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Kaltverformbare, magnetische Legierung, deren Herstellung
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und Verwendung Beschreibung: Die vorliegende Erfindung betrifft hartmagnetische
Materialien, ein Verfahren zur Verformung dieser Materialien und Vorrichtungen in
denen diese verformten Materialien verwendet werden. Zur Verformung gehören verschiedene
Verfahrensschritte, wobei wenigstens einige bedeutsame Teile der Verformung bei
niedriger Temperatur durchgeführt werden, manchmal bei Raumtemperatur. Die magnetischen
Eigenschaften
sind ausreichend, damit die nach der Verformung erhaltenen
Gegenstände in zahlreichen magnetisch betriebenen Vorrichtungen verwendet werden
können; zu diesen Vorrichtungen gehören elektroakkustische Wandler, einschl. Empfänger,
Lautsprecher und dgl..
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Die bisherige Entwicklung der hartmagnetischen Materialien ist gekennzeichnet
durch eine beständige Suche nach inimer höheren Werten für die Koerzitivfeldstärke,
die remanente Magnetisierung und das Energieprodukt. Diese Eigenschaften sind wichtig
für solche Vorrichtungen wie Lautsprecher mit Permanentmagneten, wo ein erhöhtes
Energieprodukt zu einer Verbesserung der tiefen Töne bei einer gegebenen Magnetgröße
führt. Auch bei Empfängern wird aus energetischen Gründen im Hinblick auf den Luftspalt
und das Luftvolumen eine Erhöhung der Koerzitivfeldstärke und des Energieproduktes
angestrebt. Diese Entwicklungen wurden durch jüngste BeArebungen zur weitergehenden
Miniaturisierung beschleunigt, welche wiederum ein höheres Energieprodukt und eine
größere Koerzitivfeldstärke erfordert, um für die jetzt verminderten Abmessungen
die gewünschte permanente Vormagnetisierung zu gewährleisten.
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Moderne, permanentmagnetische Materialien weisen eine Koerzitivfeldstärke
in der Größenordnung von wenigstens 250 Oe auf, eine remanente Magnetisierung von
wenigstens 7000 Gauss, womit ein max. Energieprodukt von wenigstens 1 000 000 Gauss
x
Oersted gewährleistet ist. Bei den in der Praxis verwirklichten
Vorrichtungen kommt es auf das Energieprodukt längs einer Arbeits- oder Last-Kennlinie
an, was wiederum von den Parametern der Vorrichtung wie dem magnetischen Widerstand
der Schaltung und dgl. abhängt; hier kann das tatsächlich auftretende Energieprodukt
etwas kleiner sein als es dem max-. Wert entspricht.
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Im Hinblick auf die Herstellung und Verarbeitung können die hartmagnetischen
Materialien in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich spröde Legierungen, die zu
dem Al-Ni-Co-System gehören (vgl. R. M. Bozorth in "Ferromagnetism", von D. van
Nostrand, 1951). Derartige Materialien auf der Basis von Aluminium, Nickel und Kobalt
erlauben keine Verformung durch beispielsweise Walzen oder Ziehen; vielmehr werden
einzelne Teile aus diesen Legierungen zweckmäßigerweise oder notwendigerweise im
Gießverfahren oder mittels pulvermetallurgischer Verfahren hergestellt.
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Duktile Legierungen; hierzu gehören beispielsweise Legierungen wie
"Cunife"(Kobalt, Nickel, Kupfer und Eisen)," Cunico"(Kobalt, Nickel und Kupfer)
und "Vicalloy" (Vanadium, Kobalt und Eisen); diese Legierungen können bei Raumtemperatur
leicht verformt werden; einzelne Teile aus diesen Legierungen
könnten
daher gewöhnlich in Form flachgewalzter Produkte oder gezogener Drähte erhalten
werden.
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Aus wirtschaftlichen Erwägungen sind verschiedentlich auch andere
Herstellungsverfahren zweckmäßig; z.B. sei hier die Legierung "Remalloy" genannt,
eine Legierung aus im wesentlichen Eisen, Kobalt und Molybdän (mit beispielsweise
20 Gew.-% Molybdän, 12 Gew.-% Kobalt, Rest Eisen); ''Remalloy'' gehört zur Gruppe
der spröden Legierungen, und die Verarbeitung dieses Materials zu einzelnen Teilen
erfordert deshalb hohe Temperaturen oberhalb 11O00C. Dieses beispielhafte Material
"Remalloy; bringt einen Kompromiss zwischen den Anforderungen an die Verarbeitbarkeit
und den max. Werten der magnetischen Eigenschaften; dieses Material wird in merklichem
Umfang In Telefonempfängern benutzt. Typischerweise wird diese Legierung mittels
einer Reihe von Verfahrensschrittcn in die Form eines heißgewalzten Bandes mit einer
Dicke in der Größenordnung von 2,5 mm gebracht; zu diesen Verfahrensschritten gehört:
(1) Die Ausgangslegierung wird zu einem Block oder Knüppel vergossen; (2) in einer
Reihe von Walzschritten wird der Block bei 12000C zu einem Band mit der gewünschten
Dicke warm gewalzt; (3) das Band wird in die gewünschte Form gepreßt , was notwendigerweise
bei erhöhter Temperatur erfolgen muß;
(4) bei 12000C wird eine
Lösungsglühung durchgeführt; (5) das erhaltene Material wird auf die Abmessungen
des End-produktes zurechtgeschliffen; und (6) schließlich erfolgt eine abschließende
Wärmebehandlung bei etwa 7000C, um die permanentmagnetischen Eigenschaften zu erzeugen.
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Derartige Einzelteile aus "Remalloy" , wie sie beispielsweise für
die Verwendung in einem Telefonempfänger vorgesehen sind, können eine Koerzitivfeldctärke
von 300 Oe, eine Remanenz von 9000 Gauss und ein Energieprodukt von etwa 1 000 000
Gauss x Oersted aufweisen.
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Für die heißverarbeitbaren "Remalloy-Legierungen" ist bekannt, daß
ihre magnetischen Eigenschaften nach der oben angegebenen Behandlung mit die besten
Werte aufweisen, die für heißverarbeitbare Materialien zu erzielen sind; zumindestens,
soweit Materialien mit vertretbaren Kosten für eine Massenherstellung betroffen
sind. Für gewisse Anwendungsfälle, wo mit Stoßbeanspruchungen de Einzelteile zu
rechnen ist, können selbst heißverarbeitbare "Remalloy-Legierungen" nicht eingesetzt
werden; zum Beispiel kann der oben erwähnte Handempfänger für gewisse Anwendungen
nicht aus "Remalloy" angefertigt werden, nämlich beispielsweise bei den Empfängern
in öffentlichen Telefonzellen, wo mit einer falschen Behandlung gerechnet werden
muß.
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Die vorliegendc Erfindung ist hauptsächlich darauf gerichtet, derartige
Legierungen bereitzustellen, die verbesserte Verformbarkeit aufweisen. Im Rakj1en
diese Betrachtungen erscheint es zweckmäßig, die Verformbarkeit zu definieren; im
Rahmen dieser Unterlagen muß eine ausreichende Verformbarkeit gewährleistet sein,
daß das Material bei einem Krümmungsradius, der angenähert der vierfachen Materialdicke
entspricht, wenigstens um 900 abgebogen werden kann. Die erfindungsgeleäßen Verbesserungen
sind hauptsächlich darauf gerichtet, die Formgebungsmaßnahmen bei tieferen Temperaturen
durchführen zu können; weiterhin weisen beispielhafte Materialien zusätzlich verbesserte
Eigenschaften auf, indem sie gegenüber Stickstoff beständig sind, so daß viele,
welm nicht alle dieser Maßnahmen an laift durchgeführt werden können.
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Die besonderen, mit der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Legierungen
und daraus geformten Teile sind magnetisch und weisen nach der Verformung eine remanente
Magnetisierung von 7 000 Gauss und mehr auf; ihre Koerzitivfeldstärke beträgt 300
Oe und mehr; typische Materialien weisen ein verwertbares Energieprodukt von 1 000
000 Gauss x Oersted auf, wobei jedoch auch max. Werte bis zu 2 000 000 Gauss x Oersted
erreichbar sind.
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Wichtige Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung bestehen darin,
(a)
eine neue Gruppe von Legierungszusammensetzungen anzugeben, die besonders geeignet
für die oben angegebenen Behandlungsmaßnahmen sind; und (b) brauchbare Endprodukte
bereitzustellen, die nach diesen Maßnahmen erhalten worden sind.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Ausgangsmaterialien beruhen auf dem
ternären Legierungssystem mit 25 bis 30 Gew.-Teilen Chrom, 10 bis 20 Gew.-Teilen
Kobalt, Rest bis 100 Gew.-Teilen Eisen.
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Alle in Betracht kommenden Legierungen sind dahingehend modifiziert,
daß sie zusätzlich wenigstens 0,1 Gew.-% von wenigstens einem der nachfolgenden
Elemente enthalten, nämlich Zirkonium, Molybdän, Niob, Vanadium, Titan und Aluminium
(im Rahmen dieser Unterlagen beziehen sich die Prozentangaben auf 100 Gew.-Teile,
bestehend aus der ternären Zusammensetzung). Obwohl der Zusatz dieser modifizierenden
Elemente auch weitere Wirkungen haben kann, wird angenommen, daß er wenigstens die
eine wesentliche Wirkung hat, nämlich die Bildung der Tieftemperatur-Sigma-Phase
zu unterdriicken. Die erfindungsgemäß modifizierten
Legierungen
weisen deshalb hauptsächlich ferritische ( oc -Phase)Struktur auf. Eine Verringerung
des Anteils an Sigma-Phase auf einen möglichst kleinen Wert verringert die Sprödigkeit.
Bei bevorzugten Zusammensetzungen ist sowohl die Bildung der Phase wie die Bildung
der Sigma-Phase unterdrückt. Obwohl die Anwesenheit dieser Phase auch eine gewisse
Auswirkung auf die Sprödigkeit hat, liegt deren Bedeutung hauptsächlich in einer
Schwächung des magnetischen Momente. Die Einführung von Zirkonium hat die Auswirkung,
daß die Bildung der beiden unerwünschten Phasen, nämlich der Sigma-Phase und der
-Phase unterdrückt wird.
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Die angestrebten Verarbeitungseigenschaften werden auf wirtschaftliche
Weise dadurch gewährleistet, daß gemeinsam mit Zirkonium wenigstens eines der nachfolgenden
Elemente eingeführt wird, nämlich Aluminium, Niob und Titan. Die neuen, mit der
vorliegenden Erfindung angegebenen Zusammensetzungen sind dahingehend definiert,
daß die nachfolgenden Eigenschaften gewährleistet sind.
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Diese zugesetzten Elemente gewährleisten eine höchst wichtige Wirkung.
Diese zugesetzten Elemente machen die Legierungen duktil, so daß Einzelteile daraus,
wie etwa tiefgezogene Ringe bei Raumtemperatur erfolgreich verformt werden können,
wie etwa gepreßt, gestanzt oder gebogen. Bevorzugte erfindungsgemäß vorgesehene
Zusammensetzungen lassen sich ohne die Anwendung einer Schutzatmosphäre verformen;
z.B. lassen sich beispielhafte Legierungen, die sowohl Aluminium
und
Zirkonium enthalten, bei Temperaturen verarbeiten und/oder verformen, die 9000C
nicht übersteigen, wobei sämtliche Maßnahmen an Luft durchgeführt werden können.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Materialien werden kennzeichnenderweise
entsprechend der nachfolgenden Folge von Verfahrenschritten erhalten: (1) Aus den
Ausgangskomponenten wird ein massiver Block oder Knüppel hergestellt; (2) anschließend
werden bei Temperaturen von 12000C oder darunter mehrere Warwalzstufen vorgesehen,
bis das danach erhaltene Band eine Dicke von angenähert 5 mm aufweist; (3) daraufhin
wird mit Wasser rasch abgekühlt; (4) anschließend wird kaltgewalzt bis zu einer
Dickenverringerung von 50%; (5) danach erfolgt eine Lösungsglühung, gegebenenfalls
bei 900°C für eine Dauer von 15 bis 90 min, um einen Körper mit einer feinkörnigen,
rekristallisierten, aus einer einzigen Phase bestehenden Struktur zu erhalten (sofern
die Temperatur der Lösungsglühung beträchtlich höher liegt, beispielsweise oberhalb
von 110000, dann wird ebenfalls eine aus einer einzigen Phase bestehenden rekristallisierte
Struktur erhalten, diese ist jedoch grobkörnig;
sofern die Temperatur
der Lösungsglühung zu niedrig liegt, beispielsweise unterhalb von 8500C, kann die
Rekristallisation unterbleiben und die Struktur weist eine ausgeschiedene Phase
auf, die sog. Sigma-Phase; sowohl bei zu hoher wie bei zu niedriger Temperatur weist
das Material eine solch hohe Sprödigkeit auf, daß es bei Raumtemperatur nicht erfolgreich
verformt, beispielsweise zu tiefgezogenen Ringen verformt werden kann); (6) anschließend
erfolgt eine sehr schnelle Abkühlung (beispielsweise mit einem Gemisch aus Eis/Kochsalz-Lösung);
(7) anschließend erfolgt die Verformung bei Raumtemperatur, beispielsweise in einer
Presse (ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht gerade darin,
daß diese besonders bedeutsame Stufe bei Raumtemperatur durchgefühtt werden kann);
(8) als wahlweise Verfahrensstufe, die nach Bedarf durchgeführt wird, kann im Gegensatz
zu dem üblichen Schleifen um die endgültige Form bei den vergleichbaren, bekannten
magnetischen Materialien zu erzielen, das erfindungsgemäße Material spanabhebend
bearbeitet werden, um die endgültige Form zu erhalten;
(9) am fertigen
Werkstück wird eine Wärmebehandlung (Alterungsglühung) durchgeführt, um diesem die
angestrebten magnetischen Eigenschaften zu erteilen; die Parameter der Wärmebehandlung
hängen von der genauen Zusammensetzung ab und sind nachfolgend im einzelnen angegeben;
typischerweise erfolgt die Wärmebehandlung bei 550 bis 6250G, gefolgt von einer
Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich von 10 bis 250C/Std. für
eine Gesamtdauer in der Größenordnung von 6 Std.. Wie bei der abschliessenden Wärmebehandlung
bei einigen bekannten Materialien, bewirkt diese Wärmebehandlung eine Ausscheidungshärtung,
die im vorliegenden Falle als spinodale Ubergangsstufe bezeichnet werden kann.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte sind dadurch gekennzeichnet,
daß dazu ein oder mehrere Werkstücke gehören, die aus den oben angegebenen Legierungen
nach einem Verfahren mit den oben angegebenen Verfahrensstufen hergesellt worden
sind. Ein Beispiel für solche Werkstücke stellt der tiefgezogene Ring eines Telefonempfängers
in einem typischen Hand apparat dar.
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Bei einer Abwandlung des oben angegebenen Verfahrens können die Verfahrensschritte
2 bis 5 zusammengefaßt und dahingehend
modifiziert werden, daß
der Knüppel mit einer Ausgangstemperatur von 12000C aufeinanderfolgend bis zur endgültigen
Dicke (von beispielsweise 2,5 mm) warmgewalzt wird, so daß an Ende des Warmwalzens
die 1'emperatur der Lösungsglühung erreicht ist (etwa 9000C für 5-Komponenten-Zusammensetzungen
bzw. 10500C für 4-EomponeIlten-Zusammensetzungen); auf diese Weise kann die Kaltwalzstufe
weggelassen werden.
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Die Erfindung wird hauptsächlich mit Bezugnahme auf Materialien, oder
deren Herstellung, oder die daraus erhaltenen Produkte beschlicben, welche die angegebenen
magnetischen Eigenschaften im Verlauf einer Reihe von Behandlungsstufen annehmen;
hierbei soll die abschließende Verfahrensstufe bei niedriger Temperatur, gegebenenfalls
bei Raumtemperatur, durchgeführt werden; weiterhin erfolgt die abschließende Verfahrenss-tufe
an einem Material, das bei Raumtemperatur verformt werden kann. Obwohl jedoch die
erfindungsgemäßen Materialien durch solche unüblichen Eigenschaften gekennzeichnet
sind, können wirtschaftliche oder sonstige Erwägungen auch dazu führen, nicht sämtliche
dieser Eigenschaften in vollem Umfange auszunutzen; z.B. trifft das für einfache
Bander oder sonstige Formen zu, welche die Behandlung in einer Presse (stamping)
nicht erfordern, die jedoch verbesserte magnetischeEigenschaften aufweisen oder
wirtschaftliche Vocteile bringen, im Vergleich mit entsprechenden bekannten Materialien.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient auch ein Blatt Abbildungen
mit den Fig. 1 und 2; im einzelnen zeigen: Fig. 1 in Form einer graphischen Darstellung
(mit der remanenten Magnetisierung BR in Gauss, längs der Ordinate, und mit der
Koerzitivfeldstärke HC in Oersted längs der Abszisse) den zweiten Quadranten der
Hysteresisschleifen einer Anzahl von Materialien, zu denen sowohl bekannte wie erfindungsgemäße
Materialien gehören; und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Telefonempfänger mit
einem Bauteil in der Form eines tiefgezogenen Ringes aus einer erfindungsgemässen
Legierung.
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Die mit Fig. 1 angegebene graphische Darstellung ist den mit magnetischen
Materialien arbeitenden Fachleuten vertraut; diese Darstellung zeigt drei verschiedene
Bänder (1, 4 und 7), die jeweils von einer max. bzw min. Hysteresiskurve begrenzt
sind; innerhalb eines jeweiligen Bandes können die Eigenschaftsveränderungen durch
Änderung einer Reihe von Parametern wie beispielsweise die Zusammensetzung, die
Wärmebehandlung, das Ausmaß der Bearbeitung und dgl. verändert werden. Das Band
1 liegt zwischen der max. Hysterese kurve 2 und der min. Hysteresiskurve 3 und schließt
einen (für die Erläuterung bestimmten) Bereich von Werten ein,
welche
an erfindungsgemäß behandelten Materialien ermittelt worden sind (wobei die abschließende
Verformung bei Raumtemperatur erfolgt ist). Das Band 4 liegt zwischen den Hysteresiskurven
5 und 6 und schließt Werte für die magnetischen Eigenschaften ein, die an warmverformten
(im Unterschied zu gegossenen) "Remalloy-Iegierungen" ermittelt worden sind. Das
Band 7 liegt zwischen den Hysteresiskurven 8 und 9 und dient hauptsächlich zu Vergleichszwecken;
dieses Band bringt repräsentative Werte für die Koerzitivfeldstärke, die remanente
Magnetisierung und das Energieprodukt von "Alnico-Legierungen", soweit diese mit
den erfindungsgemäßen Legierungen vergleichbar sind. Die "hlnico-Reihe " ist gekennzeichnet
durch zunehmende Koerzitivfeldstärke und ein in der Regel zunehmendes Energieprodukt
bei aufeinanderfolgenden Materialien dieser Reihe, so daß für die Materialien "Alnico
5, Alnico 4 und dgl. eine Abnahme dieser Werte zu erwarten ist.
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Mit Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen typischen Empfänger eines
Telefon-Handapparates dargestellt; zu diesem Empfänger gehört ein tiefgezogener
Ring 10 aus einer erfindungsgemäßen Legierung, mit welcher eine permanente, gleichgerichtete
Vormagnetisierung erzeugt wird. Zu den restlichen Bauteilen gehört eiirAluminiumrnembran11,
ein Anker 12 aus "Vanadium-Permendur" (eine Legierung aus 2% Vanadium, 49% Kobalt,
49% Eisen), ein Polstück 13 aus "Permalloy" (einer Legierung aus 45% Nickel und
55,' Eisen)
einer nicht-magnetischen Membranbalterung 1 (aus einer
Nickel-Chrom-Legierung) und einer gewickelten Spule 15 aus Kupfer. Nachdem ein Wechselstromsignal
die Spule erregt, wird das resultierende Magnetfeld dem von dem Vormagnetisierungsmagneten
erzeugten gleichgerichteten Feld in dem Spalt zwischen dem Anker 12 und dem Polstück
13 überlagert, was zu Schwingungen des Ankers und der Membrane führt. (Hinsichtlich
einer detaillierten Beschreibung wird auf den Beitrag "The Ring Armature Telephone
Receiver", von E. E. Mott und R. C. Miner in Beil System Technical Journal, Band
30, Seite 110 (1951) verwiesen.
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Nachfolgend werden einige Bezeichnungen erläutert, wie sie im Rahmen
dieser Unterlagen verstanden werden sollen.
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Unter dem Energ;eprodukt(BIg wird das Produkt aus der Magnetisierung
B (in Gauss) und der demagnetisierenden Feldstärke II(in Oersted) längs der Demagnetierungskennlinie,
d.h. im zweiten Quadranten der Hysteresisschleife, verstanden.
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Das maximale Encreienrodukt (BH) max ist der größte Wert des Produktes
aus B und H Das effektive Enersienrodukt (Bll)eff ist das tatsächlich unter den
Arbeitsbedingungen an einer besonderen Vorrichtung gemessene Produkt aus B und H.
Dieses Produkt ist
häufig als der Abschnitt zwischen der Hysteresiskurve
und einer "Lastkennlinie" im zweiten Quadranten dargestellt, d.h., als eine Kennlinie,
die im Ursprung beginnt und sich dann nach außen erstreckt, deren Steigung von der
Länge und dem Querschs t-t des Luftspaltes und vom Permanentmagneten abhängt, damit
also von den chrrakteristischen magnetischen Parametern in der Umgebung, in welcher
das betreffende Material verwendet wird. Für derar-l-ige Vorrichtungen, wie etwa
U-förmife Delefonempfänger beginnt diese Lastkennlinie im Ursprung der Hysteresissebleife
und erstreckt sich bis in die Nachbarschaft eines Punktes mit den Koordinaten B
= 4000 G; 11 = -250 Oe. Für diesen Fall ergibt sich somit (B9I)eff = 400O x 250
= 1 000 000 GxOe.
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Bearbeitung (working) ist diejenige Verfahrensmaßnahme, mittels der
durch eine mechanische Verformung die vorläufige Gestalt erhalten wird. Zu typischen,
in diese Kategorie fallenden metallurgischen Maßnahmen gehören das Gesenkschmieden,
das Ziehen, das Flachwalzen, die Walzenabplattung, das Extrudieren und dgl. Sofcrn
ein Ausmaß der Bearbeitung angegeben ist, bezieht sich das auf die Verminderung
der am meisten veränderten Abmessung; sofern beispielsweise mittels Flachwalzen
eine 25%ige Verformung durchgefübt wird, bedeutet dies eine Verminderung der Dicke
um 25%.
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Unter Rekristallisation wird ein erneutes Kristallwachstum verstanden,
das gewöhnlich im Verlauf einer Wrirmebehandlung
bei hohen Temperaturen
an kalt bearbeitetem Material erfolgt und zu einer Änderung der Kristallstniktur
führt, die im Verlauf der vorausgegaIlgenen Verformung gebildet worden ist. Eine
vollständige Rekristallisation wird für eine max. abschließende Verformung angestrebt,
ist jedoch nicht bei jedem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich; vielmehr ist
lediglich ein solches Ausmaß an Rekristallisation erforderlich, das die angestrebte
Verformung gewährleistet.
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In der Tat führt eine Rekristallisation bei übermäßig hohen Temperaturen
oder ausgedehnten Zeit spannen zum Wachstum großer Kristallite, was die nachfolgende
Verformbarkeit beeinträchtigt. Aus diesem Grunde wird eine rekristalliste, feinkörnige
Struktur in den meisten Fällen für die Verformung angestrebt.
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Als Verformung, Umformung bzw. Gestaltung wird die abschließende Behandlungsmaßnahme
bezeichnet, mit welcher dem fertigen Bauteil die endgültige Form erteilt wird.
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Die Verformung kann aus einem oder mehreren Verfahrensschritten bestehen,
zum Beispiel aus einem Tiefziehschritt, gefolgt von einem Stanzschritt. Diese Maßnahme
zur Verformung muß von der anfänglichen Verformung des Knüppels unterschieden werden,
für die in vielen Fällen das Flachwalzen oder Maßnahmen zum Drahtziehen vorgesehen
sind.
Die im Rahmen der Umformung vorgesehene Verformung ist gewöhnlich aufwendiger und
komplexer als die Verforniung beim Walzen oder Drahtziehen; so kann beispielsweise
ein Material, das erfolgreich gewalzt werden kann, bei der Umformung versagen. Die
Umformung oder das Stanzen, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen sind, sollen bei
niedriger Temperatur erfolgen, beispielsweise bei Raumtemperatur durchgeführt werden
können. In besonderen Fällen gehört zu dieser Maßnahme die Umformung tiefgezogener
ringe für Telefonhörer aus 2,5 mm dicken Rohlingen. Ein brauchbarer Test für eine
solche Verformbarkeit besteht darin, das Material entsprechend einem 900-Winkel
rund um ein Werkzeug zu biegen, dessen Radius derDicke des Bandes entspricht.
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Hierbei ist allerdings zu beachten, daß , obwohl ein wesentlicher
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auf die Fähigkeit zur Verformung bei Raumtemperatur
gerichtet ist, dadurch die Verformung bei hohen Temperaturen nicht ausgeschlossen
werden soll.
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Im Rahmen dieser Erfindung werden zwei Gruppen von Zusammensetzungen
unterschieden, nämlich die Zusammensetzungen (A), welche als neu angesehen werden
und im Hinblick auf Verformbarkeit und wirtschaftliche Gesichtspunkte bevorzugt
eingesetzt werden; die Zusammensetzungen (B) müssen nicht notwendigerreise hinsichtlich
aller Glieder neu sein und müssen nicht notwendigerweise optimale Ergebnisse bringen;
es ist jedoch festgestellt worden, daß auch diese Zusammensetzungen brauchbare Ergebnisse
bei der Verformung bringen, so daß die angestrebte mechanische Form mit guten magnetischen
Eigenschaften erhalten werden.
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Beide Zusammensetzungen (A) und (B) beruhen auf Gemischen aus den
drei Elementen Chrom, Kobalt und Eisen in den nachfolgenden Anteilen, nämlich 26
bis 28 Gew.-Teile Chrom, 15 bis 20 Gew.-Teile Kobalt, Rest Eisen bis zur Erreichung
von 100 Gew.-Teilen aus diesen drei Elementen.
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Darüberhinaus enthalten die Zusammensetzungen (B) wenigstens 0,1 Gew.-
(bezogen auf die genannten 100 Gew.-Teile) von wenigstens einem zusätzlichen Element,
nämlich Zirkonium, Niob, Vanadium, Titan und Aluminium.
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Die Zusammensetzungen (A) enthalten zusätzlich zu den oben angegebenen
Elementen Chrom, Kobalt und Eisen notwendigerweise wenigstens 0,1 Gew.-S/o Zirkon
und wenigstens eines der nachfolgenden Elemente, nämlich Aluminium, Niob und Titan.
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Aus experimentellen Untersuchungen folgt, daß ein Anteil von 0,1 Gew.-%
an diesen zusätzlichen Elementen der geringste Zusatz ist, der unter praktischen
Bedingungen zu merklichen meßbaren Verbesserungen führt. Andererseits ist für jedes
dieser zusätzlichen Elemente ein maximaler Anteil von ungefahr 1,0 Gew.-% gegeben
(für beide Zusammensetzungen (A) und so sodaß die Zusammensetzungen (A) auf dieser
Basis insgesamt bis zu 4 Gew.-Vo zusätzlicher Elemente enthalten kann.
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Die angegebenen Maximalwerte müssen nicht ganz exakt eingehalten werden
und können in Abhängigkeit von den Verfahrensmaßnahmen abgeändert werden; so ist
festgestellt worden, daß etwas größere Anteile an Aluminium, nämlich bis zu 1,5
Gew,-$o zulässig sind. Andererseits erfolgt nach einem Zusatz von Titan in dieser
Größenordnung unter extremen Behandlungsbedingungen bereits eine merkbare Veränderung
der Kornstruktur, so daß für Titan ein maximaler Anteil von 0,5 Gew.-% bevorzugt
wird.
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Als extreme Behandlungsmaßnahmen wird eine solche Kaltverformung angesehen,
die zu einer Abbiegung mit einem Krtimmungsradius führt, der angenähert der Dicke
des Ausgangsmaterials
entspricht; dieses Ausmaß an Kaltverformung,
sowie die Beibehaltung der magnetischen Eigenschaften wird besonders gut gewahrleistet
mit einem bevorzugten Zusammensetzungsbereich, der wenigstens 0,5 Gew.-% Zirkonium
enthält. Als besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden aus einem
2,5 mm dicken Ausgangsmaterial becherförmige Ringe für Empfänger hergestellt.
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Für bekannte magnetische Materialien vergleichbarer Zusammensetzung
ist bekannt, daß diese durch Komponenten aus ihrer Umgebung beeinträciltigt werden
können. Eine vorherrschende Auswirkung besteht in der Versprödung durch Stickstoffaufnalse,
welche in schweren Fällen die Verforinbarkeit insbesondere bei tiefen Temperaturen
merklich beeinträchtigen kann; weiterhin kann diese die magnetischen Eigenschaften
beeinträchtigen, selbst wenn die Sticlcstoffaufnahme nicht so stark ist, daß die
Verformbarkeit merklich beeinflußt wird. Bei vorzugsweise vorgesehenen erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen ist die Empfindlichkeit gegenüber Stickstoff im wesentlichen beseitigt.
So hat beispielsweise die Zugabe von gewissen Zusätzen die Folge, daß die gesamte
Folge von Behandlungsmaßnahmen an Luft durchgeführt werden kann. Unter den genannten
Zusätzen sind Zirkonium, Titan und Aluminium besonders wirksame Mittel zur Entfernung
von Stickstoff. Sofern die angegebenen Behandlungsmaßnahmen in Gegenwart von Stickstoff
durchgeführt werden,
können für diese Zusätze größere Anteile als
oben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschrieben, erforderlich sein, da die
Bildung von Nitriden entsprechende IXIaterialien bindet, so daß deren Wirksamkeit
aufgehoben wird. Um auch diesem Gesichtspunkt Rechnung zu tragen, kann anstelle
der angegebenen Mindestanteile von 0,1 Gew.-% für die Elemente Zirkonium, Titan
oder Aluminium ein Nindestanteil von 0,2 Gew.-% für wenigstens eines dieser Elemente,
Zirkon, Titan oder Aluminium zweclumaßig sein.
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Die angegebenen Zusatzmaterialien sind jene, welche für die Verarbeitbarkeit
im vorliegenden Verfahren erforderlich sind.
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Gewisse andere beabsichtigte Zusätze können für allgemein bekannte
Zwecke vorgesehen sein; beispielsweise kann Mangan in Mengen von bis zu einem Gewichtsteil
zur Bindung von Schwefel zugesetzt werden, der sonst zu Sprödigkeit führen amrde.
Silicium kann - gleichfalls in kleineren Mengen -als FluC:nittel zugesetzt werden.
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Die hier in Rede stehenden Zusammensetzungen brauchen nicht chemisch
rein zu sein. Unbeabsichtigte Fremdstoffe können je nach Verwendungszweck der Zusammensetzung
in Mengen toleriert werden, die die liornstruktur oder die magnetischen Eigenschaften
nicht oder nicht wesentlich beeinflusfn.Eine weitere Grenze für Fremdstoffe ist
deren nachteiliger Einfluß auf die Verarbeitbarkeit unter den angegebenen Bedingungen.
Im allgemeinen sind handelsübliche Reinheitsgrade für die einzelnen Bestandteile
akzeptabel.
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Nachstehend sind typische Verarbeitungsschritte zusammen mit Bereichs
angaben für die betroffenen Parameter beschrieben.
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Gewisse fakultative Schritte, die teils angegeben sind und teils anderweitig
dem einschlägigen Fachmann als zweckmäßig bekannt sind, sind zugelassen. Weiterhin
sind Variationen in
jenen Fällen zugelassen, in denen eine maximale
Verarbeitbarkeit und maximale magnetische Eigenschaften nicht erforderlich sind.
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Zunächst sei ein geeignetes Verfahrens schema angegeben.
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1. Ein Barren wird nach üblichen Methoden hergestellt. Für kommerzielle
Herstellung liegt die Barrengröße typiscllerweise bei 45 kg oder darüber. Typischerweise
wird der Barren durch Erschmelzen in einem Induktionsofen hergestellt. Eine adäquate
Vermischung resultiert aus den dem Scizmelzprozeß eigenen Induktionsströmen her.
Arbeitet man statt dessen mit anderen Schmelzöfen, so kann mechanisches Riren erforderlich
werden.
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Vakuum oder eine neutrale Atmosphäre ist bevorzugt. Wenn die Verarbeitung
in Luft erfolgt, so kann die Zusalizmensetzungseinstellung erforderlich werden,
wie diese oben beschrieben ist.
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2. Mit der Warmbearbeitung kann wie angegeben bei Temperaturen oberhalb
von etwa 1200 0C begonnen werden. Die Warmbearbeitung sollte jedoch bei Temperaturen
unterhalb von etwa 1100 0C endigen. Ein mit dieser Warmbearbeitung verfolgter allgemeiner
Zweck ist die Homogenisierung und Rekristallisation der Gußstruktur, um grobes Gefüge,
vor allem dendritische Struktur, die während des Gießens charakteristischenreise
auftritt, zu
eliminieren. Für die vorliegenden Legierungen und
die beabsichtigte schließliche Formbarkeit bci Zimrnertcperatur ist es jedoch wesentlich,
daß der Warmbearbeitugsschritt innerhalb angegebener Temperaturgrenzen ausgeführt
wird. Is-t die Warmbearbeitungstemperatur zu niedrig, dann lin Rekristallisation
nicht oder nur unvollständig alftreten. außerdem kann eine zweite Niedertemperaturphase,
die in der L:-teratur als Sigmaphase bekannt ist, auftreten. In die Warmbearbeitungstemperatur
zu hoch, dann kann übermäßiges Wachstum des rekristallisierten Korns auftreten und
wird die Wahrscheinlichkeit atmosphärischer Verunreinigung er}iöht. Alle diese Bedingungen
tragen zur Sprödigkeit bei nachfolgenden Kaltbearbeitungsschritten bei. Für beste
Resultate sollte die Tcmperatur am Ende des Warnibearbeitungssc}irittes weder oberhalb
1200 °C noch unterhalb 900 0C für eine Zirkoniumaluminiumlegierung, noch unterhalb
1050 0C für eine Niobtitanzirkoniumlegierung liegen. Alle angegebenen Grenzen gelten
für typische Verarbeitungsbedingtmgen. Im allgemeinen liegen die Bearbeitungszeiten
in der Größenordnung von bis zu etwa einer blben Stunde und die Dimensionsreduzierungen
bei wenigstens 50 . Eine Verringerung entweder der Zeit oder der Dimensionsreduzierung
erlaubt eine gewisse Verringerung der zugelassenen Mindesttemperatur für einen gegebenen
Rekristallisationszustand. Für viele Zwecke ist es bequem, diesen
dam
Schritt durch Warmwalzen auszuführen, da:das resultierende Produkt bereits in einer
Gcstalt vorliegt, die für die anschließende formgebende Verarbeitung entsprechend
dem gewUnschten Verwendungszweck in vielen Fallen geeignet ist.
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Andere Warmbearbeitungsmethoden, wie GeseSmschmieden, Extrudieren,
Stauchen, Ziehen sind vom Rekristallisationsstandpunkt aus gesehen geeignete Alternativen.
Selbstverständlich braucht in keinem Fall eine solche Bearbeitung in einem einzigen
Schritt zu erfolgen, und tatsächlich wird dieser Verfahrensschritt als eine Reihe
aufeinanderfolgender Durchgänge ausgeführt werden.
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3. Abschreckung: Der warmbearbeitete Körper muß von seiner erhöhten
Endtemperatur auf wenigstens 400 0C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von wenigstens
100 0C pro Sekunde abgekühlt werden. Dieses kann leicht durch einfaches Abschrecken
in Wasser nach üblichen Methoden erfolgen.
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4. Kaltbearbeitung: Der Zweck der Kaltbearbeitung ist die Erzeugung
eines feinkörnigen Gefüges auf das nachfolgende Lösungsglühen (Schritt 5) hin zu
erzeugen, was seinerseits die Niedrigtemperatur-Umformung nach Schritt 7 ermöglicht.
Unabhängig von der angewandten Bearbeitsmethode, z. B. Gesenkschmieden, Ziehen,
Walzen usw. ist ein Bereich von 30 bis 70 % generell für die betroffene Verformbarkeit
erwünscht.
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Außerhalb dieses Bereiches kann ein Zwischenprodukt noch ausreichend
deformierbar sein, um von einer bestimmten Vorrichtung diktierte Forderungen erfüllen
zu können. So kann beispielsweise für den Extremiall, für den im Schritt 7 überhaupt
kein Stanzvorgang durchgefülbrt sondern beispielsweise ein einfaches Band hergestellt
wird5 diese Kaltbearbeitung in dem breiteren Bereich von 30 bis 90 O,o' oder darüber
ausgeführt werden. Die untere Grenze von etwa 30 % ergibt sich aus dem Umstand,
daß geringere Dirnensionsreduzierungen nicht zu einer ausreichend gleichförmigen
Verformung des Produktes führen, so daß die Kornstruktur nach dem Lö.ungsgluhen
inhomogen wird.
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5. Lösungsglühen: Dieses ist eine einfache Erwärmung auf den Temperaturbereich,
in dem eine Einphasenstruktur, in der Literatur als Alpha-Phase bekannt, exisitert.
Diese Warmbehandlung kann für die hier bevorzugten Zusammensetzungen in normaler
Luft erfolgen und erfolgt im allgemeinen solange bis das Werkstück auch im innersten
Teil die Mindesttemperatur erreicht hat und auf dieser Temperatur in einem weiteren
Zeitintervall von etwa 10 bis 15 Minuten gehalten wird. Typischerweise kann je nach
Barrengröße die gesamte Lösungsglühbehandlung eine 30 bis 90 Minuten lange Erwärmung
erfordern. Die Höchstdauer ist durch Diffusion von und Reaktion mit Stickstoff diktiert.
Wie gefunden wurde verursacht der Stickstoffangriff,
der für die
hier bevorzugten Zusammensetzungen minimalisiert ist, etwas Versprödung mit begleitender
Verarbeitungsschwierigkeit bei jener Verfahrensstufe. In dieser Stufe bearbeitete
Werkstücke sind vielleicht 2,5 mm dick und können in Form einer lose gewickelten
Spule oder in einer anderen Form vorliegen, die die thermische Trägheit minimalisiert.
Es folgt, daß der Querschnitt des diesem Verfahrensschritt unterrJorfenen vorher
geformten Körpers bis zu 25,4 mm in der Dicke sein kann, ohne daß die kritische
90 Minuten grenze zu überschritten werden braucht (es handelt sich hierbei um eine
Querschnittsdicke, die weit oberhalb der im vorausgehenden Kaltbearbeitungsschritt
normalerweise erzeugten Dicke gelegen ist und tatsächlich größer als die für den
xn chfolgenden Abschreckungsschritt brauchbaren Dicken ist).
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6. Abschreckung: Dieser Schritt dient zur Beibehaltung der Hochtemperatur-Alpha-Phase.
Die Phasenumwandlungskinetik legt eine Abkühlungsgeschwindigkeit nahe, die beträchtlich
größer ist als die nach Schritt 3. Obgleich kein strenges Erfordernis, wurde es
als brauchbar gefunden, die Abschreckung in Eiswasser wenigstens auf eine Temperatur
von 400 0C durchzuführen. Für typische Abmessungen in dieser Verfahrens stufe fUhrt
dieses zu einer Abkühlgeschwindigkeit oberhalb 1000 oc pro Sekunde. Geringere Abkühlgeschwindigkeiten,
insbesondere
bei klein bemessenen Werkstücken, sind für die vollständige
Beibehaltung der Hochtemperaturphase geeignet. Unter gewissen Umständen, unter denen
eine Umformung keine große Verzerrung erfordert, ist die Existenz eines mehrphasigen
Körpers nach der Abschreckung zugelassen; und unter gewissen Umständen kann das
Abschrecken tatsächlich ganz entfallen.
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Selbst in diesen Fällen kann jedoch ein Lösungsglühen und eine Abschreckung
eventuell erforderlich sein, um die für die vorliegenden Zusammensetzungen charakteristischen
magnetischen Eigenschaften zu entwickeln.
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7. Verformung: Wie angegeben, ist es eine bedeutsame Eigenschaft der
Legierungen in diesem Stadium, daß eine Verformung bei Zimmertemperatur möglich
ist. Die Verformbarkeit ist ausser in den einfachsten Fällen immer erwünscht und
beispielsweise für den kappenförmigen Ring des in Fig0 2 dargestellten Empfängers
notwendig. Eine derartige Verformung bei Zimmertemperatur ist eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
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Sie kann nach zahlreichen Methoden bewerkstelligt werden.
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Beispielsweise wird der Ring nach Fig. 2 durch fortschreitendes Tiefziehen
und Stanzen oder durch kombiniertes Tiefziehen und Stanzen hergestellt. Entsprechend
dem fortschreitenden Stanzvorgang wird ein ebenes Blech in kappenförmige Form in
z. B. vier Schritten gebracht, die sämtlich kalt ausgeführt
und
ohne erforderliche Zwischenbehandlung ausführt werden.
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Dieses ist ein kommerziell bedeutsamer Aspekt.
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Einfachere Formen, die den selben Verformungsgrad oder einen geringere
Verformungsgrad erfordern, können nach üblichen Methoden hergestellt werden, z.
B. durch Stauchen.
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Gäbe man die erfindungsgemäße Lehre kurz wieder, dann würde es sich
um das Auffinden der Kaltbearbeitungsmöglichkeit drehen. Es wurde gezeigt, daß magnetische
Bauteile durch Stanzen und Drücken zum Erhalt von Becherformen mit Krümnungsradien
hergestellt werden können, die etwa gleich der Materialdicke sind, um eine 90 °
Biegung zu erhalten. Da die zugelassenen Krümmungsradien für größere Richtungsänderungen
größer werden, ist es zweckmäßig, die Kaltverformbarkeit anhand dieser beiden Parameter
zu beschreiben. Hierzu ist es zweckmäßig, die Kaltverformbarkeit zu beschreiben
durch eine ermöglichte Richtungsänderung von 25 ° bei einem Krümmungsradius, der
gleich der Dicke des zu verformenden Materials ist, wobei der Krümmungsradius mit
zunehmender Richtungsänderung linear auf das Vierfache der Materialdicke für eine
Richtungsänderung von 900 ansteigt.
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8. Magnetische Alterung: Die schließliche zur Entwicklung geeigneter
magnetischcr
Eigenschaften erforderliche Warmbehandlung besteht in einer etwa 10 Minuten bis
etwa 2 Stunden langen Eniärntuig auf typischerweise 600 bis 640 0C. Ublicherweise
wird daml auf eine niedrigere Temperatur heruntergefahren, z. B. ouf 500 bis 525
°C, wobei dann diese Temperatur etwa 1 bis 4 Stunden lang gehalten wird.
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Ein Arbeiten innerhalb der oben angegebenen exemplarischen Bedingungen
führt zu brauchbaren magnetischen Eigenschaften bei sämtlichen beschriebenen Legierungen.
Die Verfahrensweise im einzelnen, um zu auf einen bestimmten Anwendungszweck zugeschnittenen
Eigenschaften zu gelangen, wird durch Betrachtung des verantwortlichen Ilechanismus
gefördert. Dieser Mechanismus kann allgemein als Ausscheidungshärtung beschrieben
werden (obgleich der spezielle Aushärtungsmechanismus die Form einer spinodalen
Zersetzwag annehmen kann). Es ist allgemein bekannt, daß die Koerzitivfeldstärke,
die von der Domänenwand-Umorientierung abhängt, ihrerseits mit Größe und Abstand
der Ausscheidungen verknüpft ist. Die übliche Methode ist, wenn die relevanten Bedingungen
einmal identifiziert sind, eine Hochtemperaturbehandlung, während der die Ausscheidung
(oder Zersetzung) eingeleitet wird, im allgemeinen gefolgt von einem Abkühlen unter
Bedingungen derart, daß die Ausscheidung (oder Zersetzung) zum Erhalt der gewünschten
"Härte" gesteuert wird, Phasengrenzen und -kinetik spielen dabei ihre
traditionelle
Rolle, und die besten Bedingungen werden empirisch bestimmt. Geeignete magnetische
Eigenschaften für zahlreiche Anwendungsfälle sind experimentell mit verschiedenen
Warmbehandlungsprogrammen erzeugt worden, die üb].icherweise eine Hochtemperaturbehandlung
im angegebenen Bereich von 600 bis 640 0C umfaßten, wobei in manchen Fällen dann
anschließend direkt auf Raumtemperatur - oder in einigen anderen Fällen über ein
Halten auf einer Zwischentempere.-tur - mit den verschiedensten Geschwindigkeiten
abgekühlt wurde.
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Im allgemeinen ergeben sich brauchbare Resultate durch wenigstens
10 Minuten langes Halten bei erhöhter Temperatur. Wenn langsames Abkühlen ausgefilhrt
wird, sind Geschwindigkeiten von nicht mehr als 50 0C pro Stunde im allgemeinen
angezeigt, da höhere Abkuhlungsgeschwindigkeiten im wesentlichen die Bedingungen
fixieren, die während der Hochtemperaturbehandlung erzeugt worden sind. Während
Abänderungen möglich sind - und tatsächlich in wenigstens einem speziellen Beispiel
angezeigt sind - wird das Abkühlen üblicherweise auf eine Temperatur ausgeführt,
die nicht niedriger als etwa 500 0C liegt.
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Eine weitere gesteuerte Abkühlung bei wirtschaftlich vernünftigen
Geschwindigkeiten haben wenig Einfluß infolge der bei niedrigeren Temperaturen wesentlich
langsamer ablaufenden kinetischen Vorgänge. Es wurde jedoch als nützlich gefunden,
eine
Temperatur beispielsweise von 500 0C eine Stunde lang oder mehr aufrechtzu1alton,
und dieses Temperaturprogramm ist ein Beispiel einer zugelassenen Alternative.
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Während der Alterungsbelandlung braucht das Material nicht einem äußeren
IIagnetfe.Ld unterworfen zu werden. Die Anwendung eines derartigen äußeren Magnctieldes
ist jedoch nicht ausgeschlossen und kann für bestimmte Ausfüh.rungsformen nützlich
sein.
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Die in der angegebenen Heihen:üelge ausgeftiBrten Verfahrensschritte
sind die beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugten Schritte. Wie angegeben, sind
Abänderungen zulässig und beispielsweise in einigen Fällen auch durch wirtschaftliche
Erwägungen angezeigt. So kann etwa der Abschreckschritt 6 im ganzen weggelassen
werden. Für viele Fälle können die für die Bearbeitung der erfindungsgemäßen Legierungen
kritischen Schritte beschränkt werden auf die Schritte 1, 2 und 6 bis 8.
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Ein derartiges Verfahren kann dort angebracht sein, wo die Verformbarkeitsanforderungen
(Schritt 7) nicht groß sind und in gewissen Fällen sogar für die beschriebene 900
Umformung ausreichend sein kann. Für ein Verfahren, bei dem jedoch starke Verformbarkeit
verlangt wird, ist es wichtig, daß die Warmbearbeitung (Schritt 2) bei einer Temperatur
bee ndigt wird, die für die Lösungsglühbehandlung des nunmehr weggelassenen
Schrittes
5 vorgeschrieben ist. Das Ziel ist hier die Entwicklung einer feinkörnigen, rekristallisierten
einphasigen Struktur, die für eine Verformbarkeit bei Zimmertemperatur (Schritt
7) notatendig ist. Eine Warmbearbeitung (Schritt 2) sollte unter diesen Umständen
bei einer Tcmperatur von etwa 900 0C für die Zirkoniumaluminiumlegierung und bei
etwa 1050 °C für die Niobtitanzirkoniumlegierung endigen.
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Die oben angegebenen breiten Verfahrensgrenzen sind für eine jede
der vorliegenden Legierungen brauchbar. Zusammensetzungsbeispiele, die sämtlich
auf der selben ternären Zusammensetzung beruhen, jedoch verschiedene Mengen und
Arten zusätzlicher Elemente enthalten, wurden schließlich zu Empf änger-Beche rringe!
( Te il 10 in Fig. 2) verarbeitet. Die nachstehende Tabelle gibt vier solche Zusammensetzungen
nebst Mindest- und Höchsttemperaturen für das Lösungsglühen an, die die erforderliche
Verformbarkeit zulassen.
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TABELLE (Sämtliche Zusammensetzungen: 28 Cr, 15 Co, Rest Fe und zusätzlich
0,5 Gew.-% Mn und 0,2 Gew.-% Si) Prozentsätze zugesetzter Lösungsglühtemperatur
(°C) Elemente Minimum Maximum 1 , Nb-1 % Al 950 1100 3 % V-0,5 % Ti 1000 1100 1
% V-1 % Nb 1000 1100 3 , Mo-1 % Nb 1100 1150
Die nachstehenden
Beispicle 1 bis 6 zeigen die Brauchbarkeit einer Reihe Legierungen der vorliegenden
Zusammensetzung.
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In jedem Fall kann die Probe in Becherringe umgeformt werden, wie
diese in einem Fern:prechempfänger nach Fig. 2 Verwendung finden. Beispiele 4 und
5 enthalten tatsächlich diesen Formgebungsschritt.
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Beispiel 1 Die hergestellte Legierung hatte eine Zusammensetzung von
15 Teilen Kobalt, 26,5 Teilen Chrom, 58,5 Teilen Eisen (sämtlich Gewichtsteile)
zusammen mit 0,25 % Zirkonium, 1,0 ,o' Aluminium und 0,5 % Mangan, sämtlich Gewichtsprozente,
bezogen auf 100 Teile Ternarlegierung. Die Ausgangsmaterialien wurden als Elemente
für eine Charge von 90,6 kg eingewogen.
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Der Barren wurde durch Vakuum-Induktionsschmelzen hergestellt.
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Die Analyse ergab einen Gehalt von etwa 0,25 % Silicium als unbeabsichtigter
Fremdstoff. Die anderen Verunreinigungen betrugen insgesamt weniger als 1,0 . Nach
Abgießen der Schmelze und Abkühlenlassen des Barrens auf Raumtemperatur in Luft,
wurde er erneut auf 1200 0C erhitzt und in etwa 20 Durchgängen auf eine Dicke von
5,08 mm durch Warmwalzen reduziert. Während des Walzvorganges fiel die Temperatur
auf etwa 1100 0C ab. Der gewalzte Körper wurde in Leitungswasser
abgeschreckt.
Ein Kaltwalzen auf einer UmkehrmühZc führte bei etwa vier Durchgängen zu einer Dickenreduktion
von etwa 2,5 mm. Das Material wurde dann 30 Minuten lang in Luft auf eine Lösungsglühtemperatur
von 900 C erhitzt und anschliessend in Eiswasser abgeschreckt. Der abgeschreckte
Körper wurde zu Alterungszwecken auf 620 OC in Luft erhitzt und bei dieser Temperatur
30 Minuten lang gehalten, wonach diese Temperatur mit einer Geschwindigkeit von
25 0C pro Stunde auf eine Endtemperatur von 525 0C abgesenkt wurde. Diese Temperatur
wurde vier Stunden lang gehalten, wonach das Werkstück der Abkühlung auf Raumtemperatur
an Luft überlassen wurde. Die magnetischen Eigenschaften waren: HC = 450 Oe., BR
= 8300 Gauss, BHeff = 1,6 x 106 Gauss-Oersted.
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Beispiel 2 Es wurde wie nach Beispiel 1, jedoch mit folgender Zusammensetzung
gearbeitet: 15 Teile Kobalt, 26,5 Teile Chrom, 58,5 Teile Eisen zusammen mit 1 %
Niob, 0,25 56 Titan, 0,25 % Zirkonium und 0,5 96 Mangan. Der Siliciumgehalt und
die anderen Rtmdstoffe waren die selben wie in Beispiel 1. Die Lösungsglühtemperatur
betrug 1050 OC statt 900 OC. Die magnetische Alterung erfolgte nach folgendem Schema:
20 Minuten lang bei 625 Oc, Temperaturverringerung auf 540 0C mit einer Geschwindigkeit
von 16 OC pro Stunde, 4 Stunden langes Aufrechterhalten
dieser
Temperatur und schließliches Abkühlen in Luft auf Raumtemperatur. Die nJagnetischen
Eigenschaften waren: HC = 480 Oe., BR = 8700 G, BEIeIf = 1,7 x 106 Gauss-Oersted.
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Beispiel 3 Ein Gußbarren der Zusammensetzung nach Beispiel 1 wurde
auf 1200 OC erhitzt und dann direkt auf 2,54 mm Dicke heruntergewalzt, wobei am
Ende des Walzvorgangs die Temperatur bei etwa 900 0C lag. Der gewalzte Körper wurde
in Leitungswasser abgeschreckt. Die Proben wurden erneut auf 620 OC erhitzt und
unmittelbar anschließend in der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 11 OC pro
Stunde auf 505 OC erniedrigt.
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Das Werkstück wurde bei dieser Temperatur 6 Stunden lang gehalten
und dann der Abkühlung auf Zimnertemperatur in Luft überlassen. Die magnetischen
Sigenschaften waren: HC = 510 Oe, BR = 6800 G, Blleff = 1,35 x 106 Gauss-Oersted.
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Beispiel 4 Die Legierung nach Beispiel 1 wurde wie nach Beispiel 1
auf 2,54 mm heruntergewalzt, in Eiswasser abgeschreckt und zum Erhalt von Becherringen
gestanzt und gedrückt, wie diese für U-Typ-Fernsprechempfänger vorgeschrieben sind.
Der ausgestanzte Körper wurde 10 Minuten lang bei 620 0C gealtert und dann auf 520
°C mit einer Geschwindigkeit von 25 0C pro Stunde abgekühlt. Nach einer einstündigen
Alterung bei dieser
Temperatur wurde die Temperatur auf 510 0C
erniedrigt und bei diesem Wert vier weitere Stunden lang gehalten. Anschliessend
erfolgte Abkühlung auf Raumtemperatur in Luft. Der Becherring amrde in einen Telefonempfänger
eingebaut und der übliche Flußtest ergab 6900 MaJell.
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Beispiel 5 Die Legierung nach Beispiel 2 wurde wie nach Beispiel 2
auf 2,54 mm heruntergewalzt und nach Abschreckung im Eiswasser gestanzt und gedrückt,
um Becherringe zu erhalten, wie diese für U-Typ-Fernsprechempfänger vorgeschrieben
sind. Der ausgestanzte Körper wurde 10 Minuten lang bei 625 0C gealtert, wonach
die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 25 0C pro Stunde auf 525 OC erniedrigt
wurde. Nach einstündiger Alterung bei dieser Temperatur wurde der Becherring der
Abkühlung auf Zimmertemperatur in Luft überlassen. Der Becherring wurde in einen
Fernsprechempfänger eingebaut und der übliche Flußtest ergab 7300 Maxwell.
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Beispiel 6 Es wurde wie nach Beispiel 1 gearbeitet, jedoch zum Erhalt
der folgenden Zusammensetzung: 15 Teile Kobalt, 27 Teile Chrom, 58 Teile Eisen zusammen
mit 1 % Nb, 3 % Mo und 0,5 % Mn. Der Siliciumgehalt war der selbe wie bei Beispiel
1. Eine
Lösungsglülftomperatur von 1100 0C wurde als gut befunden.
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Die magnetische Alterung erfolgte nach folgendem Schema: 50 Minuten
lang bei 615 °C, gefolgt von einer Temperaturerniedrigung mit 16 OC pro Stunde auf
540 0C, 7 Stunden langes Halten bei dieser Temperatur und anschließendes Abkühlen
auf Zimmertemperatur in Luf-t. Die magnetischen Eigenschaften waren: HC = 500 Oersted,
BR =8400 Gauss, BHeff = 1,75 x 106 Gauss-Oersted.