Stücke von ca. 10 mm × 20 mm geschnitten und unter Wasserstoff bei 1050°C/6h/Ofenabkühlung mit ca. 0,8 bis 3°C/min bis 200°C (Glühung 1) bzw. bei 970°C/6h/Ofenabkühlung bis 100°C mit einer Haltezeit von 8 Stunden im Bereich von 450°C bis 500°C (Glühung 2) geglüht.

Anschließend wurde die Härte HV5 und die Koerzitivfeldstärke Hc gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt.

Tabelle 5

Koerzitivfeldstärke HV5 und Härte von Plättchen der Dicke 1 mm nach einer Glühung unter Wasserstoff von 6 Stunden bei 1050°C und einer Ofenabküh lung mit ca. 0,8 bis 3°C/min bis 200°C (Glühung 1) bzw. von 6 Stunden bei 970°C und einer Ofenabkühlung bis 100°C mit einer Haltezeit von 8 Stunden im Bereich von 450°C bis 500°C (Glühung 2) für Chargen nach dem Stand der Technik (T) und den erfindungsgemäßen Chargen (E)

Wie man erkennt, erreichen die Chargen, die mehr als 1% Niob (E410, E487 und E488) enthalten, alle die Härteforderung von HV 5 größer 120. Allerdings ist bei größeren Si-Gehalten (E487 und E488) die Abkühlung so wie bei Glühung 1 zu steuern, um Koerzitivfeldstärken von kleiner 24 A/m einzustellen. Auch mit Chargen, die nur Si enthalten, lassen sich bei größeren Si-Gehalten Härten über HV5 von 120 erreichen bei sehr guten Koerzitivfeldstärken von kleiner 8 Alm.

Alle Proben zeigten nach den Glühungen 1 bzw. 2 ein glänzend metallisches bzw. matt metallisches Aussehen (bei minimaler Verunreinigung der Atmosphäre mit Sauerstoff), so daß Korrosionspunkte nicht übersehen werden können.

Für die Chargen in Tabelle 4 sind dann noch die Permeabilitäten µ₄ bei 4 mA/cm, die Maximalpermeabilität µ_max und die magnetischen Flußdichten B bei den in der DIN 17405 angegebenen Feldstärken nach einer Glühung unter Wasserstoff von 6 Stun den bei 1050°C und einer Ofenabkühlung mit ca. 0,8 bis 2°C/min bis 200°C (Glühung 1) bzw. einer Abkühlung im Ofen bis 800°C (Glühung 3) gemessen wor den. Die erfindungsgemäßen Chargen (Kennung E in Tabelle 6) erfüllen alle die Bedingungen für die Klasse RNi 24, d. h. B ist bei H = 4000 A/m größer als 1,18 Tesla und die Koerzitivfeldstärke Hc ist kleiner als 24 A/m. Dabei werden insbeson dere von den Chargen mit nur Silizium als Zusatz die Bedingung für die Koerzitiv feldstärke Hc der Klasse RNi 8 von kleiner 8 A/m erfüllt. Auch ist die Zugabe der Seltenen Erden so dosiert worden, daß die magnetischen Werte von Permeabilität und Koerzitivfeldstärke im Rahmen der üblichen Schwan kungsbreite von ohne Seltenen Erden erschmolzenen Chargen liegen.

Tabelle 6

Magnetische Werte von Chargen nach dem Stand der Technik (T) und der erfindungsgemäßen Chargen (E) gemessen an Proben von 1 mm Dicke nach einer Glühung unter Wasserstoff von 6 Stunden bei 1050°C und einer Ofenabküh lung mit ca. 0,8 bis 2°C/min bis 200°C (Glühung 1) bzw. einer Abkühlung im Ofen bis 800°C (Glühung 3). Die Zusammensetzung der Chargen zeigt Tabelle 4

Als zweites wurde eine Legierung mit der dem Stand der Technik entsprechenden Zusammensetzung in Masse-% von Nickel 36,2; Mn 0,25; Si 0,20; Al 0,009; Mg 0,003; Ce 0,029; La 0,017; Pr 0,002; Nd 0,006; Summe Seltenen Erden 0,054; S 0,002; O 0,0050; N 0,0025; C 0,004 in ihren Eigenschaften bei der Block- und der Warmbandwalzung betrachtet. Bei dieser Charge mit einem Summengehalt an Sel tenen Erden von 0,054% bildeten sich bei der Warmformgebung Risse und der Block war danach Schrott. Ein so hoher Gehalt an Seltenen Erden führt zu einem schlechteren Warmformgebungsverhalten. Die Chargen mit niedrigeren Cer-Gehalt lassen sich sowohl an Block als auch an Warmband mit einer Dicke von ca. 4 mm ohne Probleme walzen. Da sich die Seltenen Erden chemisch ähnlich verhalten, ist erfindungsgemäß der Gehalt der Summe der Seltenen Erden Cer, Lanthan, Praseo dym, Neodym auf maximal 0,05 Masse % zu begrenzen, um Warmformgebungspro bleme zu vermeiden. Diese Grenzwerte gelten auch für Legierungen mit einem Nic kelgehalt von 35-65 Masse-% und 0,4 bis 6 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 5 Mas se-% Niob sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

Tabelle 7 zeigt die Untersuchung des Gehaltes an nichtmetallischen Einschlüssen nach DIN 50602 an verschiedenen Chargen nach dem Stand der Technik (T) und den erfindungsgemäßen Chargen (E).

Tabelle 7

Die Charge T2536 wurde mittels Stahlwerkstechnologie erschmolzen und hat fol gende Legierungszusammensetzung in Masse-%: Nickel 47,45; Mn 0,40; Si 0,19; Al 0,005; Mg 0,001; S 0,002; C 0,01.

Die Charge T2536 hat bei den oxidischen Einschlüssen in Strichform einen maxima len Größenwert von 2.7 (Verfahren M). Dieser Wert ist für den Einsatz dieser Char ge als Werkstoff für Relaisteile zu hoch. Er führt zu einem Verschleiß an den Kon taktflächen des Relais und hat den Verlust der Funktionsfähigkeit des Relais zur Folge. Der Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen wird deshalb erfindungsgemäß wie folgt begrenzt:

Die maximalen Größenwerte nach DIN 50602 der sulfidischen Einschlüsse in Strichform SS sind kleiner gleich 0.1 bzw. 1.1, die maximalen Größenwerte nach DIN 50602 der oxidischen Einschlüsse in aufgelöster Form OA (Aluminiumoxide) kleiner gleich 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2, die maximalen Größenwerte nach DIN 50602 der oxidi schen Einschlüsse in Strichform OS (Silikate) kleiner gleich 5.2 bzw. 6.2 bzw. 7.2 und die maximalen Größenwerte nach DIN 50602 der oxidischen Einschlüsse in glo bularer Form OG kleiner gleich 8.2 bzw. 9.2. Alle anderen in Tabelle 7 aufgelisteten Chargen erfüllen die Bedingungen für den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüs sen.

Claims

1. Weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickelgehalt von 35-65 Masse-% und 0,4 bis 6 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 5 Masse-% Niob sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

2. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 1 bis 5 Masse-% Si und/oder 1 bis 5 Masse-% Niob beinhaltet.

3. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung und 2,5 bis 5 Masse-% Si und/oder 0,01 bis 1 Masse-% Niob be inhaltet.

4. Weichmagnetische Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine oder mehrere der Seltenen Erden Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym beinhaltet, wobei die Summe der Seltenen Erden zwischen 0,003 und 0,05 Masse-% liegt.

5. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Cergehalt von max. 0,05 Masse-% beinhaltet.

6. Weichmagnetische Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung als Desoxidations- und/oder Entschwefelungszusätze max 0,5 Masse-% Mangan und Beimischungen von max. 0,002 Masse-% Magnesium, max. 0,002 Masse-% Kalzium, max. 0,010 Masse-% Aluminium, max. 0,004 Masse-% Schwefel, max. 0,004 Masse-% Sauerstoff und weitere erschmelzungsbedingte Bei mengungen enthält.

7. Weichmagnetische Legierung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der summenmäßige Anteil der Seltenen Erden-Gehalte in Masse-% mindestens um den Faktor 4,4 größer ist, als der Gehalt an Schwefel in Masse-%.

8. Weichmagnetische Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bis zu 0,002 Masse-% Bor enthält.

9. Verfahren zur Erschmelzung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel- Legierung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erschmelzen der Legierung im offenen Lichtbogenofen mit nachfolgenden Pfannenmetallurgie und/oder VOD-Behandlung zur Desoxidation, Entschwefelung und Entgasung erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die erschmolzene Legierung folgende Parameter eingestellt werden:

- die maximalen Größenwerte der sulfidischen Einschlüsse in Strichform liegen unterhalb von 0.1 bzw. 1.1
- die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in aufgelöster Form OA (Aluminiumoxide) liegen unterhalb von 2.2 bzw. 3.2 bzw. 4.2
- die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in Strichform OS (Silikate) liegen unterhalb von 5.2 bzw. 6.2 bzw. 7.2
- die maximalen Größenwerte der oxidischen Einschlüsse in globularer Form OG liegen unterhalb von 8.2 bzw. 9.2.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung von Teilen aus dieser Legierung, und dem Glühen dieser Teile bei Temperaturen zwischen 800°C und 1150°C Koerzitivfeldstärken von weniger als 24 A/m eingestellt sind.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung von Teilen aus einer Legierung nach Anspruch 3 und dem Glühen dieser Teile bei Temperaturen zwischen 800°C und 1150°C Koerzitivfeld stärken von weniger als 8 km eingestellt sind.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung von Teilen aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 und dem Glühen dieser Teile bei Temperaturen zwischen 800°C und 1150°C Koerzitivfeldstärken von weniger als 8 A/m eingestellt sind.

14. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Relaisteile.

15. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Ventildeckel und -töpfe von Magnetventi len.

16. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Joche bzw. Polstücke bzw. Polschuhe, bzw. Polbleche und Anker von Haltemagneten und Elektromagneten.

17. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Spulenkerne, Statoren von Schrittschaltmo toren und Rotoren und Statoren von Elektromotoren.

18. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Form- und Stanzteile von Sensoren, Positi onsgebern und Positionsaufnehmern.

19. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Magnetköpfe und Magnetkopfabschirmun gen.

20. Verwendung einer weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Werkstoff für Abschirmungen.