DE2131629C3 - Verwendung einer wärmebehandelten Nickel-Eisen-Niob-Legierung als Werkstoff für Magnettonköpfe - Google Patents
Verwendung einer wärmebehandelten Nickel-Eisen-Niob-Legierung als Werkstoff für MagnettonköpfeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer speziellen wärmebehandelten Nickel-Eisen-Niob-Legierung
als Werkstoff für Magnettonköpfe.
Derzeit wird für Magnettonköpfe von Tonkassettenrekordern aufgrund der guten Bearbeitbarkeit in weitem
Ausmaß Permalloy (eine Nickel-Eisen-Legierung) verwendet. Die herkömmliche Legierung »Permalloy«
hat jedoch den Nachteil, daß ihre Vickers-Härte HV relativ niedrig ist und in der Gegend von 130 kp/mm2
liegt, so daß die Abriebbeständigkeit ziemlich schlecht ist. Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis nach
einer Verbesserung der Härte und der Abriebbeständigkeit von Legierungsmaterialien für Magnettonköpfe.
In der DT-PS 679 794 wird bereits eine Legierung mit hoher Permeabilität, bestehend aus 35 bis 85%
Nickel, 0,1 bis 5% Niob oder 0,1 bis 5% Tantal oder 0,1 bis 10% beider Elemente, Rest Eisen und gegebenenfalls
Verunreinigungen, beschrieben, doch ist anzunehmen, daß die daraus in wesentlich weiteren
Grenzen bekannte Legierung nur einen nicht zufriedenstellenden Ordnungsgrad aufweist, weil die
Wärmebehandlung nur in einem Glühen bei HOO0C besteht und sich an keiner Stelle dieser Druckschrift
ein Hinweis auf den Ordnungsgrad dieser Legierung findet.
In der Literaturstelle »Hütte«, Taschenbuch für Eisenhüttenleute, 5. Auflage (1961), Seite 671, wird
eine Ferroniob-Tantal-Legierung beschrieben, die jedoch hinsichtlich ihrer Permeabilität nicht als zufriedenstellend
angesehen werden kann.
In der Literaturstelle K.E. Volk »Nickel und Nickellegierungen«, Springer-Verlag, 1970, Seiten 73
bis 89, wird weiterhin beschrieben, daß in Permalloylegierungen die Anfangspermeabilität und die Maximalpermeabilität
durch eine spezielle Wärmebehandlung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur festgelegt
wird. Aber auch in dieser Druckschrift finden sich keine konkreten Hinweise auf die Zusammensetzung
bzw. Herstellung einer Legierung, die hinsichtlich ihrerHärte, ihrer Abriebfestigkeit und ihrer Permeabilität
sehr hohen Anforderungen genügt
In der US-PS 33 50 199 wird schließlich eine Legierung beschrieben, die im wesentlichen aus 1 bis 5%
Niob, bis zu 2% Silber, 72 bis 80% Nickel und zum Rest aus Eisen besteht, wobei das Verhältnis von Nickel
zu Eisen im ungefähren Bereich von 3:1 bis 7:1 liegt Diese Legierung ist jedoch in erster Linie zum
ίο Erhalt einer hohen Koerzitivkraft, wie sie für Datenelemente
erforderlich ist, formuliert worden und ist daher ebenfalls nicht imstande, hohen Anforderungen
hinsichtlich der Härte und der Abriebbeständigkeit sowie der Permeabilität zu genügen.
'5 Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Legierung mit ausgezeichneter Härte, ausgezeichneter Abriebfestigkeit
und hoher Permeabilität für die Verwendung als Werkstoff für Magnettonköpfe aufzufinden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Verwendung einer Legierung, bestehend aus 79,0 bis 81,4% Nickel, 10,1 bis 14,2% Eisen, 5,7 bis 9,8% Niob und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, welche auf eine Temperatur von oberhalb 800°C, vorzugsweise oberhalb 1100°C, in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht länger als 100 h, erhitzt worden ist, dann im Ofen auf eine Zwischentemperatur leicht oberhalbdesOrdnungs-Unordnungs-Umwandlungspunktes, z. B- auf etwa 600°C, abgekühlt und von der Zwischentemperatur weiter auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von rC/h bis 100°C/sec, vorzugsweise 10°C/h bis 10°C/sec, abgekühlt worden ist, und gegebenenfalls nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur auf eine Temperatur unterhalb des Um-Wandlungspunktes, z. B. unterhalb etwa 600°C, in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht länger als 100 h, wiedererhitzt worden ist, als Werkstoff mit einer Anfangspermeabilität von 30000 bis 64 000 und einer maxi- malen Permeabilität von 200000 bis 409 600, einer Vickers-Härte von mehr als 150 kp/mm2 für Magnettonköpfe.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Verwendung einer Legierung, bestehend aus 79,0 bis 81,4% Nickel, 10,1 bis 14,2% Eisen, 5,7 bis 9,8% Niob und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, welche auf eine Temperatur von oberhalb 800°C, vorzugsweise oberhalb 1100°C, in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht länger als 100 h, erhitzt worden ist, dann im Ofen auf eine Zwischentemperatur leicht oberhalbdesOrdnungs-Unordnungs-Umwandlungspunktes, z. B- auf etwa 600°C, abgekühlt und von der Zwischentemperatur weiter auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von rC/h bis 100°C/sec, vorzugsweise 10°C/h bis 10°C/sec, abgekühlt worden ist, und gegebenenfalls nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur auf eine Temperatur unterhalb des Um-Wandlungspunktes, z. B. unterhalb etwa 600°C, in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht länger als 100 h, wiedererhitzt worden ist, als Werkstoff mit einer Anfangspermeabilität von 30000 bis 64 000 und einer maxi- malen Permeabilität von 200000 bis 409 600, einer Vickers-Härte von mehr als 150 kp/mm2 für Magnettonköpfe.
Die genannte Lösungsglühbehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als UOO0C,
insbesondere von etwa 12500C, anstelle einer Temperatur
von 800 bis 11000C über einen ausgedehnten
Zeitraum durchgeführt, so daß das Erreichen einer festen Lösung so gründlich wie möglich bewirkt wird.
Die gründliche Lösungsglühbehandlung führt zu einer überragenden Verbesserung der magnetischen Eigenschaften
der Legierung.
Die Art und Weise, auf welche die Legierung von der Glühtemperatur auf eine Zwischentemperatur
oberhalb des Ordnungs-Unordnungs-Umwandlungspunktes abgekühlt wird, z. B. auf etwa 6000C, beeinflußt
die magnetischen Eigenschaften nicht besonders, und zwar ungeachtet, ob man rasch oder langsam
abkühlt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit, die dann herrscht, wenn die Legierungsternperatur den Ordnungs-Unordnungs-Umwandlungspunkt
kreuzt, hat tiefgehende Wirkungen auf die magnetischen Eigenschaften der Legierung, so daß es notwendig ist, die
Legierung von einer Zwischentemperatur leicht oberhalb des Umwandlungspunktes mit einer Geschwindigkeit
von mindestens IC/h, aber nicht mehr als 100' C/sec, abzukühlen. Dieser Abkühlungsgeschwindigkeitsbereich
wird erfindungsgemäß eingehalten, um zu bewirken, daß der Ordnungsgrad der Legierung in
einen Bereich von 0,1 bis 0,6, vorzugsweise 0,2 bis 0,5,
fallt Wenn die Legierung relativ rasch mit lOO'C/sec
abgekühlt wird, dann wird der Ordnupgsgrad relativ gering, d. h. 0,1. Eine raschere Abkühlung, die schneller
als mit lOO'C/sec erfolgt, ergibt einen Ordnungsgrad,
der geringer ist als 0,1, und führt somit nicht zu der gewünschten Permeabilität
Auf der anderen Seite neigt ein zu langsames Abkühlen mit weniger als TC/h dazu, den Ordnungsgrad
zu stark zu erhöhen, nämlich auf mehr als 0,6, so daß die gewünschte hohe Permeabilität gleichfalls nicht
erhalten werden kann.
Die Permeabilität der erfindungsgemäß behandelten Legierung kann, insbesondere wenn diese rasch abgekühlt
wird, weiter verbessert werden, indem man sie, wie im Patentanspruch angegeben, auf eine Temperatur
unterhalb des Umwandlungspunktes, z. B. unterhalb 600°C, wiedererhitzt.
Im allgemeinen neigen höhere Behandlungstemperaturen dazu, kürzere Behandlungszeiten zu gestatten,
während niedrigere Behandlungstemperaturen längere Behandlungszeiten erforderlich machen.
Gleichermaßen benötigen größere Massen längere Behandlungszeiten, während kleinere Massen eine kürzere
Behandlungszeit gestatten.
Bei der Abkühlung der Legierung mit der genannten Zusammensetzung von einer Zwischentemperatur
oberhalb des Umwandlungspunktes auf Raumtemperatur, variiert die angemessene Abkühlungsgeschwindigkeit
zur Erzielung einer maximalen Permeabilität etwas in Abhängigkeit von der Zusammensetzung,
doch ist die erfindungsgemäße Abkühlungsgeschwindigkeit gewöhnlich so gering, daß das Abkühlen
in einem Ofen bevorzugt wird. Mit herkömmlichen Nickel-Eisen-Legierungen, die kein Niob enthalten,
z. B. Permalloy, kann keine hohe Permeabilität erhalten werden, wenn sie nicht rasch abgekühlt wird,
beispielsweise in einem Ofen mit Zwangsumlüftung. Die Differenz der Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen
den herkömmlichen Legierungen und den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen ist ein
sehr wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Eigenschaften des magnetischen Materials.
So werden die Magnettonköpfe nach ihrer Herstellung gewöhnlich wärmebehandelt, um innere Spannungen,
die in den Köpfen durch den Verformungsprozeß entstanden sind, zu eliminieren. Zur Beibehaltung
der geeigneten Gestalt und zur Vermeidung der Oxidation der Oberfläche ist ein langsames Abkühlen
im Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre vorzuziehen. Die herkömmlichen Legierungen, die zur
Ausbildung einer hohen Permeabilität ein rasches Abkühlen benötigen, sind für ein solches langsames Abkühlen
nicht geeignet. Auf der anderen Seite ist die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung besonders
für eine solche Nachverformungs-Wärmebehandlung geeignet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. la ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Nickel-Eisen-Niob-Legierung und ihrer Anfangspermeabilität μα darstellt,
Fig. Ib ein Diagramm, das die Beziehung zwischen
der Zusammensetzung der erfindungsgemäß zu verwendenden Nickel-Eisen-Niob-Legierung und der
maximalen Permeabilität μΜ darstellt,
Fig. 2a ein Diagramm, das Zonen entlang den Linien a-a' der Fig. 1 a und Ib (Fe: Nb = 1,3: 1)
darstellt,
Fig. 2b ein Diagramm, das Zonen entlang den Linien b-ti der Fig. 1 a und 1 b (Ni: Nb = 9,6: 1)
S darstellt,
Fig. 2 c ein Diagramm, das Zonen entlang der Linien
c-d der Fig. la und Ib (Ni : Fe = "?,3 : 1) darstellt,
Fig. 3a ein Diagramm, das die Beziehung zwischen
der Anfangspermeabilität μ0 des Musters Nr. 55 aus der
ίο erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung und der
Glühtemperatur und -zeit zeigt,
Fig. 3b ein Diagramm, das die Beziehung der maximalen Permeabilität y.m des Musters Nr. 55 aus
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung und des Glühtemperatur und -zeit darstellt,
Fig. 4a und 4b Diagramme, die die Wirkungen von verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten auf
die Anfangspermeabilität μυ und die maximale Permeabilität
μα der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung darstellen,
Fig. 5 eine magnetische Hysterese-Kurve des Musters Nr. 55 aus der erfindungsgemäß zu verwendenden
Legierung und
Fig. 6 ein Diagramm, das die Wirkungen der verschiedenen Niob-Gehalte in der erfindungsgemäß 7.11 verwendenden Legierung auf den elektrischen Widerstand und die Vickers-Härte wiedergibt, wobei ein konstanter Nickelgehalt von etwa 80% angenommen wird.
Fig. 6 ein Diagramm, das die Wirkungen der verschiedenen Niob-Gehalte in der erfindungsgemäß 7.11 verwendenden Legierung auf den elektrischen Widerstand und die Vickers-Härte wiedergibt, wobei ein konstanter Nickelgehalt von etwa 80% angenommen wird.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung wird nun Stufe für Stufe
näher erläutert.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung wird eine geeignete Menge eines Ausgangsmaterials
aus 79,0 bis 81,4% Nickel, 10,1 bis 14,2% Eisen und 5,7 bis 9,8% Niob (anstelle von
metallischem Niob kann auch handelsübliches Ferro-Niob mit verhältnismäßig niedrigem Tantalgehalt von
z. B. weniger alls 0,5% verwendet werden) in einem Schmelzofen in Luft, vorzugsweise im Vakuum oder
in einer nichtoxidierenden Atmosphäre geschmolzen, worauf eine geringe Menge (weniger als 1 %)
eines Desoxidationsmittels und/oder eines Entschwefelungsmittels, Z.B.Mangan, Silicium, AIuminium,
Titan, Calciumlegierungen und dergleichen, zugesetzt wird, um die Verunreinigungen soweit wie
möglich zu entfernen und worauf die Schmelze gründlich gerührt wird, um sie zu homogenisieren.
Zu Prüfzwecken wurde eine Anzahl von verschiedenen Legierurigsmustern auf diese Weise hergestellt. Die einzelnen Muster wurden in einer Form zu Barren gegossen. Die Barren wurden zu 0,3 mm dicken Blechen verformt. Die Legierungen können in jede beliebige Form dadurch gebracht werden, daß man sie bei Raum- oder erhöhter Temperatur schmiedet oder walzt.
Zu Prüfzwecken wurde eine Anzahl von verschiedenen Legierurigsmustern auf diese Weise hergestellt. Die einzelnen Muster wurden in einer Form zu Barren gegossen. Die Barren wurden zu 0,3 mm dicken Blechen verformt. Die Legierungen können in jede beliebige Form dadurch gebracht werden, daß man sie bei Raum- oder erhöhter Temperatur schmiedet oder walzt.
Aus den Blechen wurden Ringe mit einem Außendurchmesser von 35 mm und einem Innendurchmesser
von 27 mm herausgestanzt. Die Ringe wurden oberhalb 8000C, vorzugsweise oberhalb 1100°C, mindestens
1 min, aber nicht länger als 100 h, lösungsgeglüht, was im Vakuum oder in Wasserstoffoder einer anderen
nichtoxidierenden Atmosphäre geschah, und nach Abkühlung auf eine Zwischentemperatur leicht oberhalb
f>5 des Ordnungs-Lnordnungs-Lmwandlungspunktes von
dieser Zwischentemperatur weiter mit einer für die Zusammensetzung der jeweiligen Legierung geeigneten
AbkÜhluniiS££SCh\viridiilkeii im R^rfirh vr.r.
1 CVh bis 100 C/sec, vorzugsweise 10 C/h bis 10 C/sec,
abgekühlt. Bei bestimmten Zusammensetzungen der Legierungen wurden die Muster anschließend von
Raumtemperatur auf eine Temperatur unterhalb des genannten Umwandlungspunktes, z. B. auf400cC, mindestens
1 min, aber nicht langer als 100 h, wiedererhitzt und sodann abgekühlt.
Die Permeabilität der auf diese Weise wärmebehandelten Ringmuster wurde unter Verwendung eines
herkömmlichen ballistischen Galvanometers gemessen. Die höchsten Werte der Anfangspermeabilität
[L0 und der maximalen Permeabilität μΜ der Muster
waren 64 000 bzw. 409000. Es wurde gleichfalls gefunden, daß die Muster eine erheblich hohe Härte und
einen hohen elektrischen Widerstand hatten.
Die Fig. la zeigt die Linien der höchsten Werte der Anfangspermeabilität μο der Nickel-Eisen-Niob-Legierungen
verschiedener Zusammensetzungen, die
durch die genannten verschiedenen Wärmebehandlungen erhalten wurden. Ähnliche Linien sind für die
höchsten Werte der maximalen Permeabilität μ,,, der Nickel-Eisen-Niob-Legierungen verschiedener Zu-
-s sammensetzungen nach Durchführung der genannten
Vielzahl von Wärmebehandlungen in Fig. Ib gezeigt.
Die Fig. 2a, 2b und 2c sind schematische Zonen der Fig. la und Ib, die entlang der Linien a-a',
ίο b-b' und c-cJ aufgenommen wurden und die die
höchsten Werte der Anfangspermeabilität μ0 und der
maximalen Permeabilität μ,,, entlang solcher Zonen zeigen.
In der Tabelle 1 sind die physikalischen Eigenschaften von ausgewählten Legierungsmustern zusammengestellt.
(Einzelheiten über das Herstellungsverfahren der Legierungsmuster der Tabelle 1 werden später
beschrieben.)
| Tabelle 1 | Zusammensetzung (%) | Fc | Nb | Ctlühbchand- | Dauer | Abkühlungs- | Anfangs- | Max. | Rema | Koerzi | Hyste | _ | Sätti- | lilcklri- | Vickers- | _ | |
| Mu | 13,1 | 6,5 | lung | geschwindig | nermeabi- | Permeabi | nenz | tivkraft | rese- | 0,0160 | 13,60 | gungs- | sihcr | Härte | 193 | ||
| ster | 13,5 | 6,5 | keit nach | lität | lität | (Gi | [Oe] | verlust | 0,0098 | 14,16 | induk- | Wider | |kp/mmJ | 190 | |||
| 13,5 | 6,5 | Ih) | lOminütigem | je Zyklus | 0,0082 | 13,10 | lion | stand | 190 | ||||||||
| 13.5 | 6.5 | 18 | Erhitzen | (erg/cm3l | 0,0093 | 14,47 | I Ci I | ίμϋ cm| | - | ||||||||
| 12,0 | 7.5 | 3 | auf 600 C | 0,0105 | 16,42 | 203 | |||||||||||
| 13,1 | 7,5 | Temp. | 9 | hei einer max. Huödichie von | - | - | h. magn. | - | |||||||||
| 13,1 | 7,5 | 3 | 500OG | 0,0088 | 14,25 | Feld von | - | ||||||||||
| 13,1 | 7,5 | 3 | 0,0084 | 13,61 | 900Oc | 205 | |||||||||||
| Ni | 11,4 | 8,0 | ( O | 3 | ( CYh) | <μ«> | I ihn > | - | - | - | |||||||
| 80,4 | 11,4 | 8.0 | 1250 | 9 | 100 | 15080 | 345000 | _ | 7580 | 59,7 | |||||||
| 34 | 80,0 | 1150 | 18 | 240 | 34800 | 129000 | 3300 | 7600 | 60,2 | ||||||||
| 35 | 80,0 | 1250 | 18 | 800 | 49300 | 302 800 | 3500 | - | - | ||||||||
| 35 | 80.0 | 1350 | 18 | 400 | 29000 | 231600 | 3230 | 0,0114 | 16,95 | 7550 | 60,3 | - | |||||
| 35 | 80,5 | 11.1 | 8,4 | 1350 | 400 | 49300 | 151000 | 2600 | 0,0038 | 5,09 | 6980 | 65,1 | 210 | ||||
| 45 | 79,4 | 11,1 | 8,4 | 1250 | 240 | 40600 | 86300 | 3360 | - | - | 7050 | 65,5 | - | ||||
| 47 | 79,4 | 11,1 | 8,4 | 1250 | 800 | 43 500 | 191500 | - | - | - | |||||||
| 47 | 79,4 | 1250 | 3 | 800 | 34800 | 254300 | 3120 | - | - | ||||||||
| 47 | 80,6 | 1250 | 9 | 400 | 33000 | 354 500 | 2860 | 6730 | 67,1 | ||||||||
| 52 | 80,6 | 1250 | 9 | 8 100 [und | 21900 | 260700 | - | 0,0054 | 9,63 | - | - | - | |||||
| 52 | 11,1 | 8,4 | 1 Stunde auf | ||||||||||||||
| 400cC | |||||||||||||||||
| erhitzt] | |||||||||||||||||
| 80,5 | 1150 | 9 | 240 | 44500 | 143000 | 2850 | 0,0036 | 7,47 | 6530 | 69,0 | 208 | ||||||
| 55 | 80,5 | 11,1 | 8,4 | 1250 | 240 | 64000 | 409600 | 2550 | 0,0046 | 8,25 | 6550 | 69,3 | - | ||||
| 55 | 80,5 | 11,1 | 8,4 | 1250 | 240 [und | 42000 | 306400 | - | 6520 | 69,0 | |||||||
| 55 | 30 Min. auf | ||||||||||||||||
| 3 | 400" C | ||||||||||||||||
| 3 | erhitzt] | 0,0077 | 15,10 | - | |||||||||||||
| 80,5 | 12,1 | 8,4 | 1250 | 8 100 [und | 33500 | 237 700 | 2 640 | 0,0096 | 16,73 | - | - | - | |||||
| 55 | 10,6 | 9,3 | 1 Stunde auf | - | - | 217 | |||||||||||
| 10,6 | 9,3 | 400°C | |||||||||||||||
| 3 | erhitzt] | ||||||||||||||||
| 80,5 | 1350 | 18 | 400 | 55100 | 221800 | 2080 | 6530 | 69,4 | |||||||||
| 55 | 80,5 | 1350 | 18 | 400 [und | 46300 | 207000 | 2440 | 0,0048 | 10,64 | - | - | - | |||||
| 55 | 11,0 | 9,3 | 1 Stunde auf | 0,0050 | 9,78 | - | |||||||||||
| 11,1 | 9,3 | 400°C | |||||||||||||||
| erhitzt] | |||||||||||||||||
| 79,5 | 1 150 | 9 | 240 | 43500 | 212000 | 2640 | 6550 | 69,3 | |||||||||
| 56 | 80,1 | 1250 | 9 | 240 | 43520 | 204000 | 2580 | 6030 | 73,4 | ||||||||
| 65 | 80,1 | 1250 | 2800 [und | 32500 | 187200 | - | - | - | |||||||||
| 65 | 1 Stunde auf | ||||||||||||||||
| 400°C | |||||||||||||||||
| erhitzt] | |||||||||||||||||
| 79,7 | 1250 | 100 | 53 650 | 231500 | 3280 | 6050 | 73,7 | ||||||||||
| 66 | 79,7 | 1250 | 240 | 34800 | 304500 | 3350 | - | - | |||||||||
| 66 | |||||||||||||||||
Aus den Fig. la bis 2c wird ersichtlich, daß die Zugabe von 3,1 bis 14,0% Niob zu binären Nickel-Eisen-Legierungen
die magnetischen Eigenschaften der Legierungen erheblich verbessert und daß das Er-
hitzen solcher ternärer Legierungen auf Temperaturen
von mehr als 1100CG die Permeabilität der ternären
Legierungen weiter verbessert Somit können bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen eine
extrem hohe Anfangspermeabilität und eine extrem hohe maximale Permeabilität ohne weiteres erhalten
werden. So zeigt z. B. das Muster Nr. 55 aus 80,5% Nickel, 11,1% Eisen und 8,4% Niob eine Anfangspermeabilität von 64 000 und eine maximale Permeabilität
von 409 600, wenn sie 9h auf 125OC erhitzt, in einem Ofen auf 600"C abgekühlt und 10 min bei
600"C gehalten und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 240°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt
wird. Solche Permeabilitätswerte sind erheblich größer als diejenigen, die unter Verwendung der herkömmlichen
Legierungen erhalten werden können. So zeigt nämlich eine herkömmliche Nickel-Eisen-Legierung
aus 78,5% Nickel und 21,5% Eisen eine Anfangspermeabilität von 8000 und eine maximale
Permeabilität von 100000, wenn sie auf !050cC erhitzt und langsam auf 6000C und von 6000C schnell abgekühlt
wird.
Die Fig. 3a zeigt die Wirkungen von verschieden
hohen Glühtemperaturen und -zeiten auf die Anfangspermeabilität der ternären Legierungen im Falle des
Musters Nr. 55 der Tabelle 1. Die Fig. 3b zeigt ähnliche Wirkungen auf die maximale Permeabilität des
gleichen Musters, die Werte für die Permeabilität der
Fi g. 3 a und 3 b wurden bestimmt, nachdem das M uster
Nr. 55 von der angegebenen hohen Temperatur im Bereich von 1050 bis 135O0C in einer besonderen
Weise abgekühlt worden war. Es geschah in der Weise, daß das Muster in einem Ofen auf 6000C abgekühlt
wurde, wobei es 10 min auf 6000C gehalten wurde und worauf es auf Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit
von 240°C/h abgekühlt wurde. Aus den Fig. 3a und 3b wird ersichtlich, daß die Permeabilität
erheblich durch die hohe Glühtemperatur und die Dauer der Glühung beeinflußt wird. Es besteht daher
eine optimale Glühtemperatur und eine optimale Glühzeit für jede Zusammensetzung der Legierung, um die
Permeabilität auf einen Maximalwert zu bringen. Insbesondere ergibt eine Wärmebehandlung bei einer
Temperatur unterhalb HOO0C relativ niedrige Permeabilität, nämlich eine Anfangspermeabilität von
nicht mehr als 12000 und eine maximale Permeabilität
von nicht mehr als 110000. Auf der anderen Seite ergibt eine Hochtemperaturwärmebehandlung bei
1100°C oder mehr relativ hohe Permeabilitäten, nämlich
eine Anfangspermeabilität von mehr als 12000 und eine maximale Permeabilität von mehr als 110 000.
Zur Untersuchung der Wirkungen der Abkühlungsgeschwindigkeit und des Wiedererhitzens nach dem
Abkühlen von der obengenannten hohen Temperatur wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in den Fig. 4a und 4b zusammengestellt In den Figuren entsprechen die Kurven C
und D den ausgewählten Mustern der Tabelle 1, wie es in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengestellt
ist
| Tabelle | 2 | Muster Nr. in Tabelle 1 |
Zusammensetzung (Gew.-%) Nickel Eisen Niob |
13,5 . 11,1 |
6,5 8,4 |
| Kurve | 35 55 |
80,0 80,5 |
|||
| C D |
|||||
Die mit nicht apostrophierten Buchstaben in den Fig. 4a und 4b bezeichneten Punkte (C1, C2, C3,
D1, D2, D3) sind die Permeabilitäten der entsprechenden
Legierungen, die dadurch wärmebehandelt wurden, daß sie 9 häuf 1250 C erhitzt, auf 600 C in einem
Ofen abgekühlt, und sodann mit verschiedenen Geschwindigkeiten von 600'C auf Raumtemperatur abgekühlt
wurden. Die Kurven C und D wurden erhalten, indem die zu nicht apostrophierten Buchstaben
gehörenden Punkte der entsprechenden Legierungen verbunden wurden.
ίο Die mit apostrophierten Buchstaben bezeichneten
Punkte in den Fig. 4a und 4b (C,', C/, C,', D1',
D2', Di) bedeuten die Permeabilitäten der entsprechenden
Legierungsmuster nach weiterer Behandlung der Legierungen, ausgehend von den Bedingungen, wie
sie den Punkten der nicht apostrophierten Buchstaben entsprechen. Die Wärmebehandlungen für die
Punkte mit apostrophierten Buchstaben waren folgendermaßen:
C,': Nach C, wurde das Muster Nr. 35 1 h auf 350cC wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
C,': Nach C, wurde das Muster Nr. 35 1 h auf 350cC wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
C2': Nach C2 wurde das MusterNr. 35 30 min auf 3500C
wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
C,': Nach C3 wurde das Muster Nr. 35 1 h auf 4000C wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
C,': Nach C3 wurde das Muster Nr. 35 1 h auf 4000C wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
D1': Nach D, wurde das Muster Nr. 55 1 h auf 400°C
wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
D2': Nach D2 wurde das Muster Nr. 55 30 min auf 4000C
D2': Nach D2 wurde das Muster Nr. 55 30 min auf 4000C
wieder erhitzt und in Luft abgekühlt
D3': Nach D3 wurde das Muster Nr. 55 I h auf 400°C wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
D3': Nach D3 wurde das Muster Nr. 55 I h auf 400°C wieder erhitzt und in Luft abgekühlt.
Aus den Fig. 4a und 4b können folgende Tendenzen hergeleitet werden. Bei steigendem Niob-Gehalt
von 5,7 bis 9,8% Niob können höhere Permeabilitäten häufiger durch ein langsameres Abkühlen erhalten
werden. Im allgemeinen, wenn die Legierungen relativ rasch von 600°C abgekühlt werden, dann neigt die
darauffolgende Wiedererhitzung dazu, die Permeabilität erheblich zu erhöhen, während, wenn die Legierungen
relativ langsam von 6000C abgekühlt werden, die darauf folgende Wiedererhitzung dazu neigt, die
Permeabilität zu verschlechtern. Diese genannten Trends werden sowohl bei der Anfangs- als auch bei
der maximalen Permeabilität beobachtet
Die Fig. 5 zeigt einen Teil der Hystereseschleife Tür das Muster mit der höchsten Permeabilität, d. h.
das Muster Nr. 55. Aus dieser Figur wird ersichtlich.
daß der Hystereseverlust des Musters Nr. 55 extrem gering ist
Die Erfindung soll nachfolgend anhand spezifischei Beispiele näher erläutert werden.
Das Legierungsmuster Nr. 35, bestehend aus 80,0% Nickel, 13,5% Eisen und 6,5% Niob, wie in Tabelle 1
angegeben, wurde, ausgehend von 99,8 %ig reinem elektrolytischem Nickel, 99,97 %ig reinem elektrolyäschern
Eisen und 99,8%ig reinem Niob, dadurcr hergestellt, daß 800 g der reinen Ausgangsmetalle irr
Vakuum unter Verwendung eines Tiegels geschmolzer wurden. Der Tiegel war in einem Hochfrequenz
induktionsofen angeordnet Das geschmolzene Metall wurde gerührt, um eine homogene Legierungsschmelze zu erhalten. Die erhaltene Schmelze wurde
in eine Metallform mit einem zylindrischen Loch von 25 mm Durchmesser und 170 mm Höhe zu einem
Barren gegossea Der Barren wurde bei etwa 10000C
zu 7 mm dicken Platten geschmiedet Die Platter wurden bei etwa 600 bis 9000C auf eine Dicke vor
1 mm warmgewalzt und dann bei Raumtemperatur zu dünnen Blechen mit 0,3 mm Dicke kaltgewalzt. Aus
den dünnen Blechen wurden Ringe mit einem Innendurchmesser von 27 mm und einem Außendurchmessser
von 35 mm ausgestanzt.
Die erhaltenen Ringe wurden verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen, wie es in Tabelle 3 gezeigt
ist. Die Tabelle 3 zeigt auch die physikalischen Eigenschaften der Ringe nach den Behandlungen.
Das Muster Nr. 55, bestehend aus 80,5% Nickel, 11,1 % Eisen und 8,4% Niob wurde in ähnlicher Weise ,5
wie in Beispiel 1 unter Verwendung der gleichen Materialien zu ähnlichen Ringen verarbeitet. Die
Ringe aus dem Muster Nr. 55 wurden, wie in Tabelle 4 gezeigt, verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen.
Die Tabelle 4 zeigt auch die entsprechenden Eigenschaften.
In den Beispielen 1 und 2 wurde 99,8%ig reines metallisches Niob als Ausgangsmaterial verwendet
Anstelle davon kann auch Ferro-Niob als Ausgangsmaterial verwendet werden. Da die Verwendung von
Ferro-Niob dazu neigt, die Legierung zunehmend spröder zu machen, ist es vorzuziehen, ein geeignetes
Desoxidationsmittel und/oder Entschwefelungsmittel der Legierungsschmelze zuzusetzen, um durch die
Desoxidation und Entschwefelung die Duktilität zu verbessern.
Die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit zur Erzielung ausgezeichneter magnetischer Eigenschaften
bei herkömmlichen binären Nickel-Eisen-Legierungen ist relativ groß. Im Falle von temären Nickel-Eisen-Niob-Legierungen
gemäß der Erfindung nimmt die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit zur Erzielung ausgezeichneter magnetischer Eigenschaften bei zunehmendem
Niob-Gehalt ab. Bei einem Niob-Gehalt von 8,4%, der die höchste Permeabilität unter allen
Mustern ergibt, ist die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit so gering, daß in einem Ofen abgekühlt wird.
Es ist eines der wichtigen Merkmale der Erfindung, daß die überragend hohe Permeabilität der erfindungsgemüß
zu verwendenden Legierung durch eine sehr einfache Wärmebehandlung erhalten werden kann.
Die herkömmlichen Materialien für Magnettonköpfe haben den Nachteil, daß der Durchlauf des magnetischen
Bandes zu einem Abrieb der Tonköpfe führt. Der Abrieb kann die Verschlechterung der Qualität
der Signale, d. h. der Klangqualität, bewirken. Demgemäß sollte eine Legierung für Tonköpfe eine hohe
Härte und eine hohe Abriebbeständigkeit besitzen. Die herkömmlichen Nickel-Eisen-Legierungen für
Magnettonköpfe haben eine Vickers-Härte in der Gegend von etwa 130 kp/mm2, welche nicht hoch
genug ist, um eine hohe Abriebbeständigkeit zu gewährleisten.
Nr. Wärmebehandlung
| Anfangs | Max. | Rema | Koerzi | Hystere- | Sätti- | Elektri | Vickers- | I |
| perm Ea- | Permea | nenz | tivkraft | severlust | gungs- | scher | Härtu | |
| bilität | bilität | IG] | [Oe] | je Zyklus | induk- | Wider | HV | |
| [erg/cm3] | tion | stand | [kp/mm2l | |||||
| [G] | [μί> · cm; |
b. max. Flußdichte ν. 5000 g b. magn.
Feld v.
900Oe
900Oe
I In Wasserstoff 3 Std. auf
1150cC erhitzt, im Ofen auf
6000C abgekühlt und mit
240°C/h auf Raumtemperatur
abgekühlt
6000C abgekühlt und mit
240°C/h auf Raumtemperatur
abgekühlt
II Nach I, im Vakuum 1 Std. auf
350°C wiedererhitzt
350°C wiedererhitzt
III In Wasserstau 3 Std. auf
12500C erhitzt, im Ofen auf
6000C abgekühlt und mit 10°C/s auf Raumtemperatur abgekühlt
12500C erhitzt, im Ofen auf
6000C abgekühlt und mit 10°C/s auf Raumtemperatur abgekühlt
1 Std. auf 350°C wieder-.
erhitzt
V In Wasserstoff 9 Std auf
1250°C erhitzt, im Ofen auf
600°C abgekühlt und mit
800°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt
VI Nach V, im Vakuum 30 Min.
auf 3500C wiedererhitzt
800 129000 3 300 0,0160 13,60 7 600 60,2
193
29500 113000 -
000 106000 -
7 620 61,0
191
29000 173000 3380 0,0124 15,30 7 580 60,5
49300 302800 3 500 0,0098 14,46
32500 216400 -
190
105
| Fortsetzung | Wärmebehandlung | Wärmebehandlung | Anfangs- | 21 3 | 1 629 | Koerzi | Hystere- | 12 | Elektri | Vickers- | [μίί ■ cm] | 194 | IuU ■ cm] | 210 | |
| Nr. | permea- | tivkraft | severlust | scher | Härte | ||||||||||
| bilitiit | [Oe] | je Zyklus | Sätti- | Wider | HV | ||||||||||
| 11 | Max. | Rema | [erg/cm·1' | gungs- | stand | [kp/mm2) | |||||||||
| Permea | nenz | induk- | |||||||||||||
| bilität | [G] | FluUdichte | v. 5000 g | tion | 60,0 | 195 | 69,0 | - | |||||||
| IG] | |||||||||||||||
| b. magn. | 190 | 208 | |||||||||||||
| I1I, | b. max. | Feld v. | |||||||||||||
| In Wasserstoff 9 Std. auf | In Wasserstoff 3 Std. auf | 16400 | 0,0145 | 18,66 | 900 Oe | ||||||||||
| VII | 12501C erhitzt, im Ofen auf | 11500C erhitzi, im Ofen auf | - | - | |||||||||||
| 600C abgekühlt und mit | 600°C abgekühlt und mit | μ». | 7600 | ||||||||||||
| 100°C/h auf Raumtemperatur | 240°C/h auf Raumtemperatur | 246000 | 3410 | 60,3 | - | 69,5 | _ | ||||||||
| abgekühlt | abgekühlt | ||||||||||||||
| Nach VII, im Vakuum 1 Std. | Nach I, im Vakuum 30 Min. | 11200 | - | - | 210 | ||||||||||
| VIII | auf 3500C wiedererhitzt | auf 400°C wiedererhitzt | Vickers- | ||||||||||||
| In Wasserstoff 3 Std. auf | In Wasserstoff 9 Std. auf | 29 000 | 0,0082 | 13,10 | - | Härte | |||||||||
| IX | 135O°C erhitzt, im Ofen auf | 1250°C erhitzt, im Ofen auf | 178 000 | — | - | HV | _ | ||||||||
| 6000C abgekühlt und mit | 600°C abgekühlt und mit | 7 550 | [kp/mm~| | ||||||||||||
| 400°C/h auf Raumtemperatur | 8100°C/h auf Raumtemperatur | 231600 | 3 230 | 69,3 | _ | ||||||||||
| abgekühlt | abgekühlt | Elektri | |||||||||||||
| Nach IX, im Vakuum 1 Std. | Nach III, im Vakuum 1 Std. | 18 500 | - | - | scher | 212 | |||||||||
| X | auf 350'C wiedererhitzt | auf 4000C wiedererhitzt | Wider | ||||||||||||
| Tabelle 4 | In Wasserstoff 9 Std. auf | - | stand | ||||||||||||
| Nr. | 12500C erhitzt, im Ofen auf | Anfangs- | 188 300 | — | Koerzi | Hystere | 69,0 | ||||||||
| 600°C abgekühlt und mit | permea- | tivkraft | severlust | ||||||||||||
| 240°C/h auf Raumtemperatur | bilität | |Oe] | jt: Zyklus | Sätli- | 69,2 | ||||||||||
| abgekühlt | Max. | Rema | [erg/cnv'] | feungs- | |||||||||||
| Nach V, im Vakuum 30 Min. | Permea | nenz | induk- | ||||||||||||
| auf 400°C wiedererhitzt | bilität | iCi] | Flußdichte | v. 5000 g | tion | ||||||||||
| In Wasserstoff 9 Std. auf | IG] | ||||||||||||||
| 12500C erhitzt, im Ofen auf | b. magn. | ||||||||||||||
| 600°C abgekühlt und mit | (I11 | b. max. | Feld v. | ||||||||||||
| I | 50cC/h auf Raumtemperatur | 44 500 | 0.0114 | 16,95 | 900Oe | ||||||||||
| abeekühlt | |||||||||||||||
| μ,,, | 6 530 | ||||||||||||||
| 143 000 | 2 850 | ||||||||||||||
| II | 38 000 | _ | — | ||||||||||||
| III | 5 500 | — | — | — | |||||||||||
| 176000 | _ | ||||||||||||||
| 6470 | |||||||||||||||
| 124 000 | — | ||||||||||||||
| IV | 33 500 | 0,0054 | 9,63 | ||||||||||||
| V | 64000 | 0,0038 | 5,09 | _ | |||||||||||
| 237 700 | 2 640 | ||||||||||||||
| 6550 | |||||||||||||||
| 409 600 | 2550 | ||||||||||||||
| VI | 42000 | - | — | ||||||||||||
| νπ | 39 200 | 0,0047 | 7,53 | 6520 | |||||||||||
| 306400 | — | ||||||||||||||
| 6530 | |||||||||||||||
| 346500 | 2 730 | ||||||||||||||
Fortsetzung
Nr. Wärmebehandlung
| Anfangs | Max. | Rema | Koerzi |
| perm ea- | Permea | nenz | tivkraft |
| bilitiit | bilität | IG] | [Oe] |
μ,.
| Hystere | Sätti- | Elektri | Vickers- |
| severlust | gungs- | scher | Härte |
| je Zyklus | induk- | Wider | HV |
| [erg/cnr1] | tion | stand | Ikp/mm2] |
| [G] | [uii ■ cm] | ||
| .500Og | b. magn. | ||
| Feld v. | |||
| 900Oe |
VIII Nach VII, im Vakuum 1 Std.
auf 4000C wiedererhitzt
auf 4000C wiedererhitzt
IX In Wasserstoff 3 Std. auf
13500C erhitzt, im Ofen auf
600°C abgekühlt und mit
400cC/h auf Raumtemperatur
abgekühlt
13500C erhitzt, im Ofen auf
600°C abgekühlt und mit
400cC/h auf Raumtemperatur
abgekühlt
X Nach IX, im Vakuum 1 Std.
auf 400 C wiedererhitzt
auf 400 C wiedererhitzt
24000 287400 ----100 221800 2080 0,0036 7,47 6530 69,4
300 207 000 2 440 0,0046 8,25
212
208
208
Auf der anderen Seite nimmt die Vickers-Härte der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung mit dem
Niob-Gehalt zu, wie es in Fig. 6 und in Tabelle 1 gezeigt ist. Eine Vickers-Härte von etwa 190 bis
220 kp/mm2 kann erhalten werden, indem man 5,7 bis 9,8% Niob zusetzt. Die Legierung D mit der höchsten
Permeabilität, die 8,4% Niob enthält, zeigt eine Vickers-Härte
von 210 kp/mm2. Somit wird die Abriebbeständigkeit des magnetischen Materials für die Tonköpfe
durch die Erfindung wesentlich verbessert.
Der elektrische Widerstand der Tonköpfe sollte vorzugsweise
hoch sein, um Verluste durch Wirbelströme zu unterdrücken. Der spezifische elektrische Widerstand
von herkömmlichen binären Legierungen aus etwa 79,0% Nickel und etwa 21,0% Eisen liegt in der
Gegend von 16 μ!2 · cm. Auf der anderen Seite nimmt
bei den erfindungsgemäßen Legierungen der elektrische Widerstand verhältnismäßig mit steigendem
Niob-Gehalt zu, wie aus Fig. 6 und Tabelle 1 ersichtlich ist. Die Verwendung von 5,7 bis 9,8% Niob
bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen führt zu einem elektrischen Widerstand von etwa
60 bis 75μΩ ■ cm. Für den Niob-Gehalt von 8,4%,
bei dem sich gemäß Legierung D die höchste Permeabi-
lität ergibt, zeigt die erfindungsgemäß zu verwendende
Legierung einen elektrischen Widerstand von
70 μ<2 · cm. Der hohe elektrische Widerstand der
Legierung ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung.
Magnettonköpfe werden gewöhnlicherweise her-
XS gestellt, indem dünne Bleche des Legierungsmaterials
miteinander verschichtet werden. Diese Bleche werden ihrerseits durch Walzen und Stanzen gebildet Somil
sollten die Legierungen für Tonköpfe eine hohe Verarbeitbarkeit besitzen. Die erfindungsgemäß zu ver-
wendenden Legierungen sind genauso leicht verarbeitbar wie die herkömmlichen binären Nickel-Eisen-Legierungen,
d. h. die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können leicht geschmiedet, gewalzt
gezogen, gestanzt und im Gesenk geschmiedet werden.
45
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung einer Nickel-Eisen-Niob-Legierung, bestehend aus 79,0 bis 81,4% Nickel, 10,1 bis 14,2% Eisen, 5,7 bis 9,8% Niob und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, welche auf eine Temperatur von oberhalb 8000C, vorzugsweise oberhalb 1100°C, in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht langer als 100 h, erhitzt worden ist, dann im Ofen auf eine Zwischentemperatur leicht oberhalb des Ordnungs-Unordnungs-Umwandlungspuaktes abgekühlt und von der Zwischentemperatur weiter auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von l°C/h bis 100°C/sec, vorzugsweise 10°C/h bis 10°C/sec, abgekühlt worden ist, und gegebenenfalls nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur auf eine Temperatur unterhalb des Umwandlungspunktes in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder einem Vakuum mindestens 1 min, aber nicht langer als 100 h, wiedererhitzt worden ist, als Werkstoff mit einer Anfangspermeabilität von 30000 bis 64000 und einer maximalen Permeabilität von 200000 bis 409 600, einer Vickers-Härte von mehr als ISOkp/mm2 für Magnettonköpfe.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5475970 | 1970-06-25 | ||
| JP5475970 | 1970-06-25 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2131629A1 DE2131629A1 (de) | 1972-02-03 |
| DE2131629B2 DE2131629B2 (de) | 1977-07-07 |
| DE2131629C3 true DE2131629C3 (de) | 1978-02-23 |
Family
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