DE2521422B2 - Verfahren zur herstellung magnetischer alnico-werkstoffe und verwendung dieser werkstoffe - Google Patents
Verfahren zur herstellung magnetischer alnico-werkstoffe und verwendung dieser werkstoffeInfo
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- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
magnetischer Alnico-Werkstoffe mit verbesserten mechanischen und magnetischen Eigenschaften, bei
dem der Werkstoff im Gußzustand im Bereich des Einphasengebiets mit Querschnittsabnahmen zwischen
30 und 95%, insbesondere 70 bis 90%, warmverformt und anschließend wärmebehandelt wird. Ferner betrifft
die Erfindung die Verwendung dieser Werkstoffe.
Alnico-Gußlegierungen weisen nach einer Abkühlung aus dem homogenen Bereich und nachfolgendem
Anlassen bei Temperaturen zwischen 650 und 550=C hervorragende magnetische Eigenschaften auf und
eignen sich daher in besonderem Maße für die Herstellung von Dauermagnet-Werkstoffen. Solche Alnico-Gußlegierungen
sind aber so hart und spröde, daß eine Bearbeitung nur durch Schleifen oder Warmtrennen
möglich ist. Aus solchen Werkstoffen hergestellte Dauermagnete werden deshalb sofort in endgültiger
Form durch Gießen hergestellt. Bei der mechanischen Bearbeitung und der thermischen Behandlung sind
Alnico-Gußlegierungen rißanfällig.
Als eine wesentliche technologische Verbesserung wurde daher eine spanlose Verformung durch Schmieden,
Walzen oder Strangpressen gegenüber dem Gießen von Alnico-Werkstoffen angesehen. Dabei
mußte vorausgesetzt werden, daß die bei Gußwerkstoffen üblichen magnetischen Kennziffern auch bei
verformten! Werkstoff erreichbar sein sollten. Dazu wurde vorgeschlagen, Alnico-Gußlegierungen mit einem
feinkörnigen Gefüge im Zweiphasengebiet warm zu verformen. Nach dieser Verfahrensweise
lassen sich zwar feinkristalline Gußlegierungen warmverformen, jedoch weisen die so behandelten Legierungen
keine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften auf und ermöglichen, wegen der immer noch
vorhandenen Rißanfälligkeit, keine problemlose span
abhebende Bearbeitung.
Aus der DT-AS 12 48 078 ist ein Verfahren zum Herstellen permanenter Magnete aus einer Legierung mit
10 bis 30% Nickel, 7 bis 15% Aluminium, bis 16% Kobalt, bis 6% Kupfer und Rest - außer den üblichen
Verunreinigungen - Eisen, mit verbesserten magnetischen Eigenschaften und geringer Rißanfälligkeit
bekannt, bei dem die Legierung durch Strangpressen zu einem Strang bzw. Knüppel vom Querschnitt des
herzustellenden Magneten verformt wird. Nach diesem bekannten Verfahren soll das Strangpreßverhältnis
mindestens 5:1, vorzugsweise 10:1 bis 20:1, betragen, und das Strangpressen soll bei 1140 bis 12400C
durchgeführt werden. Die nach dem aus der DT-AS 12 48 078 bekannten Verfahren hergestellten Werkstoffe
werden also im Bereich des Einphasengebietes warmverformt und anschließend wärmebehandelt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Alnico-Werkstoffs, der
sich insbesondere spanabhebend bearbeiten läßt und gleichzeitig verbesserte magnetische Eigenschaften
aufweist. Diese Aufgabe wird in überraschender Weise dadurch gelöst, daß von grobkristallin erstarrtem Werkstoffausgegangen
wird. Der Verlauf der Liquidus- und Soliduslinie sowie die Existenzbereiche der a- und der
(a + y)-Bereiche werden vom Gehalt der Legierungselemente, insbesondere vom Titan-Gehalt, beeinflußt.
Für die in Tabelle 1 wiedergegebenen Legierungen erstreckt sich der Bereich der kubisch-raumzentrierten
α-Phase zwischen ca. 12000C und ca. 126O0C; die untere
Grenze des (a+^-Bereichs liegt bei ca. 85O°C, so daß sich der (σ + )>)-Bereich zwischen 850°C und
1200cC erstreckt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Alnico-Werkstoffe lassen sich
problemlos spanabhebend bearbeiten und weisen verbesserte magnetische Eigenschaften auf. Die spanabhebende
Bearbeitung kann durch Drehen, Bohren, Fräsen oder Gewindeschneiden erfolgen und muß vor
der Wärmebehandlung zur Einstellung der gewünschten magnetischen Kennwerte durchgeführt werden. Die
Werte für die Koerzitivfeldstärken der magnetischen Polarisation und der magnetischen Flußdichte sind
gegenüber dem Ausgangszustand ohne Warmverformung wesentlich erhöht. Die Tabelle 2 zeigt den Vergleich
der magnetischen Kennwerte von wärmebehandelten Alnico-Werkstoffen im Gußzustand und nach
einer Warmformgebung.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß von aus vakuumbehandelter
Schmelze abgegossenem Werkstoff ausgegangen wird. Durch die Behandlung der Schmelze im Vakuum
wird ein hoher oxidischer Reinheitsgrad erzielt, wobei das Vorhandensein von heterogenen Keimbildnern, die
eine feinkörnige Gefügeausbildung verursachen könnten, bei der Erstarrung der Schmelze weitgehend unterbunden
wird. In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß von mit komplexen
Desoxidationsmitteln behandeltem und in heiße Formen mit Kühlplatten oder kalte Formen abgegossenem
Werkstoff ausgegangen wird.
Zweckmäßigerweise wird der abgegossene, grobkristalline Werkstoff mit Querschnittsabnahmen zwischen
70 und 90 % verformt, da bei diesen Umformungsgraden eine sehr gute spanabhebende Bearbeitung gewährleistet
ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Werkstoffs für die Herstellung von
magnetischen, zwischen Warmformgebung und Wärmebehandlung spanend bearbeiteten Bauteilen.
Solche Bauteile lassen sich durch Drehen, Bohren oder Fräsen problemlos auf gewünschte Formen und
Abmessungen bringen. Auch lassen sich durch Gewindeschneiden aus dem Werkstoff Proben für den
Zugversuch herstellen. Darin liegt ein wesentlicher technischer Fortschritt, da solche Proben aus spröden
Werkstoffen nicht herzustellen sind. Festigkeitskennwerte von Alnico-Werkstoffen, deren Kenntnisse für
die Konstruktion von mechanisch beanspruchten Magnetsystemen notwendig ist, konnten bisher nur
durch Näherung von statischen Biegeversuchen ermittelt werden. Durch die Erfindung wird die Herstellung
solcher Bauteile für Magnetsysteme möglich,
Tabelle 1 zeigt chemische Zusammensetzungen und gebung.
deren Festigkeitskennwerte aus konstruktiven Gründen genau ermittelt werden müssen.
In besonderem Maße eignet sich der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstoff zur
Herstellung rißunempfindlicher, magnetischer Bauteile Bekanntlich sind hochkoerzitive Alnico-Werkstoffe
besonders rißanfällig, während die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Werkstoffe und die daraus gefertigter. Bauteile auch bei sehr
ίο kleinen oder sehr großen Abmessungen rißunempfindlich
sind.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren wird im folgenden an Hand von zwei Ausfuhrungsbeispielen
näher beschrieben, ohne daß sich die trtindung
darauf beschränkt.
Zugfestigkeit von Alnicolegiemngen nach der Warmform-
Legierung
Chemische Zusammensetzung
Co Ni Cu Al
A
B
C
D
B
C
D
39,3
39,25
40,7
39,2
39,25
40,7
39,2
14,05 14,00 13,70 14,2
2,0 1,95 2,05 3,10 7,10
7,10
7,00
7,60
7,10
7,00
7,60
7,50
7,70
7,10
7,60
7,70
7,10
7,60
Fe
29,55 29,50 29,20 27,95
Zugfestigkeit nach DlN 50 146
(N'mnr)
580 700 500 530
Tabelle 2 zeigt magnetische Kennwerte von wärmebehandelten Alnico-Werkstoffen im Gußzustand und nach einer
Warmformgebung.
Legierung Zustand
Magnetwerte
A stengelkristallisierter Gußwerkstoff
optimal wärmebehandelt
warmverformt
optimal wärmebehandelt
B stengelkristallisierter Gußwerkstoff
optimal wärmebehandelt warmverformt
optimal wärmebehandelt
optimal wärmebehandelt
C stengelkristallisierter Gußwerkstoff
optimal wärmebehandelt
warmverformt
optimal wärmebehandelt
D regellos erstarrter Gußwerkstoff
optimal wärmebehandelt
warmverformt
optimal wärmebehandelt
Zur Herstellung der Legierungen A und B (Tabelle 1) werden in einem Vakuum-Induktionsofen Elektrolytkobalt,
Elektrolyteisen, Nickel und Kupfer zusammen mit einer dem Ausgangssauerstoffgehalt der Ausgangswerkstoffe
äquivalenten Kohleeinwaage eingeschmol-7en
und einer Vakuumbehandlung unterzogen. Danach
jHc | Br | (BH)nlax |
<A/m | T | kJ/m3 _____ |
130 | 1,02 | 90 |
142 | 0,87 | 52 |
144 | 0,91 | 74 |
152 | 0,75 | 40 |
118 | 1,01 | 70 |
142 | 0,83 | 45 |
138 | 0,76 | 42,5 |
144 | 0,73 | 37,5 |
132
146
146
148
164
164
120
148
148
148
158
158
werden Kohle, Aluminium, Titan und Schwefel zugesetzt. Die Schmelzen werden in heiße Formen mit
Kühlplatten abgegossen. Die erstarrte Schmelze weist ein störstellenarmes stengeliges Gefüge auf. Aus dieser
65 Schmelze werden zylindrische Probestäbe mit 34 mm
Durchmesser hergestellt. Ein Teil der Probestäbe wird im Gußzustand einer Wärmebehandlung aus drei
Schritten unterzogen:
a) Homogenisieren 15 min. bei 1220 bis 1240 C in einer H3/Luft-Atmosphäre im Magnetfeld,
b) isotherme Salzbadbehandlung im Magnetfeld 15 min. bei 820 bis 850'C an Luft,
c) Anlassen 5 Stunden bei 65UC und 24 Stunden bei 550C.
Anschließend werden an diesen Stäben ^u Vergleichszwecken
die magnetischen Kennwerte ermittelt (Tabelle 2). Der andere Teil der Probestäbe wird allseitig
in einen Stahlmantel eingefaßt und anschließend in einer Strangpreßanlage warmverformt. Die ummantelten
Stäbe werden bei 600"C vorgewärmt und danach in einem Salzbad auf 12000C aufgeheizt. Nach einer
Haltezeit von 30 Minuten bei dieser Temperatur werden die Stäbe dem Salzbad entnommen, in Glaspulver
gewälzt und mit einem Preßverhältnis von Fc1ZF1 =8:1
(wobei F0 der Ausgangsquerschnitt und F^ der Querschnitt
des verformten Stabes bedeuten) gepreßt. Die gepreßten Stränge werden in Wasser abgeschreckt und
zerteilt. Die Alnico-Kerne werden aus der Ummantelung heiausgedrückt und spanabhebend zu Probestäben
für den Zerreißversuch und Tür die Ermittlung der magnetischen Kennwerte bearbeitet. Diese Probestäbe
werden der gleichen Wärmebehandlung wie die unverformten Probestäbe unterzogen. Die mechanischen
und magnetischen Kennwerte dieser Proben ergeben sich aus den Tabellen 1 und 2.
Die Legierungen C und D, deren chemische Zusammensetzungen aus Tabelle 1 hervorgehen, werden
in einem offenen Induktionsofen erschmolzen. Nach dem Einschmelzen des Einsatzes wird Kohle zugesetzt
und die Schmelze zur Intensivierung der (C + O)-Reaktion mit Argon durchspült. Nach dem Abklingen
der Kochreaktion wird zur Desoxidation der Schmelzen ein komplexes Desoxidationsmittel Ca-Si-Mg zugesetzt.
Danach werden der Legierung C Kohle, Aluminium, Titan und Schwefel sowie der Legierung D
Aluminium und Titan zugesetzt. Vor dem Abguß wird die Schmelze nochmals mit Argon durchspült, um
die Abscheidung von nichtmetallischen Teilchen aus der Schmelze zu erleichtern. Die Legierung C wird in
erhitzte Formen mit Kühlplatte abgegossen, die Legierung D in kalte Formen.
Aus den erstarrten Schmelzen beider Legierungen werden zylindrische Probestäbe mit einem Durchmesser
von 56 mm hergestellt. Die Stäbe der Legierung C weisen ein stengelig kristallisiertes Gefüge, Stäbe
der Legierung D ein regellos grobkristallines Gefüge auf. Der eine Teil der Probestäbe wird einer Wärmebehandlung
wie im Beispiel 1 unterzogen und anschließend zu Vergleichszwecken mit den verformten Probestäben
der Ermittlung der magnetischen Kennwerte zugeführt. Der andere Teil der Probestäbe wird, wie
im Beispiel 1 beschrieben, warmverformt, wobei das Preßverhältnis jedoch 10: 1 beträgt. Anschließend
werden ebenfalls spanabhebend Probestäbe für den Zugversuch und fiir die Ermittlung der magnetischen
Kennwerte hergestellt und einer Wärmebehandlung wie im Beispiel 1 unterzogen. Die Ergebnisse der
mechanischen und magnetischen Kennwerte zeiger, die Tabellen 1 und 2.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung magnetischer Alnico-Werkstoffe mit verbesserten mechanischen
und magnetischen Eigenschaften, bei dem der Werkstoff im Gußzustand im Bereich des Einphasengebiets
mit Querschnittsabnahmen zwischen 30 und 95%, insbesondere 70 bis 90%, warmverformt
und anschließend wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von grob kristallin
erstarrtem Werkstoff ausgegangen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von aus vakuumbehandelter Schmelze
abgegossenem Werkstoff ausgegangen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von mit komplexen Desoxidationsmitteln behandeltem und in heiße Formen mit
Kühlplatten oder kalte Formen abgegossenem Werkstoff ausgegangen wird.
4. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 3 hergestellten Werkstoffs für die Herstellung von
magnetischen, zwischen Warmformgebung und Wärmebehandlung spanend bearbeiteten Bauteilen.
5. Verwendung eines nach Ansprüchen 1 bis 3 hergestellten Werkstoffs für die Herstellung rißunempfindlicher
magnetischer Bauteile.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752521422 DE2521422C3 (de) | 1975-05-14 | 1975-05-14 | Verfahren zur Herstellung magnetischer Alnico-Werkstoffe und Verwendung dieser Werkstoffe |
FR7614497A FR2311099A1 (fr) | 1975-05-14 | 1976-05-13 | Procede pour la fabrication de matieres magnetiques du type alnico |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752521422 DE2521422C3 (de) | 1975-05-14 | 1975-05-14 | Verfahren zur Herstellung magnetischer Alnico-Werkstoffe und Verwendung dieser Werkstoffe |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2521422A1 DE2521422A1 (de) | 1976-11-25 |
DE2521422B2 true DE2521422B2 (de) | 1977-10-20 |
DE2521422C3 DE2521422C3 (de) | 1978-06-15 |
Family
ID=5946533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752521422 Expired DE2521422C3 (de) | 1975-05-14 | 1975-05-14 | Verfahren zur Herstellung magnetischer Alnico-Werkstoffe und Verwendung dieser Werkstoffe |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2521422C3 (de) |
FR (1) | FR2311099A1 (de) |
-
1975
- 1975-05-14 DE DE19752521422 patent/DE2521422C3/de not_active Expired
-
1976
- 1976-05-13 FR FR7614497A patent/FR2311099A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2521422C3 (de) | 1978-06-15 |
FR2311099A1 (fr) | 1976-12-10 |
DE2521422A1 (de) | 1976-11-25 |
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Legal Events
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