DE2536590C2

DE2536590C2 - Verwendung einer halbharten Magnetlegierung

Info

Publication number: DE2536590C2
Application number: DE2536590A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Dipl.-Ing. Mito Ibaraki Kumasaka; Kenichi Dipl.-Ing. Ono; Toshio Dipl.-Ing. Takahashi; Hiroshi Dipl.-Ing. Tomishima
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1974-08-22
Filing date: 1975-08-16
Publication date: 1983-04-07
Also published as: NL183040B; JPS5123424A; JPS5516213B2; NL7509969A; FR2282481A1; DE2536590A1; CA1062934A; GB1496362A; FR2282481B1; US4028144A; NL183040C; SE7509332L; SE415308B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer halbharten Magnetlegierung mit einer sich stufenartig ändernden Hysteresisschleife und insbesondere auf die Verwendung einer halbharten Magnetlegierung, bei der es sich trotz der sich stufenartig ändernden magnetischen Eigenschaft um eine magnetische Einzellegierung handelt.

Aus der CH-PS 1 77 314 ist eine Legierung für Dauermagnete bekannt, die bis 60% Kobalt, 3 bis 50% Nickel, bis 20% Kupfer, bis 20% Chrom, 1 bis 50% Titan, Rest Eisen enthält. Die daraus gegossen oder zusätzlich geschmiedeten Werkstücke können bei 500 bis 800° C ausgeglüht werden.

Aus der DE-OS 15 58 663 sind Magnetlegierungen bekannt, die für halbstationäre Speicher (Ferreeds) geeignet sind und die 15 bis 42% Kobalt, 5 bis 16% Nickel, 3 bis 9% Chrom, weniger als 1% Titan, Rest Eisen enthalten. Ihre Eigenschaften können durch eine (einmalige) Kaltbearbeitung verbessert werden, der eine Glühung bei 500 bis 65O⁰C folgt. Der Titanzusatz erfolgt zur Verringerung der nachhaltigen Einflüsse des als Verunreinigung enthaltenen Kohlenstoffs.

Übliche Halbharte magnetische Werkstoffe oder harte magnetische Werkstoffe, die in der gleichen Weise wie halbharte magnetische Werkstoffe verwendet werden können, haben einfache Hysteresisschleifen entsprechend den Darstellungen nach den F i g. 1 und 2. Die Kanalschalter eines elektronischen Wahlsystems werden beispielsweise im allgemeinen elektromagnetisch angetrieben und können grob in einen Kreuzschienenschalter und eine Schaltmatrix unterteilt werden. Ein vom Anmelder entwickeltes elektronisches Wählsystem verwendet einen kleinen Kreuzschienenschalter. Es wurde auch bereits die Verwendung eines magnetischen selbsthaltenden Schutzgasrelais in Verbindung mit der Schaltmatrix untersucht Man hat dafür einen halbharten magnetischen Werkstoff verwendet

Die magnetischen se'bsthaltenden Schalter werden in einen Ferreed-Typ mit einem erregenden magnetischen Kern aus einem halbharten magnetischen Werkstoff und einem Schalter mit einer Zunge aus dem halbharten magnetischen Werkstoff klassifiziert Solche Schalter verwenden Hysteresisschleifen, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind. Sie werden daher in einem hohen

to Maße durch eine Änderung im Antriebsstrom beeinträchtigt, und zwar beim öffnen und Schließen, besonders aber beim Schließen. Dadurch wird die Ansteuerung kompliziert Man benötigt eine genaue Steuerung des Antriebsstromes.

Wenn man andererseits eine Hysteresisschleife entsprechend der Darstellung nach der F i g. 3 benutzt, in der eine noch zu beschreibende zusammengesetzte magnetische Eigenschaft dargestellt ist existiert ein stabiler Zustand bei nicht vorhandener Magnetflußdichte, so daß für die Stromänderung ein ausreichender Spielraum vorgesehen werden kann. In diesem Fall beruhen die Offnungs- und Schließoperationen des Schalters auf der in der F i g. 3 durch eine dickere Linie dargestellten kleineren Schleife. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung einer solchen zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft für den Betrieb des Schalters mit verschiedenartigen Vorteilen verbunden ist. Eine solche zusammentr°cpt_zte magnetische Eigenschaft kam: man jedoch mit irgendeiner üblichen Einzellegierung nicht erhalten. Zum Bereitstellen einer in der F i g. 3 dargestellten zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft ist es notwendig, zwei Legierungen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften durch Plattieren mechanisch miteinander zu verbinden.

Man muß also zwei Legierungen mechanisch miteinander verbinden, die beispielsweise die in den F i g. 1 und 2 dargestellten magnetischen Eigenscb .ften zeigen. Für die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft eines neuen Kanalschalters des elektronischen Wahlsystems ist es erforderlich, daß die kleinere Koerzitivkraft H_c(a) mehr als einige zehn Oerstedt beträgt und daß die größere Koerzitivkraft Wc<b) mehr als 200 O-s'edt hat. Bis heute ist allerdings kein aus einer einzigen Legierung hergestellter magnetischer Werkstoff bekannt, der eine Hysteresisschleife entsprechend der Darstellung nach der Fig.3 aufweist. Die Studien nach mechanischen Plattierverfahren von zwei Legierungen mit unterschiedlichen Koerzitivkräften wurden daher fortgeführt. Als Ergebnis dieser Studien hat man gefunden, daß die beiden Legierungen bezüglich der Wärmebehandlung und der Arbeitsbedingungen miteinander übereinstimmen sollten, daß das Plattieren von Legierungen von unterschiedlichen Grundzusammensetzungen besonders schwierig ist und daß die Anzahl der üblichen halbharten magnetischen Werkstoffe, die zum Plattieren geeignet sind, sehr klein ist. Aufgrund der Studien hat die Anmelderin das System der Fe-Co—Ni-Cr-Cu-Legierung, im folgenden kurz FCNC-Systemlegierung genannt, entwickelt, die eine Koerzitivkraft von 40 bis 350 Oerstedt hat und kalt verformt werden kann. Durch die Verwendung dieser Legierung kann man einen plattierten zusammengesetzten magnetischen Kern erhalten, dessen Hysteresisschleife entsprechend der Darstellung nach der F i g. 3 verläuft.

Das magnetische Material mit der zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft kann man durch mechanische Plattieren erhalten.

Ein solches plattiertes magnetisches Material ist jedoch zur preisgünstigen Massenherstellung nicht geeignet und ist daher im Vergleich zu einer Einzellegierung mit einer zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft mit hohen Herstellu agskosten verbunden.

Ferner wurde bereits ein Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Co-V—Mn—Fe-Legierung entwickelt. Die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften dieser Legierung sind aui der US-PS iü 34 22 407 und dem japanischen Patern Nr. 5 54 846 bekannt. Die chemische Zusammensetzung dieser Legierung ist jedoch von derjenigen der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung verschieden. Die zusammengesetzte Hysteresisschleife der erwähnten bekannten Legierung unterscheidet sich ebenfalls von der zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung. Die hier erwähnte zusammengesetzte magnetische Eigenschaft wird später erläutert. ErfindungswesentlLh ist, daß eine Treppenstufe, bei der sich die magnetische Eigenschaft ändert, in der Nachbarschaft der Η-Achse existiert. Ferner ist es bei der Herstellung der oben genannten Legierung erforderlich, daß für wenigstens 30 Sekunden ein teilweises Glühen oder Tempern ausgeführt wird. Dieser Herstellungsschritt kann nur unter sehr schwierigen Bedingungen durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Einzellegierung zur Verwendung für Bauteile mit einer zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft anzugeben, wobei die erwähnten Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten nicht auftreten.

Die Legierung soll durch Wärmebehandlung und Verformung einen Zustand erhalten, als ob Legierungsphasen von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaf- js ten in einer Legierung vorhanden wären.

Die hier erwähnten Begriffe »zusammengesetzte magnetische Eigenschaft« und »halbharter magnetischer Werkstoff« werden wie folgt definiert:

Die »zusammengesetzte magnetische Eigenschaft« weist eine zusammengesetzte Hysteresiskennlinie entsprechend der Darstellung nach der Fig. 3 auf, bei der eine kleinere Koerzitivkraft H_L{a) und eine größere Koerzitivkraft H_L(b) vorhanden sind und die in der Nachbarschaft der W-Achse eine Stufe aufweist, bei der nahezu keine Änderung in der magnetischen Flußdichte auftritt. Der »halbharte magnetische Werkstoff« ist ein magnetisches Material, bei dem es sich um ein hartes magnetisches Material handelt, das jedoch in der gleichen Weise wie in weiches magnetisches Material benutzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer halbharten Magnetlegierung bestehend aus 15 bis 50% Kobalt. 5 bis 25% Nickel, 1 bis 9% Chrom, mehr als 0 bis 10% Kupfer und/oder Titan, Rest Eisen als Werkstoff zur Herstellung von magnetischen Bauteilen, die nach wenigstens zweimaliger Kaltverformung und jeweils auf die Kaltverformung folgender Glühung bei Temperaturen zwischen 450 und 750° C eine sich stufenartig ändernde Hysteresisschleife besitzen.

Nach der Erfindung wird die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft mit einer einzigen Legierung erzielt. Der Erfindungsgegenstand überwindet daher nicht nur die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Legierung, sondern sorgt auch für eine Magnetlegie- b5 rung, die zur Massenherstellung geeignet ist, deren Herstellungskosten gering sind und die ausgezeichnete Eigenschaften aufweist. Es hat sich überraschend gezeigt, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Magnetlegierung die geforderte zusammengesetzte magnetische Eigenschaft aufweist

Sie weist eine solche zusammengesetzte magnetische Eigenschaft auf, daß ihre Hysteresiskennlinie eine Kombination aus harten und weichen magnetischen Eigenschaften ist und daß die Gestalt der Hysteresisschleife derart ist, daß die magnetische Flußdichte (B) in der Nachbarschaft der Η-Achse ehe stufenförmige Änderung aufweist. Bei der Herstellung der magnetischen Bauteile werden die Kaltverformung und das Tempern der oben angegebenen Legierung mehrmals wiederholt, um die angegebene zusammengesetzte magnetische Eigenschaft zu erreichen.

Die Erfindung ist somit in der Verwendung einer Magnetlegierung zu sehen, die eine solche Zusammensetzung aufweist, daß sie durch wiederholtes Kaltverformen und Tempern die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft zeigt. Der Verformungsgrad bei den Kaltverformungsvorgängen und die Temperatur bei den Glühvorgängen können eindeutig in Übereinstimmung mit dem Bereich der Menge jeder chemischen Komponente der Legierung und der gewünschten zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft bestimmt werden. Da es sich bei der Magnetlegierung mit der zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft um eine einzige Legierung handelt, entfallen mechanische Verbundverfahren, wie das Plattieren von zwei Legierungen mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Legierung liegt in der Miniaturisierung von Schaltern und im Herabsetzen der Ansteuerleistung.

Die Legierung kann insbesondere zum Herstellen von magnetischen Kernen für Relais, Schalter usw. verwendet werden. Weitere erfindungsgemäß erzielte Vorteile sind:

Die Magnetlegierung besitzt eine hohe Koerzitivkraft, und die vorgeschlagenen Wärmebehandlungsund Verformungsbedingungen rufen in der Einzellegierung einen solchen Zustand hervor, als ob die Legierung aus zwei verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften bestehen würde.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 grafische Darstellungen von Hysteresisschleifen, die die Eigenschaften eines herkömmlichen weichen und harten magnetischen Werkstoffes wiedergeben.

F i g. 3 eine grafische Darstellung einer Hysteresisschleife, die die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft darstellt, die man gemäß dem Stand der Technik durch mechanisches Plattieren von mehreren Legierungen, jedoch gemäß der Erfindung mit einr einer einzigen Legierung erhält.

Fig. 4 eine grafische Darstellung der magnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Verformungsund Temperatungsschritten zur Erläuterung der Herstellungsbedingungen bei einem Beispiel der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, wobei die Quadranten Il und III der Hysteresisschleife gezeigt sind,

F i g. 5 eine Reihe von grafischen Darstellungen zum Erläutern der Änderungen in der Eigenschaft einer erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung aus 20Gew.-% Kobalt. 10Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Cnrom, 4 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen, wobei die Legierung in Übereinstimmung mit einem anderen Beispiel der Erfindung wiederholt kaltverformt und geglüht wird,

Fig.6Α bis 6G grafische Darstellungen der Eigenschaft einer Legierung aus 20 Gew.-% Kobalt, 12 Gew.-% Nickel, 8 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen in Abhängigkeit von entsprechenden Herstellungsschritten in Obereinstimmung mit einem weiteren Beispiel der Erfindung und

F i g. 7 eine grafische Darstellung der Hysteresiskenn-Iinie einer Legierung aus 20 Gew-% Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-°/o Kupfer und Rest Eisen in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Gründe dafür, daß man die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft mit einer einzigen Legierung erhält, sind folgende:

1. Das Gefüge der Legierung setzt sich aus wenigstens drei Phasen zusammen. Zwei der drei Phasen sind ferromagnetische Phasen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften; die verbleibende Phase ist eine nichtmagnetische Phase, in der die beiden ferromagnetischen Phasen fein dispergiert sind.

2. Das Gefüge der Legierung setzt sich aus wenigstens einer ferromagnetischen Phase und einer nicht magnetischen Phase zusammen. Die Richtung oder die Größe der Anisotropie (beispielsweise Anisotropie der Form) der ferromagnetischen Phase ist verschieden.

Da in der Praxis die Gefüge - und Phasenbedingungen der Legierung in einem hohen Maße von der Wärmebehandlung und der Verformung abhängen, ist es sehr schwierig, den Grund für die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft anzugeben. Allerdings ist es möglich, die unter 1. und 2. genannten Zustände durch geeignete Wärmebehandlung und Verformung zu erzeugen.

Nach dem Stand der Technik wird die magnetische Eigenschaft des halbharten magnetischen Werkstoffs im allgemeinen durch Kaltverformen und Glühen festgelegt. Die eingangs erwähnte plattierte FCNC-System-Legierung mit zusammengesetztem magnetischem

ίο Kern verbessert ihre magnetischen Eigenschaften bei Anwendung der folgenden Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge: Kaltverformen, Glühen, Kaltverformen und Glühen. Eine Kaltverformung nach einem Glühvorgang liefert insbesondere eine Hysteresisschleife mit einem ausgezeichneten Rechteckigkeitsverhältnis. Nach der Erfindung hat es sich überraschend herausgestellt, daß bei wiederholten Kaltverformungsund Temperungsvorgängen die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft in einem bestimmten Zusammensetzungsbereich des magnetischen Werkstoffs auftritt.

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die zur Bestimmung des Bereiches der Legierungszusammensetzung mit verschiedenen Kombinationen des Verformungsgrades mit dem Temperaturbereich für das Tempern durchgeführt wurden. Die in der Tabelle zusammengestellten experimentellen Werte sind diejenigen, die m?n nnrh dem zweiten Glühen erhält. Die in der Tabelle angegebenen Bezeichnungen a und b entsprechen den Koerzitivkräften der zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft entsprechend der Darstellung nach der F i g. 3.

Tabelle 1

Zusammensetzung und magnetische Eigenschaft

Nr.	Zusammensetzung (Gew.-%)	Ni	Cr	Cu	Ti	Fe	H_c	(Oe)	270	Br
	Co	20	η	3		Resl	a	b	300	(IcG)
1	10	30	1	3		Rest	nicht	magnetisch	240
2	10	3	7	3		Rest	nicht	magnetisch	313
3	15	5	7	3		Rest	25	nichts	300	17,0
4	15	25	7	3		Rest	30	70	233	15,0
5	15	15	8	3		Rest	10	30	297	7,0
6	15	0	7	3		Rest	30	100	280	12,0
7	20	10	7	3		Rest	23	nichts	305	10,5
8	20	30	-τ	3		Rest	40	230	80	12,8
η 7	20	10	0	0		Rest	3,0	nichts	9,0
10	20	10	5	12		Rest	20	nichts	10,0
11	20	10	8	3		Rest	gerissen beim Verformen
12	20	10	7	6		Rest	60	12,0
13	20	10	6	9		Rest	65	10,4
14	20	10	9	3		Rest	65	9,0
15	20	10	7	3	2	Rest	44	9,0
16	20	10	9	4		Rest	50	10,8
17	20	12	8	3		Rest	44	7,0
18	20	14	7	3		Rest	48	7,5
19	20	12	8	3	0.2	Rest	50	9,7
20	20	15	1	8		Rest	52	7,2
21	20				30	15,0

rori^ctzunc

Nr. Zusammensetzung ((icw.-%)

Cu Ni Cr

	*'I,*	(Oe)	Hr
lc		b	(kG
Rest	61	290	8,2
Rest	55	208	9,0
Rest	50	235	12,0
Rest	70	145	13,5
Rest	75	305	4,8
Rest	45	246	12,3
Rest	42	92	13,0
Rest	15	60	7,1
Rest	56	235	10,5
Rest	95	nichts	10,5
Rest	61	128	13,6
Rest	12	50	6,3
Rest	20	95	7,5
Rest	60	175	11,6
Rest	10	40	6,1
Rest	23	65	10,6
Rest	9	30	6,0
Rest	3	nichts	4,8
Rest	gerissen	beim Verformen
Rest	40	100	6,0
Rest	30	60	7,5
Rest	60	150	5,0
Rest	gerissen	beim Verformen

20	12	7	10	5
25	12	7	1,5	3
25	12	7	3	7
25	12	5	3	2
25	14	10	3
25	14	7	0,5
25	15	3,5	5
25	20	9	6
30	12	7	3
40	0	7	3
40	5	5	3
40	15	9	6
45	5	7	3
45	10	7	3
45	20	9	6
50	5	7	4
50	25	9	6
53	28	7	3
55	10	7	3
30	25	3	0
30	25	3	0
30	25	3	0
20	10	6	9

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

Die magnetischen Eigenschaften stellen verschiedenartige Werte entsprechend der Kombination des Reduktionsverhältnisses mit dem Temperaturbereich für das Glühen dar. Die Tabelle zeigt allerdings nur ein Beispiel der experimentellen Werte nach dem zweiten Glühen.

Ferner wurden Experimente für verschiedenartige vorteilhafte Zusammensetzungen der anmeldungsgemäß zu verwendenden Legierung ausgeführt, wie es aus noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen hervorgeht. So enthält die Legierung vorteilhafterweise 0,5 bis 10Gew.-% Kupfer. Es hat sich herausgestellt, daß die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft auch erreicht wird, wenn man anstelle von Kupfer Titan verwendet. Ein Bereich von 3 bis 7 Gew.-°/o Titan ist günstig Kupfer und Titan kann man auch gemeinsam verwenden. Dabei ist ein Bereich von 0,2 bis 7 Gew.-°/o Titan günstig, und die Gesamtmenge von Kupfer und Titan kann bis zu 10 Gew.-% ausschließlich von 0 Gew.-% betragen.

Die anmeldungsgemäß zu verwendende Legierung muß einer wiederholten Verformung und Temperung unterzogen werden, um die gewünschte zusammengesetzte magnetische Eigenschaft zu erreichen.

Dazu wurden Experimente durchgeführt, um für den genannten Zusammensetzungsbereich der anmeldungsgemäß zu verwendenden Legierung spezifische Bedingungen für die Verformung und die Wärmebehandlung anzugeben. In der Fig.4 ist dargestellt, wie sich die magnetische Eigenschaft in Abhängigkeit von der Wiederholung der Verformung und Temperatur ändert Die untersuchte Probe wurde in einem Tammann-Ofen oder einem Vakuumschmelzofen mit einer vorbestimmten Legierungskomposition erschmolzen und dann zu einem Stab gegossen. Der Stab wurde einer Warmverformung und einer Homogenisierungsbehandlung bei einer Temperatur von mehr als 1000°C (für etwa eine Stunde) unterworfen und danach in Wasser abgeschreckt. Diese Behandlung wird im folgenden mit Vorbehandlung bezeichnet. Nach dieser Vorbehandlung schließt sich eine mindestens zweimalige Kaltverformung und Glühung an, und zwar in der Reihenfolge: erste Kaltverformung, erste Glühung, zweite Kaltverformung und zweite Glühung.

In der Fig.4 sind die Quadranten Il und III einer Hysteresisschleife dargestellt. Die in die F i g. 4 eingezeichnete Kurve 1 zeigt die magnetische Eigenschaft nach der ersten Kaltverformung an. Die Kurve 2 stellt die magnetische Eigenschaft dar, die nach der ersten Glühung bei einer Temperatur von 450 bis 750°C erzielt wird. Nach dieser Art der Behandlung tritt die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft noch nicht in Erscheinung. Lediglich die Koerzitivkraft wurde erhöht.

Nach der zweiten Kaltverformung erhält man eine taillenartig eingeschnürte Hysteresisschleife. Diese Einschnürung wird um so markanter, je höher der Verformungsgrad ist. Dieser ist durch die folgende Gleichung definiert:

Verformungsgrad = x 100%

Dabei sind η und η die Radien des Stabes vor bzw. nach der Verformung. Nach der zweiten Temperung bei

ίο

einer Temperatur im Bereich von 450 bis 75O⁰C nimmt der Stab die in der Kurve 3 dargestellte Eigenschaft an. Durch Kaltverformung des Stabes ändert sich die Eigenschaft von der Kurve 3 in diejenige der Kurve 4. Das Rechteckigkeitsverhältnis und die magnetische Restflußdichte Br werden verstärkt. Als Ergebnis erhält man somit eine zusammengesetzte Hysteresisschleife. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Legierung erhält man die Eigenschaft entsprechend der Kurve 3 durch die zweite Kaltverformung, und das Rechteckigkeitsverhältnis und die magnetische Restflußdichte Br werden durch die nachfolgende zweite Temperatur verstärkt, um die der Kurve 4 entsprechende zusammengesetzte Hysteresisschleife zu liefern. Durch eine dritte Kaltverformung werden das Rechtekkigkeitsverhältnis und die magnetische Restflußdichte ßrweiter verstärkt.

Die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Reduktionsverhältnis jeder Behandlung. In der

ίο Tabelle 2 ist dies zusammengestellt.

Tabelle 2 (I)

Magnetische Eigenschaft in Abhängigkeit von der Kombination aus Verformung und Temperung (//_c (a) und H_c (b) in

Oe und Br in kG).

Legierung aus 20 Gew,-% Kobalt, 12 Gew.-% Nickel, 8 Gew.-% Chrom. 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen

1. Verformung	a	b	Br	1. Glühung	b	Br	630X	a	b	Br	2. Verformung	258	6,5	57%	a	b	Br	79%	2. Glühung	297	7,5	420 C	a	b	Br	500 C	320	8,0	760 C *h'c*	a	b	1,0	3. Verformung	34°	1 1 1	3. Glühung	330	gerissen beim Verformen	330	11,6	13,0	450 C	320	12,4
87%		17	3,0	600X	224	3,2	Hc		220	26	74%	Hc		297		taillenförmig eingeschnürt	55OX	K		300	5,5	zusammengesetzt		50	79%	500 C i			zusammengesetzt
		A a			taillenförmig eingeschnürt	5,1		zusammengesetzt	45		zusammengesetzt	zusammengesetzt !			62
65%					63		48	78	70	72%
Hc				zusammengesetzt
			56

Tabelle 2 (II)

Legierung aus 20 Gew.-% Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen

1. Verformung	5,2	i „	4,1	1. Glühung	UO	600 C	3,2	560 C	7,0	2,0	2. Verformung	10,3	288	7,4	35%	9,0	90%	12,0	2. Glühung	3,6	500 C	313	9,0	450 C	3. Verformung	260	8,2	55%	340	11,4	80%	220	12,1	3. Glühung	280	9,2
78%				750 C			800 C	46%				600 C	zusammengesetzt		70%	zusammengesetzt	zusammengesetzt	500⁰C
		65%	►						zusammengesetzt				44		zusammengesetzt	50	40	zusammengesetzt
17					280	140			35	160	35		165 10,2 ι	60	40
52%		! \ 17		60	40	47,2	205
		60%
4,6

13 14

Tabelle 2 (III) Legierang aus 20 Gew.-% Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Chrom und 4 Gew.-% Kupfer, Rest Eisen

1. Verformung	Br (kG)	78%	2,5	91%	4,2	I	78%	2,5	78%	25	1. Glühung	1,5	1,8	625¹C	2.5	560C	7,0	420 C	5,0	850 C	1,8	850 C	1,8	2. Verformung	210 7,5	200	9,0	75%	235	6,5	81%	200	8,8	81%	190	11,5	4,5	91%	4,5	2. Glühung	190	10,6	530C	190	10,5	500C	233	7,0	530 C	220	6,6	530 C	170	8,8	530 C	180	12,0	600 C	2,0	800 C	L...	42 ._ -	1,9	3. Verformung	325	9,7	68%	327	9,3	86%	200	7,8	86%	5.4	3. Glühung	310	10,2	540⁰C	190	9,5	760 C	2.3
39%	2,5						20	20	628'C	625 C				25	40	40	86%	91%	tailleniörmig eingeschnürt			taillenförmig eingeschnürt	taillenförmig eingeschnürt	gerissen beim		530C	zusammengesetzt	zusammengesetzt	zusammengesetzt	zusammengesetzt	zusammengesetzt				zusammengesetzt		taillenförmig eingeschnürt					zusammengesetzt
H_c (Oe)	20		29						133	120	taillenförmig eingeschnürt	taillenförmig eingeschnürt	20		40	35	Verformen	42	zusammengesetzt	JLj	44	68	81	60	180	67%	129		25	36	450 C			50	45 L
a I b					200	170 j 2,6		25	32		91%	63	zusammengesetzt		zusammeng«
					635 C	1«	86		96
10				►
				190

Aus der Tabelle 2 (I, II, III) geht hervor, daß bei einer Temperungstemperatur von weniger als 450⁰C die Verformung schwierig ist und Risse auftreten. Andererseits erhält man bei einer Glühungstemperatur von mehr als 750⁰C selbst bei wiederholter Verformung und Glühung keine zusammengesetzte magnetische Eigenschaft.

Wenn einer Glühung bei einer Temperatur von mehr als 750⁰C eine Verformung und eine Glühung bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 750 und 450° C folgen, tritt die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft auf.

Folglich ist es erforderlich, die Glühung und Verformung bei einer Temperatur in einem Bereich von 450 bis 750° C zu wiederholen.

Die Kombination der chemischen Komponenten mit der Verformung und Glühung stellt einen wichtigen Faktor dar und wird daher an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel !

Eine Probe aus 20 Gew.-°/o Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Chrom, 4 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen wurde der erwähnten Vorbehandlung unterzogen und dann wiederhol! kaltverformt und geglüht. In der F i g. 5 sind die Veränderungen in der magnetischen Eigenschaft dieser Probe zusammengestellt.

In der F i g. 5 bezieht sich die Angabe 1. Reduktion auf den Verforniungsgrad der ersten Kaltverformung und die Angabe 2. Reduktion auf den Verformungsgrad der zweiten Kaltverformung. Die Glühungstemperalur wird derart gewählt, daß die Temperatur für die 2. Glühung geringer als für die 1. Glühung ist.

Die in der Fig. 5 zusammengestellten Eigenschaften und die Einflußnahme jeder Behandlung auf die Eigenschaft wird im folgenden qualitativ beschrieben.

a. Erste Kaltverformung

Eine Überprüfung der mit jeder Behandlung erzielten Eigenschaften mit dem ersten Verformungsgrad als Parameter ergibt nach der Darstellung in Fig. 5, daß eine Zunahme des ersten Verformungsgrades mit einer Zunahme in der Phase verbunden ist, die die größere Koerzitivkraft H^b) aufweist. Die Stufe der Hysteresisschleife wird also zur Plusseite verschoben. Die Lage der Stufe kann somit durch den Verformungsgrad der ersten Kaltverformung gesteuert werden. Diese Kaltverformung wandelt eine nichtmagnetische Phase γ in eine ferromagnetische Phase λ' um.

b. Erste Glühung

Bei einer Zunahme der Temperatur wird die ferromagnetische Phase λ' in die nichtmagnetische Phase γ umgewandc!·.. Der Temperaturbereich, in dem die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft auftritt, ist nach der Erfindung eindeutig definiert.

c. Zweite Kaltverformung

Die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft tritt auf, wenn der Verformungsgrad mehr als 50% beträgt. Die Hysteresisschleife ist taillenförmig eingeschnürt, wie es aus der F i g. 5 hervorgeht, und die Koerzitivkraft H_c und die magnetische Restflußdichte Br nehmen beide

d. Zweite Glühung

Das Rechteckigkeitsverhältnis und die magnetische Restflußdichte Brwerden verstärkt, und man erhält eine auffallende zusammengesetzte magnetische Eigenschaft Die magnetische Eigenschaft verschwindet jedoch, wenn die Glühungstemperatur einen gewissen Wert übersteigt

e. Dritte Kaltverformung

Diese Behandlung führt zu einer weiteren Erhöhung des Rechteckigkeitsverhältnisses und der magnetischen Restflußdichte Br.

Auf der Grundlage der obigen Erläuterung wird in Verbindung mit dem Bereich der Zusammensetzung des magnetischen Werkstoffs das Auftreten der zusammengesetzten magnetischen Eigenschaft beschrieben.

Die Fe-Co-Nickellegierung ist eine martensitisch umwandelnde Legierung, in der die ferromagnetische Phase oJ und die nichtmagnetische Phase γ vorkommen. Diese nichtmagnetische Phase γ wird durch Kaltverformung in die ferromagnetische Phase λ' umgewandelt, wie es oben beschrieben ist. Wenn die Temperatur ansteigt, wird die ferromagnetische Phase in die nichtmagnetische Phase umgewandelt. Die Wiederholung von Kaltverformung und Glühung ist folglich die Widerholung der Umwandlung der ferromagnetischen Phase λ' in die nichtmagnetische Phase γ und umgekehrt. Gleichzeitig wird das Volumenverhältnis der Phase \' zur Phase γ gesteuert, und die Phase α' stellt feine Teilchen gut entwickelter Anisotropie dar. Diese Phasenbedingung und Phasenveränderung werden in hohem Maße durch die Mengen an Kobalt und Nickel sowie das oder die additiven Elemente beeinträchtigt. Die Zugabe von Chrom beeinträchtigt nicht nur die Phasenbedingung, sondern trägt auch zu einer hohen Koerzitivkraft bei, die einen Vorteil der Erfindung darstellt.

Beispiel 2

3 kg einer Legierung aus 20 Gew.-% Kobalt, 12 Gew.-% Nickel. 8 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen wurden erschmolzen und zu einem Stab mit einem Durchmesser von 30 mm gegossen. Der Stab wurde auf 1150⁰C erhitzt und im heißen Zustand auf einen Durchmesser von 18 mm geschmiedet. Dann wurde er in Wasser abgeschreckt.

In einer Gesenkschmiedemaschine wurde der Stab durch Kaltverformung auf einen Durchmesser von 6,5 mm gebt ,icht. Der Verformungsgrad der 1. Kaltverformung betrug somit 87%. Der Stab wurde dann in einem Vakuumofen für eine Stunde auf 600"C erhitzt (1. Glühung). Diese Bearbeitungsstufe mit der 1. Verformung und der 1. Glühung wird mit (i) bezeichnet. Nach der beschriebenen Behandlung wird mit der Gesenkschmiedemaschine eine zweite Kaltverformung durchgeführt, um den Durchmesser des Stabes auf 3,3 mm zu vermindern. Der Verformungsgrad beträgt 74%. Die 2. Glühung wird dann bei 55" C ausgeführt. Diese Stufe wird mit (ii) bezeichnet. Bei den Stufen (i) und (ii) sind die folgenden magnetischen Eigenschaften aufgetreten: (i) H_c= 224 Oe und Br= 3,2 kG und (ii) #<<a) (entsprechend a in Fig. 3) = 48 Oe, HJb) entsprechend b in F i g. 3) = 297 Oe und Sr= 7,5 kG. Der nächste Vorgang umfaßt die 3. Kaltverformung und die 3. Glühung. Nach der 2. Glühung wurde der Durchmesser des Stabes durch die 3. Kaltverformung auf 1,5 mm vermindert. Der Verformungsgrad entspricht demzufolge 79%. Anschließend wurde der Stab der 3. Glühung unterzogen. Als Ergebnis dieser Stufe wurde die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft weiter verbessert: ) = 67 Oe, tf<(b) = 325 Oeund Br= 13 kG.

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Beispiel 3

Eine Legierung aus 25 Gew.-°/o Kobalt, 12 Gew.-% Nickel, 7 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen wurde in einem Tammann-Ofen erschmolzen und zu einem Stab gegossen. Der Stab wurde auf 1100⁰C erhitzt, ohne geschmiedet zu werden, und dann in Wasser abgeschreckt Der Stab wurde auf einen Durchmesser von 13 mm gebracht und dann in einer Gesenkschmiedemaschine auf einen Durchmesser von 7 mm kaltverformt (1. Kaltverformung). Danach fand eine Wärmebehandlung bei 600° C für eine Stunde statt (1. Glühung) (i). Anschließend wurde der Stab mit der Gesenkschmiedemaschine auf einen Durchmesser von 3,2 mm gebracht (2. Kaltverformung) und dann einer 2. Glühung bei 520°C unterzogen (ii). Die magnetischen Eigenschaften der Stufe (i) betrugen: f/_c=193Oe und

Br= 10 kG. Die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft war wenig ausgeprägt. Bei der Stufe (ii) war die zusammengesetzte magnetische Stufe bemerkenswert: HJp) = 50 Oe, M{b)=235 Oe und Br= 12 kG.

Beispiel 4

Eine Legierung aus 20 Gew.-% Kobalt, 12 Gew.-% Nickel, 8 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-°/o Kupfer und Rest Eisen wurde zu einem Stab gegossen und in ähnlicher Weise vorbehandelt wie in Beispiel 1. Der Stab wurde kaltverformt und geglüht, und zwar in Übereinstimmung mit der Reihenfolge der in der Tabelle 3 dargestellten Vorgänge. Man erhielt die in der Tabelle angegebenen magnetischen Eigenschaften. Die Hysteresiskennlinien entsprechend den Vorgängen I₁ II, III, IV, V, VI und VII sind in den F i g. 6A bis 6G dargestellt

Tabelle 3

Vorgang

(Oe) b

Br
(kG)

B560
(kG)

Hysteresiskennlinie Zeichnung

I	65%	1. Kaltverformung	17	220	3,0	8	Normal	Fig. 6 A
II	630 C	1. Glühung		297	2,6	4,2	Normal	Fig. 6 B
III	57%	2. Kaltverformung		263	5,1	7	Normal	Fig. 6 C
IV	79%	2. Kaltverformung			7,0	10,9	taillenförmig	Fig. 6 D
				320			eingeschnürt
V	500C	2. Glühung	45	300	8,0	11,5	zusammengesetzt	Fig. 6 E
VI	72%	3. Kaltverformung	56	320	11,0	13,8	zusammengesetzt	Fig. 6 F
VII	450X	3. Glühung	62	12,4	14,4	zusammengesetzt	Fig. 6 C

Aus der Tabelle 3 geht hervor, daß für die in diesem Beispiel verwendete Legierung nach der 1. Kaltverformung (Verformungsgrad 65%), der 1. Glühung (630° C) und der 2. Kaltverformung (Verformungsgrad bis zu 57%) übliche Hysteresisschleifen auftreten. Eine Erhöhung des zweiten Verformungsgrades (79%1 ruft jedoch eine taillenförmig eingeschnürte Hysteresisschleife hervor.

Bei einer Glühung (500°C) nach der 2. Verformung und nach einer dritten Kaltverformung wird die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft verstärkt. Durch die 3. Verformung mit einem Verformungsgrad von 72% erhält man Wc(a) = 56Oe, Wc(b) = 330Oe und Br= 11,OkG. Nach der 3. Glühung bei 450°C ergeben sich für die zusammengesetzte magnetische Eigenschaft die folgenden Werte: H<(a) = 62Oe, tfc(b) = 320Oe und Sr= 5,4 kG. Die magnetische Eigenschaft, insbesondere die Koerzitivkraft H_a wird in einem hohen Maße durch die erste Glühungstemperatur, der zweite Verformungsgrad und die zweite Glühungstemperatur beeinträchtigt. Diese Bedingungen ändern sich ein wenig in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der benutzten Legierung. Der Bereich, in dem die Koerzitivkraft H_c gesteuert werden kann, liegt für die kleinere Koerzitivkraft Wc(a) zwischen 40 und 140 Oe und für die größere Koerzitivkraft W<(b) zwischen 200 und 350 Oe.

Beispiel 5

Eine Legierung aus 20 Gew.-% Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen wurde im Beispiel 1 einer Vorbehandlung unterzogen und zu einem Stab gegossen. Der Stab wurde in Übereinstimmung mit den folgenden Vorgängen behandelt In diesem Fall waren die Wärmebehandlungsbedingungen die folgenden:

1. Kaltverformung >	1. Glühung >
52%	600⁰C
2. Kaltverformung >	2. Glühung *
60%	500⁰C
3. Kaltverformung »	4. Kaltverformung
30%	55%

Nach der 2. Glühung betrugen die magnetischen Eigenschaften: H{a) = 44Oe, M(b) = 313Oe und ßr=9,0 kG. (Nr. 15, Tabelle 1). Nach der 3. Kaltverformung ergaben sich die folgenden Werte: f/c(a) = 50 Oe, Wc(b) = 310Oe, ßr=10,5kG und Rechteckigkeitsverhältnis >0,9. Nach der 4. Kaltverformung mit dem Reduktionsverhältnis von 55% wurden die magnetischen Eigenschaften weiter verstärkt: W₁^a) = 50 Oe, Wc(b) = 340Oe, ßr=11,4kG und Rechteckigkeitsverhältnis >0,9.

Die Hysteresiskennlinie für dieses Beispiel ist in der F i g. 7 dargestellt.

Beispiel 6

Eine Lösung aus 20 Gew.-% Kobalt, 10 Gew.-% Nickel, 9 Gcw.-% Chrom, 4 Gew.-% Kupfer und Rest Eisen wurde einer ähnlichen Vorbehandlung wie im Beispiel 3 unterzogen (ohne Schmieden wie im Beispiel 1) und zu einem Stab gegossen. Der Stab wurde 78% kaltverformt und dann bei 635°C geglüht. Anschließend

wurde der Stab 75% kaltverformt und dann bei 500° C getempert Nach dem zweiten Glühen ergaben sich die folgenden magnetischen Eigenschaften: //^a)=44 Oe, //c(b)=233Oe und Br=7,0kG (Nr. 17). Nach einer 3. Kaltverformung mit 67% erhielt man die folgenden Werte: //<{a)=86Oe, H^b)=325 Oe und Sr= 9,7 kG. Die magnetischen Eigenschaften wurden somit verstärkt. Nach einer 3. Glühung bei 45O°C wurden die

folgenden Werte gemessen: //^a) = 90 Oe, //c(b) = 310 Oe und Br= 10,2 kG. Wenn das 2. Glühen bei 530⁰C vorgenommen wurde, erhielt man die folgenden magnetischen Eigenschaften: Hc(a) = 68Oe, H^b)=220 Oe und Sr= 6,6 kG. Wenn der zweiten Glühung eine dritte Kaltverformung von 68% folgte, erhielt man: //<{a)=129Oe, //^b) = 327 Oe und Br=9ß kG.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer halbharten Magnetlegierung, bestehend aus

15 bis 50% Kobalt
5 bis 25% Nickel
1 bis 9% Chrom

mehr als 0 bis 10% Kupfer und/oder Titan Rest Eisen

als Werkstoff zur Herstellung von magnetischen Bauteilen, die nach wenigstens zweimaliger Kaltverformung und jeweils auf die Kaltverformung folgender Glühung bei Temperaturen zwischen 450 und 750° C eine sich stufenartig ändernde Hysteresisschleife besitzen.

2. Verwendung einer halbharten Magnetlegierung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Kupfergehalt 0,5 bis 10% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer halbharten Magnetlegierung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Titangehalt 0,2 bis 7% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer halbharten Magnetlegierung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Gesamtmenge an Kupfer und Titan mehr als 0 bis weniger als 10% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.