-
Verfahren zur Herstellung weichmagnetischer Eisen-N ickel-Legierungen.
-
Die Erfindung betrifft die Herstellung weichmagnetischer Eisen-Nickel-Legierungen.
-
Es ist bekannt, solche Legierungen mit Nickelgehalten von etwa 32
bis 85 % als weichmagnetische Werkstoffe fur Ubertrager, Meßwandler, Relais, Abschirmungen
und andere Zwecke zu verwenden. Zum Teil enthalten diese Legierungen außer Eisen
und Nickel auch noch Kupfer, Molybdän und,/oder Chrom in Mengen von jeweils bis
zu 15 %. Der Mangangehalt dieser Legierungen liegt üblicherweise zwischen etwa 0,
10 und 1,50 %. Es ist femer nicht mehr neu, daß einerseits durch eine Erhöhung des
Reinheitsgrades dieser Legierungen deren magnetische Kennwerte verbessert werden,
andererseits aber durch eine Zunahme der Reinheit, vor allem dann, wenn im Gußblock
keine Desoxydationsmittel wie Aluminium, Silizium, Magnesium, Cer, Kalzium enthalten
sind, die Warm-und Kaltverformung der Legierungen verschlechtert wird. Die chemische
Reinigung kann in an sich bekannter Weise beispielsweise durch eine Glühung in Schutzgawtmosphäre
bei möglichst hohen Temperaturen erreicht werden, wobei jedoch In erster Linie die
Elemente Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff entfernt werden, während eine nennenswerte
Beseitigung der typischen Desoxydationselemente auf diesem Wege nicht möglich ist.
-
Aus den genannten Gründen sind zwei grundsätzlich unterschiedliche
Verfahren zur industriellen Herstellung der erwähnten Eisen und Nickel
sowie
gegebenenfalls Kupfer, Molybdän und/oder Chrom enthaltenden weichmagnetischen Legierungen
entwickelt worden. Das eine Verfahren besteht in bekannter Weise darin, daß die
Legierungen an Luft in einem der Ublichen Schmelzöfen, zum Beispiel einem Induktions-
oder Elektroofen, erschmolzen und nach Zugabe von Mangan und wenigstens einem der
Desoxydationsmittel Aluminium, Silizium, Magnesium, Cer, Kalzium vergossen werden.
Nach dem anderen, ebenfalls bekannten Verfahren erfolgen sowohl die Erschmelzung
als auch der Abguß der Schmelze in Vakuum-Öfen, zum Beispiel in Vakuum-lnduktionsöfen
oder Vakuum-Lichtbogenöfen, unter Vakuum oder Schutzgas. Bei diesem Verfahren ist,
abgesehen von dem auch hier Ublichen Manganzusatz, die Zugabe von Desoxydationsmitteln
nicht erforderlich, die allenfalls nur in so geringem h Ausmaß erfolgt, daß keine
BeeiZchtigung der magnetischen Werte in die Erscheinung tritt. Bei dem erstgenannten
Verfahren wird in der Herstellung der Legierungen unter Verzicht auf die erreichbaren
magnetischen Höchstwerte der bisher wirtschattlichste Weg beschritten, während bei
dem anderen, sich sowohl bei der Erschmelzung als auch beim Abguß eines Vakuums
oder einer Schutzgasatmosphäre bedienenden Verfahren zur Er ng besonders guter mognetischw
Werte Herstellungsverfahren angewandt werden, die wesentlich aufwendiger und teurer
sind und außerdem zum Teil auch das Ausbringen bei der Weiterverarbeitung der Legierungen
verschlechtern.
-
Ausgangspunkt fur die vorliegende Erfindung waren eingehende Venuche
über den Einfluß von Desoxydationselementen auf die verschiedenen Herstellungsverfahren,
die Weiterverarbeitung und die magnetischen Eigenschaften der erwähnten weichmagnetischen
Legierungen. Bei der Durchfuhrung dieser Versuche hat sich die neue Erkenntnis ereeben,
daß es möglich ist, weichmagnetische Eisen-Nickel-IAglerungen mit besten magnetischen
Werten, wie sie bei der Erschmelzung und dem Vergießen unter Vakuum oder Schutzgas
erreicht werden, herzwtellen, ohne auf die Anwendung der kostspieligen Vakuum -
oder Schutzgas-
Verfahren und der dazu benötigten Vakuum-Schmelz-
und Gießufen angewiesen zu sein. Es hat sich nämlich übermschenderweise gezeigt,
daß es bei Einschaltung eines der großtechnisch @@@nnten und preisgünstigen, mit
vennindertem Druck arbeitendem Entgasungsverfahren bei nur geringen Zugaben an Desoxydationsmitteln
ein einwandfreies Vergießen und Erstarren der in einem der üblichen Öfen an Luft
erschmolzenen Legierungen möglich ist, ohne daß eine Verschlechterung der magnetischen
Werte gegenüber den nach dem reinen Vakuum-Verfahren hergestellten Legierungen in
die Erscheinung tritt. Außerdem ist das Ausbringen bei der Weiterverarbeitung tNarm-
und Kaltformgebung) gegenüber den in der letztgenannten Weise hergestellten Legierungen
wesentlich besser.
-
Die Erfindung besteht darin daß die in bekannter Weise in einem Ublichen
Ofen an Luft erschmolzenen Legierungen anschließend einem mit vermindertem Druck
arbeitenden, in der Schmeize einen Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,05 und einen
Sauerstoffgehalt von höchstens 0,01 ergebenden Entgasungsverfahren unterworfen werden.
Das Entgasen kann dabei außerhalb des Schmelzofens zum Beispiel in Form einer Pfannen-
oder Gießstrahlentgasung oder auch im Schmelzofen selbst durch Anwendung eines Unterdrucks
durchgeführt werden.
-
Die bekannten, großtechnlsch durchgefuhrten Stahlentgasungsverfahren
dienen in erster Linie dem Zweck, Wasserstoff aus dem flussigen Stahl zu entfernen
und die Menge an EinschlUssen, zum Beispiel Oxydtellchen, im Stahl zu verringern.
Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren wird zwar auch ein. Senkung des
Gehaltes an Einschlussen erreicht; wesentlich ist bei diesem Verfahren jedoch, daß
aufgrund der Tatsache, daß infolge der bei der Entgasung unter Bildung von Kohlenmonoxyd
eintretenden Erniedrigung des Kohlonstoff- und Sauerstoffgehalts bis aut die angegebenen
Prozentstitze nur geringe Mengen an Desoxydationsmitteln zugegeben werden mUssen,
so daß der Gehalt an Uberschussigen
Desoxydationsmittel, das im
Legierungs-Mischkrista II metallisch gelöst wird, nur gering ist, was aus dem Grunde
von Bedeutung ist, weil, wie sich herausgestellt hat, die mognetischen Werte der
Legierungen durch gelöste Anteile an Desoxydationsmitteln, insbesondere an Aluminium,
Magnesium, Kalzium, merklich verschlechtert werden.
-
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren ist im folgenden an
Hand von zwei Beispielen zur Herstellung einer aus etwa 76 % Nickel, 5 % Kupfer,
4 % Molybdän, 0,5 % Mangan, Rest Eisen mit den Ublichen Verunreinigungen bestehenden
weichmagnetischen Legierung naher erläutert.
-
Beispiel 1 Das der Herstellung der Legierung dienende Einsatzmaterial
wird in einem Ublichen Elektroofen an Luft eingeschmolzen. Nach dem VerflUssigen
des Einsatzmaterials können unerwunschte Begleitelemente, zum Beispiel Aluminium
und Silizium, durch Blasen mit Sauerstoff bis auf unschädliche Restgehalte entfemt
werden. Femer kann, falls erforderlich, der Schwefelgehalt durch Reaktion der Schmelze
mit einer geeigneten Schlacke erniedrigt werden0 Anschließend wird in bekannter
Weise, im gegebenen Fall beispielsweise durch Blasen mit Sauerstoff, ein Kohlenstoffgehalt
der Schmelze von etwa 0,04 bis 0,15 %, BK vorwiegend 0,05 bis 0,10 % eingestellt.
Eine Zugabe von Desoxydatlonsmitteln erfolgt zu diesem Zeitpunkt nicht; ein Mangangehalt
von bis zu etwa 0,5 % stört nicht. Anschließend wird aus dem Schmelzofen in eine
Gießpfanne abgegossen und gleichzeitig beziehungsweise anschließend eine an sich
bekannte Pfannen-, GießstNhl-, Teilmengen-oder Umlaufentgasung durchgefuhrt. Bei
der Pfannen- oder Gießstrohlentgasung können die bekannten Verfahren wie Abstichentgasung,
Pfannenstandentgasung,
Pfannendurchlaufentgasung zur Anwendung gebracht werden. Entscheidend ist, daß die
wegen des Fehlens von Desoxydatlonsmitteln unberuhigte Schmelze während der Entgasung
ohne zusötzliche Hilfsmittel kocht und hierbei der Wasserstoffgehalt und vor allem
die Gehalte an Kohlenstoff und Sauerstoff infolge der Bildung von gasförmigem Kohlenmonoxyd
so stark gesenkt werden, daß Kohlenstoffgehalte von höchstens 0,05 %, vorwiegend
0,005 bis 0,035 % und Sauerstoffgehalte von höchstens 0,010 %, vorwiegend 0,003
bis 0,006 % erreicht werden. Anschließend wird die entgaste Schmelze an Luft oder
unter einem Schutzgasschleier, zum Beispiel unter Argon, vergossen, wobei entweder
vor dem Abstich im Entgasungsgeföß oder vor dem Vergießen in der Pfanne das gegebenenfalls
fehlende Mangan und als Desoxydationsmittel etwa 0,01 bis 0,03 % Aluminium undy/oder
etwa 0,01 bis 0,03 % Magnesium zugesetzt wird. Hierbei kann bei guter Durchführung
der Schmelz-und Entgasungsarbeiten mit dem Zusatz an Desoxydationsmitteln bis an
die untere Grenze der angegebenen Gehalte gegangen werden.
-
Beispiel 2 Das Einsatzmaterial wird in einem Induktionsofen an Luft
erschmolzen, der mit einer dicht schließenden Haube versehen werden kann, um durch
Pumpen ein Vakuum über der Schmelze erzielen zu können.
-
Das Enchmolzen kann auch in einem anderen Ofen, zum Beispiel einem
Eloktroofent erfolgen und die Schmelze anschließend in den Induktionsofen ubergeführt
werden. In der Schmelze wird alsdann wie bei dem Verfahren nach dem Beispiel 1 nach
dem Entfernen der unerwUn chten Begl.itelemente ohne Zugabe von Desoxydationsmitteln
d.r gewünschte Kohlenstoffgelalt eingestellt, worauf der Ofen durch Auflegen der
Haubo verschlossen und alsdann abgepumpt wird. Der Druck wird dabei auf 0,1 bis
3 Torr, vorzugweise 0,3 bis 1 Torr gesenkt und die Schmelz bei diesem Unterdruck
solange gekocht, bis sio völlig ruhig ist, Hierdurch werden die gleichen Gehalte
an
Kohlenstoff und Sauerstoff erzielt wie bei dem Verfahren nach dem Beispiel 1. Anschließend
wird der Ofen mit Luft belüftet, die Haube abgenommen und die entgaste Schmelze
unter Anwendung nur geringer Mengen an Desoxydationsmltteln wie beim Verfahren nach
dem Beispiel 1 vergossen.
-
Bei beiden Beispiolen kann auch auf die Zugabe von Aluminium und/oder
Magnesium als Desoxydationsmittel verzichtet und dafür bis zu etwa 0,06 %, vorzugsweise
0,02 bis 0,03 % Silizium zugesetzt werden.
-
Nach den in den beiden Beispielen beschriebenen Verfahren hergestellte
Legierungen ergaben nach den ueblichen Warm- und Kaltverformungen und der ueblichen
Schlußgluhbehandlung an Ringbandkernen mit einer Bandstärke von 0,20 bis 0,28 mm
beispielsweise b5-Werte (Permeabilitat gemessen bei 5 Milli-Oentedt) zwischen 70000
und 140000G/Oe (Gauß pro Oerstedt).
-
Es gibt im Rahmen der Erfindung auch Falle, in denen auf die gesonderte
z@@@@ eines Desoxydationsmittels verzichtet werden kann. Das trifft beisprelsweise
zu bei der Herstellung von Legierungen, denen bei einem Nickelgehalt von etwa 47
bis 56 % üblicherweise 0,05 bis 0,50 % Silizium zulegiert wird. Dieser Siliziumgehalt
reicht aus, um eine vollständige Desoxydation der Schmelze herbeizuführen.