DE2330975B2

DE2330975B2 - Verfahren zur herstellung von metallartikeln mit magnetischen und unmagnetischen bereichen

Info

Publication number: DE2330975B2
Application number: DE19732330975
Authority: DE
Inventors: Felix L.; Golovanenko Sergej A.; Dmitriev Vladimir A.; Moskau Levin
Original assignee: Centralnyj Nautschno-Issledovatelskij Institut Tschernoj Metallurgii Imeni I.P. Bardina, Moskau
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1973-06-18
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2330975C3; DE2330975A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallartikeln mit magnetischen und unmagnetischen Bereichen, bei dem vorgegebene Bereiche eines ungeteilten Metallrohlings bis in einen Temperaturbereich von 450 bis 1000° C und andere über 1000° C bis zum Schmelzpunkt des Metalls erwärmt werden.

In Maschinenelenienten und -geräten ist es für Meß-, Steuerungs- und Regelungszwecke vielfach erwünscht, Teile zu verwenden, die in bestimmten Bereichen magnetische Eigenschaften und in anderen Bereichen unmagnetische Eigenschaften aufweisen. Zu diesem Zweck hat man die Teile aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt und diese miteinander verbunden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, einstückige Teile in verschiedenen Bereichen unterschiedlicher Wärmebehandlung auszusetzen, um in verschiedenen Bereichen verschiedene Eigenschaften zu erreichen.

Aus der DT-OS 20 59 971 ist eine Einrichtung insbesondere für elektromagnetische Antriebe, Schaltoder Steuer- oder Regelanlagen mit örtlich begrenzten

ίο Zonen verringerten oder unterbrochenen magnetischen Widerstands bekannt, bei der das aus einem magnetisierbaren Eisenwerkstoff bestehende Bauelement in den Bereichen bestimmter Zonen verringerten oder unterbrochenen magnetischen Widerstandes durch örtliche Erwärmung aus dem ferritischen Gefügezustand in den austenitischen Zustand umwandelbar und anschließend durch rasche Abkühlung in diesem nichtmagnetisierbaren Gefügezustand stabilisierbar ist. Während es dort um Bereiche mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand geht, betrifft die DT-OS 20 38 486 eine permanentmagnetische Legierung, die gekennzeichnet ist durch eine Zusammensetzung von etwa 0,05 bis 0,5 Gew.-% Stickstoff, 5 bis 15 Gew.-% Mangan, 2 bis 12 Gew.-°/o Chrom und Rest Eisen, die mittels Lösungsglühen bei einer Temperatur nicht unter 900° C, Kaltwalzen auf eine Dickenverringerung von 10 bis 98% und Altern bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 800° C hergestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von monolithischen Körpern anzugeben, das an diesen Körpern magnetische Bereiche mit μ>·1,0 und unmagnetische Bereiche mit μ= 1,0 gleichzeitig gewährleistet.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung eines Metalls, das durch Alterung ein unmagnetisciies Gefüge und nach Härtung bei hohen Temperaturen magnetische Eigenschaften erhält, wobei die Bereiche mit vorgegebenen unmagnetischen Eigenschäften nach Erwärmung bis auf eine Temperatur im Bereich von 450 bis 1000° C auf dieser Temperatur gehalten und abgekühlt und die Bereiche mit vorgegebenen magnetischen Eigenschaften bis auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 1000° C bis zum Schmelzpunkt des Metalls des Rohlings erwärmt, bis zur Bildung eines magnetischen Gefüges auf dieser Temperatur gehalten und mit einer Geschwindigkeit, die die Bildung eines unmagnetischen Gefüges verhindert, abgekühlt werden.

Dieses Verfahren ermöglicht es, bei einem monolithischen Aufbau an ein und demselben Artikel Bereiche mit magnetischen Eigenschaften und damit mit μ>1,0 und unmagnetische Bereiche mit μ= 1,0 herzustellen, wobei diese in einfacher Weise lediglich durch unterschiedliche Wärmebehandlung an diesen Bereichen erfolgt. Dabei kann man den ganzen Rohling einer Wärmebehandlung aussetzen, die ihn magnetisch macht und vorgegebene Bereiche einer örtlichen thermischen Behandlung aussetzen und unmagnetisch machen, während die nicht nochmals behandelten Bereiche magnetisch bleiben. Andererseits kann man den Rohling auch aus einem unmagnetischen Metall herstellen, das die geforderten Eigenschaften besitzt, und die Bereiche, denen magnetische Eigenschaften verliehen werden

h^ri sollen, örtlich behandeln, um ein einheitliches Erzeugnis mit magnetischen und unmagnetischen Bereichen zu erhalten.
Zur Erzielung eines homogeneren Gefüges und

stabilerer magnetischer Eigenschaften in den magnetischen Bereichen ist es vorteilhaft, daß die Bereiche mit vorgegebenen magnetischen Eigenschaften auf eine Temperatur im Bereich von 1050 bis 135O⁰C vorgewärmt, bis zum Temperaturausgleich über dem Querschnitt bei dieser Temperatur gehalten und danach abgekühlt werden.

Vorzugsweise wird ein Metall verwendet, das nicht mehr als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 7 bis 12 Gew.-% Mangan, 11 bis 30 Gew.-% Chrom, Rest Eisen enthält und das durch Alterung ein unmagnetisches und nach Härtung bei hohen Temperaturen ein magnetisches Gefüge annimmt.

Zur Erhöhung der Bildsamkeit und der Kerbschlagzähigkeit des gewünschten Metallartikels wird vorteilhaft ein Metall verwendet, das zusätzlich 3 bis 5 Gew.-% Nickel enthält.

Bei besonderen Ansprüchen an die Korrosionsbeständigkeit des Metallartikels in Seewasser und sonstigen aggressiven Medien sowie zur Verbesserung der magnetischen Kennlinien ist es zweckmäßig, ein Metall zu verwenden, das mit zumindest einem der Elemente Molybdän, Wolfram und Niob in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-% legiert ist.

Die magnetischen Eigenschaften lassen sich auch durch einen Zusatz von etwa 1 Gew.-% Titan verbessern, wodurch auch ein feindisperses Gefüge erhalten wird.

Die Bildung des magnetischen Gefüges wird günstig beeinflußt, wenn der Rohling in einem Magnetfeld abgekühlt wird.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Besteht der Metallartikel aus einem Metall, das durch Alterung ein unmagnetisches Gefüge und nach Härtung bei hohen Temperaturen magnetische Eigenschaften zu gewinnen vermag, so brauchen nur vorgegebene Bereiche des Rohlings einer entsprechenden örtlichen Wärmebehandlung unterworfen werden. Die zur Erzielung eines magnetischen Gefüges bestimmten Bereiche werden bis in einen Temperaturbereich von 1000⁰C bis zum Schmelzpunkt des Metalls des Rohlings unter Beibehaltung von dessen Ungeteiltheit erwärmt und dann mit einer Geschwindigkeit, die die Bildung eines unmagnetischen Gefüges in ihnen verhindert, abgekühlt. Die zur Erzielung eines unmagnetischen Gefüges bestimmten Bereiche werden bis in einen Temperaturbereich von 450 bis 1000⁰C erwärmt, bis zum vollständigen Zerfall des magnetischen Gefüges gehalten und danach abgekühlt.

Man kann den ganzen Rohling der Warmbehandlung unterziehen, die ihn magnetisch macht, und dann vorgegebene Bereiche einer örtlichen Warmbehandlung unterwerfen und unmagnetisch machen, wobei die örtlich nicht warmbehandelten Bereiche des Rohlings magnetisch bleiben.

Wenn der Rohling aus einem unmagnetischen Metall besteht, das die erwähnten Eigenschaften besitzt, so genügt es, die Bereiche, denen magnetische Eigenschaften verliehen werden müssen, örtlich zu behandeln, um oo ein einheitliches Erzeugnis mit magnetischen und unmagnetischen Bereichen zu erhalten.

Nachstehend sind Beispiele der chemischen Zusammensetzung eines Metalls, das durch Alterung ein unmagnetisches und nach Härtung bei hohen Tempera- b^r> türen ein magnetisches Gefüge zu gewinnen vermag, angeführt. In die Zusammensetzung des Metalls können Bestandteile, die seine Korrosionsbeständigkeit, Sättigungsinduktion, Permeabilität, seinen spezifischen elektrischen Widerstand, seine Gefügestabilität und mechanische Eigenschaften verbessern, zusätzlich eingeführt werden.

Beispiel I

Ein Stahlrohling mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-%: 0,05 Kohlenstoff, 0,30 Silizium,

11,04 Mangan, 26,67 Chrom, Rest Eisen wird auf HOO⁰C erwärmt, bis zum vollständigen Temperaturausgleich über den Querschnitt bei dieser Temperatur gehalten und zur Fixierung eines Hochtemperaturzustandes in Wasser abgekühlt. Danach wird der Rohling auf eine Temperatur von 700⁰C erwärmt und 20 Stunden lang gehalten, damit der Zerfallvorgang der magnetischen Komponente im ganzen Metallvolumen abläuft örtliche Warmbehandlung erfolgt durch 2 bis 9 Sekunden langen Durchlaß eines nctzfrequenten Stromes durch einen Teil des Rohlings, der in Form eines Zylinders mit 8 mm Durchmesser und 120 mm Länge ausgebildet ist. Der Bereich, durch welchen der Strom durchgelassen wurde (die Strecke zwischen den Stromzuführungsklemmen ist 75 mm lang), wurde auf eine Temperatur von 110O⁰C erwärmt, und ein magnetisches Gefüge entstand. Dann wird der Strom abgeschaltet und der Artikel mit Wasser abgekühlt. In einem 150Oe starken Feld hat der örtlich behandelte Bereich magnetische Induktion (B) und Permeabilität (μ), die jeweils ßiso=85C0 bis 9500 G, μ = 56 bis 57 G/Oe betragen.

Beispiel 2

Ein Stahlrohling mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% 0,07 Kohlenstoff, 0,35 Silizium,

10.5 Mangan, 18,91 Chrom, 4,36 Nickel, 2,10 Vanadium, Rest Eisen wird auf eine Temperatur von 110O⁰C erwärmt, bis zum vollständigen Temperaturausgleich über seinen Querschnitt bei dieser Temperatur gehalten und zur Fixierung eines Hochtemperaturzustandes im Wasser abgekühlt. Danach wird er auf eine Temperatur von 700° C erwärmt und 2 Stunden lang gehalten, damit sich der Zerfallvorgang der ferritischen Komponente im ganzen Volumen abspielt. Eine örtliche Warmbehandlung erfolgt durch 2 bis 9 Sekunden langen Durchlaß eines netzfrequenten Stromes durch einen Teil des Rohlings, der in Form einer 3 mm dicken, 120 mm langen und 50 mm breiten Platte ausgebildet ist. Der Bereich, durch welchen der Strom durchgelassen wurde (die Strecke zwischen den Stromzuführungsklemmen ist 60 mm lang), wurde auf eine Temperatur von UOO⁰C erwärmt und im Wasser abgekühlt. Der örtlich behandelte Bereich hat Eigenschaften eines weichmagnetischen Werkstoffs.

Beispiel 3

In einem elektrischen Hochfrequenzinduktionsofen wurde Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% erschmolzen: 0,05 Kohlenstoff, 6,58 Mangan, 0,45 Silizium, 25,83 Chrom, 430 Nickel, 0,76 Titan, Rest Eisen. Danach wurde der einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 120 mm aufweisende Rohling aus diesem Stahl auf eine Temperatur von 700⁰C erwärmt und 10 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Dabei hat sich der Zerfallvorgang der ferritischen Komponente im ganzen Metallvolumen vollzogen. Eine örtliche Warmbehandlung erfolgte durch Behandlung eines Artikelbereiches mit Hochfrequenzströmen in einem Induktor mit einer Frequenz /=440 kHz und einer Leistung /V=IOkW. Die Erwär-

mung wurde auf eine Temperatur von 1100° C durchgeführt. Die magnetischen Eigenschaften des Stahls in den magnetischen Bereichen sind wie folgt: Sättigungsinduktion B= 16 000 G, B₂₅ = 3000 G, ßiso= 11 000 G₁ Koerzitivkraft W_c= 0,79 Oe.

Beispiel -i

In einem elektrischen Hochfrequenzinduktionsofen wurde Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% erschmolzen: 0,035 Kohlenstoff, 6,50 Mangan, 0,47 Silizium, 13,83 Chrom, 4,30 Nickel, 0,52 Titan, 3,87 Niob, Rest Eisen. Danach wurde ein einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 120 mm aufweisender Teil des Rohlings aus diesem Stahl auf eine Temperatur von 1000° C erwärmt, bis zum Temperaturausgleich über den Querschnitt des Rohlings bei dieser Temperatur gehalten und in Wasser abgekühlt. Darauf wurden die restlichen Bereiche mit Hochfrequenzströmen auf eine Temperatur von 1200° C erwärmt. Die bis zu einer Tempera'ur von 1200°C örtlich behandelten Bereiche hatten ein magnetisches Gefüge mit den Eigenschaften eines weichmagnetischen Werkstoffes, die restlichen Bereiche ein magnetisches Gefüge erhalten.

Beispiel 5

In einem elektrischen Hochfrequenzinduktionsofen wurde Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% erschmolzen: 0,018 Kohlenstoff, 6,35 Mangan, 0,37 Silizium, 13,56 Chrom, 4,43 Nickel, 0,82 Titan, 4,02 Wolfram, Res; Eisen. Danach wurde ein einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 120 mm aufweisender Teil des Rohlings aus diesem Stahl auf eine Temperatur von 1000°C erwärmt, bis zum Temperaturausgleich über den Querschnitt des Rohlings bei dieser Temperatur gehalten und in Wasser abgekühlt. Darauf wurden die restlichen Bereiche mit Hochfrequenzströmen auf eine Temperatur von 1200° C erwärmt. Die bis zu einer Temperatur von 1200° C ίο örtlich behandelten Bereiche hatten ein magnetisches, die restlichen Bereiche ein unmagnetisches Gefüge erhalten.

Beispiel 6

In einem elektrischen Hochfrequenzinduktionsofen wurde Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gew.-% erschmolzen: 0,045 Kohlenstoff, 0,35 Silizium, 11,00 Mangan, 19,29 Chrom, 4,20 Nickel, Rest Eisen. Nach plastischer Warmformänderung in einem Temperaturbereich von 100 bis 850° C wurde der Stahl auf eine Temperatur von 700° C erwärmt und zwei St jnden lang bei dieser Temperatur gehalten. In ganzen Volumen war der Zerfallvorgang der ferritischen Komponente abgelaufen. Danach wurden vorgegebene Bereiche des Rohlings mit Hochfrequenzströmen auf eine Temperatur von 1200° C erwärmt. Nach Abkühlung im Wasser hatten sie das Gefüge eines magnetischen Stoffs erhalten. Die restlichen Bereiche hatten Eigenschaften eines unmagnetischen Werkstoffs.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Metallartikeln mit magnetischen und unmagnetischen Bereichen, bei dem vorgegeben«. Bereiche eines ungeteilten Metallrohlings bis in einen Temperaturbereich von 450 bis 1000° C und andere über 1000° C bis zum Schmelzpunkt des Metalls erwärmt werden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, das durch Alterung ein unmagnetisches Gefüge und nach Härtung bei hohen Temperaturen magnetische Eigenschaften erhält, wobei die Bereiche mit vorgegebenen unmagnetischen Eigenschaften nach Erwärmung bis auf eine Temperatur im Bereich von 450 bis 1000° C auf dieser Temperatur gehalten und abgekühlt und die Bereiche mit vorgegebenen magnetischen Eigenschaften bis auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 1000° C bis zum Schmelzpunkt des Metalls des Rohlings erwärmt, bis zur Bildung eines magnetischen Gefüges auf dieser Temperatur gehalten und mit einer Geschwindigkeit, die die Bildung eines unmagnetischen Gefüges verhindert, abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche mit vorgegebenen magnetischen Eigenschaften auf eine Temperatur im Bereich von 1050 bis 1350° C vorgewärmt, bis zum Temperaturausgleich über dem Querschnitt bei dieser Temperatur gehalten und danach abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, das nicht mehr als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 7 bis 12 Gew.-% Mangan, 11 bis 30 Gew.-% Chrom, Rest Eisen enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, das 3 bis 5 Gew.-o/o Nickel enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, das zumindest mit einem der Elemente Molybdän, Wolfram und Niob in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-% legiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Metalls, das etwa 1 Gew.-% Titan enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bildung des magnetischen Gefüges im Metallrohling dieser in einem Magnetfeld abgekühlt wird.