DE2814640A1

DE2814640A1 - Verfahren zum herstellen von bandkernen

Info

Publication number: DE2814640A1
Application number: DE19782814640
Authority: DE
Inventors: Wernfried Ing Grad Behnke; Friedrich Dipl Phys Pfeifer
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1978-04-05
Filing date: 1978-04-05
Publication date: 1979-10-11
Also published as: BE875295A; ES479337A1; CA1131437A; NL7902225A; GB2023174A; FR2422234A1; NL181588C; DE2814640C2; IT1112944B; GB2023174B; FR2422234B1; AT370446B; CH639425A5; JPS54135396A; IT7921590A0; JPS6123646B2; US4290827A; ATA249479A; SE7902447L; SE452022B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bandkernen aus einer Legierung aus 45 bis 53 Gewichts-% Nickel, Eest Eisen, einschließlich geringer Desoxydations- und Verarbeitungszusätze, wobei ein 0,01 bis 0,1 mm dickes Band aus der Legierung zu einem Bandkern gewickelt, dann einer wenigstens einstündigen Schlußglühung bei wenigstens 900⁰C unterzogen und dann in einem Magnetfeld einer Anlaßbehandlung unterworfen wird.

Es ist bekannt, Bandkerne aus Nickel-Eisen-Legierungen mit 48 bis 67 Gewichts-% Nickel bei Temperaturen zwischen 1150 und 1200⁰C in reinem Wasserstoff einer etwa 5-stündigen Schlußglühung und anschließend einer Anlaßbehandlung in einem Magnetfeld zu unterziehen, wobei dieses in der Bandebene parallel zur Walzrichtung des Bandes angelegt wird. Durch das Anlassen in einem solchen sogenannten magnetischen Längsfeld erhält man rechteckförmige Hystereseschleifen bzw. hohe dynamische Per-

25 meabilitäten bei kleiner Aussteuerung (Zeitschrift

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-^- VP 78 P 9551 BRD für Metallkunde 57 (1966), Seiten 240 bis 244).

Derartig "behandelte Bandkerne eignen sich jedoch nicht für Anwendungen, bei denen ein großer Induktionshub und eine große Impulspermeabilität erforderlich sind, also beispielsweise für Drosseln mit Gleichfeldvormagnetisierung oder Impulsübertrager, die im unipolaren Betrieb arbeiten. Für solche und ähnliche Anwendungen werden bislang Bandkerne aus Nickel-Eisen-Molybdän-Legierungen mit relativ hohem Nickelgehalt von 61 bis 67 bzw. 74 bis 84 Gewichts-% verwendet, die nach einer mehrstündigen Schlußglühung zwischen 950 und 1220 C einer Anlaßbehandlung in einem Magnetfeld unterworfen werden, dessen Feldlinien in dem behandelten Gut quer zur Richtung des späteren magnetischen Flußes, also quer zur Walzrichtung des Bandes,verlauf en. Solche Kerne, die sich durch sehr flache Hystereseschleifen auszeichnen,haben verhältnismäßig hohe Impulspermeabilitäten, die in Abhängigkeit vom Induktionshub zunächst einen nahezu konstanten Verlauf zeigen, jedoch bei Einmündung in die Sättigung / Induktionshüben zwischen etwa 0,4 und 0,8 T rasch auf kleine Werte weit unterhalb von etwa 4000 abfallen (DE-PS 15 58 818 und 15 58 820).

Aufgabe der Erfindung ist es, Bandkerne herzustellen, die auch noch bei höheren Induktionshüben von 1 T und mehr für die technische Anwendung ausreichende Impulspermeabilitäten besitzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß das Magnetfeld in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung des Bandes angelegt.

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Durch, diese Maßnahme, also durch das bei den erwähnten Legierungen mit höheren Nickelgehalten "bereits an sich bekannte Anlassen in einem magnetischen Querfeld, erhält man überraschenderweise bei Legierungen aus 4-5 bis 53 Gewichts-% Nickel, Rest Eisen, bei Induktionshüben von 1 T und mehr Impulspermeabilitäten, die bei 4000 und teilweise noch weit darüber liegen. Dies ist insbesondere deshalb überraschend, weil ausgehend von den eingangs erwähnten bekannten Legierungen mit hohen Nickelgehalten die durch Querfeldtemperung erzielbaren ausnutzbaren Induktionshübe und Impulspermeabilitäten mit abnehmendem Nickelgehalt unter gleichzeitiger Zunahme der Magnetisierungsverluste stark abnehmen, so daß beispielsweise Bandkerne aus Legierungen mit 56 Gewichts-% Nickel, Rest Eisen, auch nach einer Querfeldtemperung, beispielsweise zur Anwendung in unipolar ausgesteuerten Bauelementen völlig ungeeignet wären. Da mit weiter sinkendem Nickelgehalt die Curietemperatur der Legierungen weiter absinkt, wäre an sich ein noch schlechteres Ansprechen der Legierungen mit Nickelgehalten unter 56 Gewichts-% auf eine Querfeldtemperung zu erwarten gewesen.

In anderem Zusammenhang ist es zwar bereits bekannt, auch Bänder bzw. Bandkerne aus Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 50 Gewichts-% Nickel in einem magnetischen Querfeld anzulassen, jedoch handelt es sich dabei in einem Fall (Zeitschrift für Physik °A (1935), Seiten 504- bis 522) um eine rein wissenschaftliche Untersuchung an ebenen Streifen aus der Legierung und im anderen Fall (US-PS 3 125 4-72) um einen Ringbandkern, der im Gegensatz zu den nach dem anmeldungsgemäßen Verfahren hergestellten Kernen mit einem den Kern in

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radialer Richtung durchsetzenden Luftspalt versehen ist und bei dem die Permeabilität im Frequenzbereich bis 50 kHz konstant etwa 1200 bis 1500 beträgt. Bezüglich der Eignung einer Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld zur Herstellung von Bandkernen mit hohen Impulspermeabilitäten bei großem Induktionshub lassen sich aus diesem Stande der Technik keine Hinweise entnehmen.

Das anmeldungsgemäße Verfahren führt im ganzen Legierungsbereich von 4-5 bis 53 Gewichts-% Nickel zu technisch interessanten Impulspermeabilitäten bei Induktionshüben um 1 T, wobei besonders hohe Impulspermeabilitäten und Induktionshübe im Bereich von 4-7 ^is 52 Gewichts-% Nickel, vorzugsweise 4-9 bis 51 Gewichts-% Nickel, zu erzielen sind. Die Legierungen können zusätzlich die üblichen Desoxydations- und Verarbeitungszusätze enthalten, beispielsweise 0,2 bis 1 Gewichts-% Mangan, 0,05 bis 0,3 Gewichts-% Silizium sowie andere Zusätze wie Magnesium, Calzium oder Cer in Mengen von weniger als 0,5 Gewichts-%. 20

Das Bandmaterial kann nach der Schlußglühung vorteilhaft ein feinkörniges isotropes Gefüge besitzen, das durch entsprechende Erwärmung und Schlußverformung vor und die Schlußglühung nach dem Wickeln des Kernes erzeugt wird.

Das Band wird dabei vor der Schlußverformung auf eine Temperatur oberhalb der mit wachsendem Schlußverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht. Der Verlauf der erwähnten Temperaturgrenze wird später noch genauer erläutert werden.

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Besonders günstig zur Erzeugung eines feinkörnigen isotropen Gefüges ist es, wenn wenigstens 1 Stunde lang auf wenigstens 700⁰C erwärmt wird und die Schlußverformung zwischen 80 und 90 % "beträgt. Die Erwärmung kann in einer Zwischenglühung zwischen einer Kaltbearbeitung und der Schlußverformung bestehen, es kann aber auch die Erwärmung des Bandes beim Heißwalzen vor der Schlußverf ormung, d.h. vor dem Kaltwalz en, ausgenutzt werden.

Die Schlußglühung kann vorteilhaft zwischen 900 und ' 1250⁰C erfolgen, wobei die obere Temperaturgrenze im wesentlichen durch die technisch verfügbaren Ofenanlagen bedingt ist.

Eine weitere Steigerung der Impulspermeabilitäten bei hohen Induktionshüben läßt sich dadurch erreichen, daß im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlußverformung vor und durch Schlußglühung nach dem Wickeln des Kernes ein anisotropes Gefüge mit Vorzugsrichtung <001 > in WaIzrichtung erzeugt wird. Durch eine solche Behandlung wird der durch das Anlassen im magnetischen Querfeld erzeugten magnetischen Vorzugsrichtung senkrecht zur Walzebene und damit senkrecht zum späteren magnetischen ITuß im Bandkern eine weitere Vorzugsrichtung überlagert, die paral-IeI zur Walzrichtung und damit in Richtung des späteren magnetischen Flußes im Bandkern verläuft.

Der Anteil der in Vorzugsrichtung ausgerichteten Kristallite am gesamten Gefüge sollte vorzugsweise wenig-30 stens 20 % betragen.

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Das Gefüge mit Vorzugsrichtung in Walζrichtung kann vorteilhaft eine Würfeltextur (100) < 001 > sein, wobei die ausgerichteten Kristallite im polykristallinen Material mit der Würfele"bene parallel zur Walzebene und mit den Würfelkanten parallel und senkrecht zur Walzrichtung liegen. Ferner kommt auch ein sekundärrekristallisiertes Gefüge in Frage, das vorteilhaft magnetisch günstige Kristallkorner in (210) ·< 001> -Lage enthält. Bei dieser Lage liegt die (210)-Ebene parallel zur Walzebene und die <\001/>· -Richtung parallel zur Walzrichtung.

Einen Bandkern mit anisotropem Gefüge mit Vorzugsrichtung ^001 ]> in Walzrichtung erhält man vorteilhaft dadurch, daß die Schlußverformung wenigstens 90 % beträgt und das Band vorher auf eine Temperatur oberhalb 600 C und unterhalb der mit wachsendem Schlußverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht. Die Erwärmung vor der Schlußverfor/ kann auch hier wiederum durch eine Zwischenglühung nach einem vorhergehenden Kaitverformungsschritt erfolgen oder es kann die Wärme beim Heißwalzen vor der Schlußverformung durch Kaltwalzen ausgenutzt werden.

Die im Gefüge entstehende Textur hängt von der Temperatur der Schlußglühung ab. Bei einer Schlußglühung zwischen 900 und 1050⁰C erhält man die Würfeltextur (100) bei einer Schlußglühung zwischen I050 und 1200⁰C ein sekundärrekristallisiertes Gefüge. Falls vor der Schlußverformung auf eine Temperatur oberhalb etwa 700°C erwärmt wird, enthält das sekundärrekristallisierte Gefüge bevorzugt Körner in (210)<Ό01^-Lage. Die Schlußglühung soll, wie bereits erwähnt, wenigstens 1 Stunde, vorzugsweise wenigstens 2 Stunden dauern.

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Palls die Erwärmung vor der Schlußverformung als Zwischenglühung vorgenommen wird, sollte auch diese sowohl bei isotropem als auch bei anisotropem Gefüge wenigstens 1 Stunde, vorzugsweise 2 bis 5 Stunden, dauern.

Die Anlaßbehandlung im magnetischen Querfeld, durch welche eine atomare Überstruktur mit Vorzugsrichtung in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung erzeugt wird, kann vorteilhaft derart erfolgen, daß der Bandkern nach vorherigem Erwärmen über die Curietemperatur des Bandmaterials wenigstens 30 Minuten lang in einem Temperaturbereich zwischen etwa 30O⁰C und der Curietemperatur gehalten wird. Das Erwärmen über die Curietemperatur dient dabei in erster linie zur Auslöschung eines etwa vorausgegangenen Anlaßzustandes und kann gegebenenfalls auch entfallen.

Im einzelnen gibt es für die Anlaßbehandlung verschiedene Möglichkeiten. So kann man etwa das Bandmaterial im Ofen von der Curietemperatur oder einer Temperatur oberhalb derselben mit Abkühlungsgeschwindigkeiten'von 300 C pro Stunde und weniger auf etwa 200 C und anschließend ohne Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit weiter abkühlen lassen.

Ferner kann man im Ofen zunächst von etwa 55O°C, beispielsweise mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200⁰C pro Stunde, auf Anlaßtemperatur abkühlen und die Bandkerne dann einige, vorzugsweise 4, Stunden auf einer unterhalb der Curietemperatur liegenden Anlaßtemperatur halten und schließlich weiter im Ofen abkühlen.

Insbesondere bei Legierungen mit Hickelgehalten unter 49 Gewichts-%, beispielsweise mit 47,5 Gewichts-%, bei denen die

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Curie temperatur und damit auch die Anlaßtemperatur verhältnismäßig niedrig liegen, empfiehlt es sich, zunächst ohne Querfeld im Ofen von etwa 55O°C auf etwa 5OO°C abzukühlen, wenigstens etwa 1 Stunde lang bei dieser Temperatür zu tempern und anschließend durch schnelles Abkühlen außerhalb des Ofens Überschußleerstellen einzufrieren. Die anschließende Anlaßbehandlung im magnetischen Querfeld kann dann beispielsweise bei Temperaturen von etwa 30O⁰C bis 4-50⁰C erfolgen und vorzugsweise mehrere Stunden dauern.

Das bei der Anlaßbehandlung angelegte magnetische Feld sollte das Bandmaterial vorzugsweise annähernd sättigen, wobei das innere JeId im Material wenigstens etwa 5 A/cm betragen sollte.

Anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Figuren 1 und 2 zeigen den Verlauf der bereits erwähnten Temperaturgrenze für die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur in Abhängigkeit vom Schlußverformungsgrad, und zwar Figur 1 für Schlußglühtemperaturen von 900 bis 1050⁰C und Figur2 für Schlußglühtemperaturen von 1050

25 bis 1200⁰C.

Figur 3 zeigt die Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub für Bandkerne aus verschiedenen Legierungen mit feinkörnigem isotropem Gefüge. 30

Figur 4- zeigt die Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub für Bandkerne aus verschiedenen Legierungen mit anisotropem Gefüge.

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Figuren 5, 6 und 7 zeigen dynamische Hystereseschleifen "bei einer Frequenz von 50 Hz für Bandkerne mit unterschiedlichem Gefüge.

Zunächst soll anhand der Figuren 1 und 2 die Gefügeausbildung kurz erläutert werden:

Bei polykristallinen Nickel-Eisen-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 53 Gewichts-% und weniger kann eine Textür erzeugt werden, "bei der die Kristalle mit der Würfelebene parallel zur Walzebene und mit den Würfelkanten parallel und senkrecht zur Walzrichtung liegen. Da die Würfelkante eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit ist, hat die Würfeltextur (100) <001>daher längs und quer magnetische l/Orzugsrichtungen. Sie wird vorzugsweise nach hoher Kaltverformung von etwa 90 bis 99 % und nach einer Schlußglühung im Temperaturbereich von 900 bis 1050⁰C erhalten, unter der Voraussetzung, daß die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur vor der Schlußverformung oberhalb 600 C aber unterhalb der in Figur 1 gestrichelt eingezeichneten Temperaturgrenze 1, also im Gebiet A liegt. In Figur 1 und auch in Figur 2 ist an der Ordinate die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur T in C und an der Abszisse der Schlußverformungsgrad in % aufgetragen. Die Schärfe der Würfeltextur wird im allgemeinen umso besser, je höher der Schlußverformungsgrad und je feinkörniger das Ausgangsgefüge vor der Schlußverformung ist, das heißt, je näher

T bei der Rekristallisationstemperatur von etwa 600⁰C ζ

liegt. Wählt man eine Zwischenglühtemperatur im Gebiet B oberhalb der Temperaturgrenze 1,so erhält man nach der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge. Die Gebiete A und B lassen sich gegeneinander nicht völlig exakt abgrenzen, weshalb die Temperaturgrenze 1 schraf-

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fiert gezeichnet ist. Der Grenzbereich kann sich beispielsweise abhängig von der Menge der Schlackenteilchen in der Schmelze oder auch abhängig von Zusätzen, insbesondere geringen Mengen Aluminium und Molybdän,
5 etwas verschieben. Die Grundtendenzen bleiben dabei
jedoch erhalten.

Glüht man ein Material, das bei Schlußglühtemperaturen von 900 bis 105O⁰C Würfeltextur zeigt, im Temperaturbereich von 1050 bis 1200 C, dann setzt eine die Würfellage zerstörende Sekundärrekristallisation mit starkem Kornwachstum ein. Die Temperaturgrenze für das Gebiet in dem Sekundärrekristallisation auftritt, in Fig.2 mit 2 bezeichnet, entspricht natürlich der Temperaturgrenze 1 in ligur 1, weil die Würfeltextur Voraussetzung für die Sekundärrekristallisation ist. Das normal sekundärrekristallisierte Material enthält Körner verschiedener Orientierung, das heißt, neben einer Reihe magnetisch ungünstiger Lagen auch magnetisch günstige Körner mit einer Orientierung (210) parallel zur Walzebene und -^001^ parallel zur Walzrichtung. Unter entsprechenden Bedingungen kann man vor allem bei dünnen Bändern mit einer Dicke von 0,05 mm und weniger bei der Sekundärrekristallisation eine bevorzugte Bildung von Körnern in (210)^001^ -Lage erreichen. So ergibt sich

im Gebiet C in Figur 2 bei Wahl von T unterhalb der

Temperaturgrenze 3, also zwischen 600 und etwa 700 C, zunächst bei der Schlußglühung eine normale Sekundärrekristallisation, wobei die Korngröße mit dem Verformungsgrad ansteigt. Wählt man T zwischen den Tempera-

turgrenzen 2 und 3 im Gebiet D, so wird bei der Schlußglühung bevorzugt (210) -C001^ -Lage gebildet. Diese Lage erkennt man im Schliffbild insbesondere an den Zwillingsstreifen, die in einem Winkel von - 37° oder seltener + 66° zur Walzrichtung liegen. Bei T_z im Gebiet B bildet sich 909841/0294

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bei der Schlußglühung wiederum ein feinkörniges isotropes Gefüge. Ähnlich wie die Temperaturgrenzen 1 und 2 ist auch die Schlußglühtemperatur, bei der die Sekundärrekristallisation beginnt, ebenfalls von Verunreinigungen und von sauerstoffaffinen Zusätzen, wie Aluminium, in der Schmelze abhängig. Insbesondere Aluminiumzusätze können die Sekundärrekristallisationstemperatur beträchtlich erhöhen.

Wählt man einen in den Figuren 1 und 2 nicht mehr dargestellten Schlußverformungsgrad von weniger als 88 % und ein T oberhalb 600⁰C, so erhält man nach der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge. Zur Herstellung von Bandkernen mit feinkörnigem isotropem Gefüge, die in den folgenden Beispielen 1 bis 3 erläutert werden soll, wurde folgendermaßen vorgegangen:

Die erschmolzene Legierung wurde auf eine Banddicke von etwa 7 mm heißgewalzt, dann auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann nach einer zweistündigen Zwischenglühung bei 1000⁰C auf 0,35 mm kaltgewalzt, anschließend 2 Stunden bei zwischengeglüht und schließlich auf 0,05 mm Dicke kaltgewalzt, wobei der Kaltverformungsgrad nach dem letzten Zwischenglühen 85,7 % betrug. Aus 15 mm breiten Bandstreif^en wurden dann Kingbandkerne mit einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm hergestellt. Diese wurden unter Wasserstoff schlußgeglüht und im Ofen abgekühlt. Anschließend wurden die Kerne einer Anlaßbehandlung im magnetischen Querfeld unterworfen, das mittels Dauermagneten an die Kerne angelegt wurde. Am fertigen Kern wurden folgende Größen gemessen:

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Mit einem ballistischen Verfahren die Induktion Br bei 5 A/cm (annähernd Sättigungsinduktion) und die Remanenz B ; die für Impulsbetrieb wichtige Abhängigkeit der Im-

1 4 Δ B A pulspermeabilität μ = · ^⁰ · ^Tg ^TOm

Ild 50

tionshub Δ B bei einer Impulsdauer von 50 \is und einer Impulsfolge von 20 ms; die TJmmagnetisierungsverluste P™ bei Aussteuerung bis 0,3 T mit einer Frequenz von 10 kHz.

Beispiel 1

Verwendet wurde eine Nickel-Eisen-Legierung mit 50,40 Gewichts-% Nickel, 0,39 Gewichts-% Mangan, 0,16 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen. Schlußgeglüht wurde 4 Stunden lang bei 95O⁰C. Zur Anlaßbehandlung wurde im magnetischen Querfeld zunächst auf 55O⁰C hocherhitzt, dann im Ofen mit etwa 200°C pro Stunde rasch auf eine Anlaßtemperatur von 480⁰C abgekühlt, bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gehalten und anschließend weiter im Ofen abgekühlt. Die Impulspermeabilität μ in Abhängigkeit vom Induktionshub /\ B zeigt Kurve 11 in Figur 3· Weitere Meßwerte finden sich ebenso wie die der folgenden Beispiele in der Tabelle.

Beispiel 2

Verwendet wurde eine Legierung nach Beispiel 1. Die Be-25. handlung unterschied sich von Beispiel 1 nur in der Anlaßtemperatur, die 460⁰C betrug, μ in Abhängigkeit von Δ Β zeigt Kurve 12 von Figur 3·

Beispiel 3

Es wurde ausgegangen von einer Nickel-Eisen-Legierung mit 47,55 Gewichts-% Nickel, 0,43 Gewichts-% Mangan, 0,15 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen. Der hergestellte Ringbandkern wurde bei 115O⁰C 4 Stunden lang unter Wasserstoff schlußgeglüht, anschließend ohne magnetisches Querfeld unter Wasserstoff auf 55O⁰C erhitzt, auf 500⁰C

abgekühlt und bei dieser Temperatur

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1 Stunde lang getempert und dann zum Einfrieren von Überschußleerstellen rasch, außerhalb des Oiens abgekühlt. Anschließend erfolgte eine 4-stündige Querfeldtemperung bei 4-00⁰C. μ in Abhängigkeit von Δ B zeigt Kurve 13 in BL-5 gur 3.

Wie Figur 3 und die in der Tabelle angegebenen Werte zeigen, lassen sich durch die Querfeldtemperung von Legierungen mit isotropem Gefüge bei einem Induktionshub von 10 1 T Impulspermeabilitäten zwischen 4000 und 5000 er- '' reichen.

Eine weitere Steigerung der Impulspermeabilität ergibt sich bei Legierungen mit anisotropem Gefüge, wie in den folgenden Beispielen erläutert werden soll.

Bei allen folgenden Beispielen wurde die erschmolzene Legierung zunächst bis zu einer Dicke von 7 mm heißgewalzt, dann auf eine Dicke von 0,05 mm kaltgewalzt. Teil-

weise wurde bei einer Dicke von 2,5 mm eine Zwischenglühung eingeschoben. Aus 15 mm breitem Band wurden dann wiederum Ringbandkerne mit einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm hergestellt, unter Wasserstoff schlußgeglüht und dann ebenfalls unter Wasserstoff in einem magnetischen Querfeld getempert. Gemessen wurden die gleichen Größen wie bei den Kernen mit isotropem Gefüge.

Beispiel 4

30 Verwendet wurde eine Mckel-Eisen-Legierung mit 50,40 Gewichts-% Nickel, 0,39 Gewichts-% Mangan, 0,16 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen. Das heißgewalzte Band wurde ohne Zwischenglühung von 7 mm auf 0,05 mm kaltgewalzt, was einer Schlußverformung von 99»3 % entspricht. Das Heißwalzen

35 vor dieser Schlußverformung ist einer Zwischenglühung bei

etwa 650⁰C gleich-

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- VP 78 P 9551 BED zusetzen . Der Ringbandkern wurde bei 1150°C 5 Stunden lang schlußgeglüht und hatte demnach ein sekundär rekristallisiertes Gefüge. Zur Anlaßbehandlung wurde zunächst auf 55O⁰C hocherhitzt, dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200⁰C pro Stunde im Ofen auf die Anlaßtemperatur von 480 C abgekühlt und nach 4-stündigem Tempern bei dieser Temperatur weiter im Ofen abkühlen gelassen
Figur 4.

gelassen, μ in Abhängigkeit von A B zeigt Kurve 21 in

Beispiel 5

Eine Legierung nach Beispiel 4 wurde nach dem Heißwalzen zunächst auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann bei 75O⁰C 2 Stunden lang zwischengeglüht, anschließend wurde mit einem Schluß verformungsgrad von 98 % auf 0,05 mm kaltgewalzt. Durch eine 5-stündige Schlußglühung des Eingbandkernes bei 1150⁰C wurde ein Gefüge mit bevorzugter (210) <Ό01^> -Lage erzeugt. Anschließend wurde der Kern auf 55O°C hocherhitzt dann auf 500⁰C im Ofen abgekühlt und 1 Stunde lang bei dieser Temperatur getempert. Durch schnelles Abkühlen außerhalb des Ofens wurden dann Überschußleerstellen eingefroren. Die anschließende 4—stündige Temperung im magnetischen Querfeld erfolgte bei 400⁰C. μ in Abhängigkeit von A B zeigt Kurve 22 in Figur 4.

Beispiel 6

Eine Legierung nach Beispiel 4 wurde nach dem Kaltwalzen auf 2,5 mm 2 Stunden lang bei 95O°C zwischengeglüht. Anschließend wurde auf 0,05 mm kaltgewalzt, was einem Schlußverformungsgrad von 98 % entspricht. Durgh fünf-

bei 1150 0 stündiges Schlußglühen des Bandkernes/wurde wiederum ein Gefüge mit bevorzugter (210)<001y>-Lage erzeugt, das eine geringere Korngröße als das Gefüge bei Beispiel 5 aufwies. Unter einem magnetischen Querfeld wurde dann

von 550^C
der Kern im Ofen/mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von

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G pro Stunde auf etwa 200⁰C und im Anschluß daran un kontrolliert abkühlen gelassen, μ in Abhängigkeit von & B zeigt Kurve 23 in Figur 4. Die gegenüber Beispiel 5 wesentlich erhöhte! Impulspermeabilitäten sind insbesonde 5 re auf die geringeren Korngrößen zurückzuführen.

Beispiel 7

Ein Bandkern wurde entsprechend Beispiel 6 hergestellt.

Der einzige Unterschied gegenüber Beispiel 6 bestand da-

10 rin, daß bei der Ofenabkühlung im magnetischen Querfeld mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 3O⁰C pro Stunde von 55O°C auf 200⁰G abgekühlt wurde, μ in Abhängigkeit von AB zeigt Kurve 24 in Figur 4. Gegenüber Beispiel 6 ergaben sich erhöhte Impulspermeabilitäten bei hohen In-

duktionshüben.

Beispiel 8

Eine Legierung gemäß Beispiel 4 wurde nach dem Heizwal zen auf 2,5 nun kaltgewalzt, dann bei 95O°C 2 Stunden lang zwischengeglüht und anschließend auf 0,05 mm kalt gewalzt. Durch eine 4-stündige Schlußglühung bei 95O°C wurde ein Gefüge mit bevorzugter Würfeltextur in WaIzrichtung erzeugt. Die Anlaßbehandlung im magnetischen Querfeld erfolgte derart, daß zunächst auf 55O°C hocherhitzt, dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200⁰C pro Stunde auf 430⁰C abgekühlt, 4 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten und schließlich weiter im Ofen abgekühlt wurde, μ
zeigt Kurve 25 in Figur 4.

Beispiel 9

Verwendet wurde eine Wickel-Eisen-Legierung mit 47,55 Gewichts-% Nickel, 0,43 Gewichts-% Mangan, 0,15 Gewichts-% Silizium, Rest Eisen. Nach dem Heizwalzen wurde zunächst auf 2,5 mm kaltgewalzt, dann 2 Stunden

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im Ofen abgekühlt wurde. μ in Abhängigkeit von /X B

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lang bei 75O⁰C zwischengeglüht und dann auf 0,05 mm kaltgewalzt. Durch einej 5-stündige Schlußglühung des Ringbandkernes/wurde ein Gefüge mit bevorzugter (210) <C,001^· -Lage erzeugt. Each der Schlußglühung wurde auf 55O°C hocherhitzt, dann auf 500⁰C abgekühlt, bei dieser Temperatur 1 Stunde lang getempert und anschließend zum Einfrieren von Überschußleerstellen schnell außerhalb des Ofens. abgekühlt. Daran schloß sich eine 4-stündige Querfeldtemperung bei 400⁰C an.
Δ Β zeigt Kurve 26 in Figur 4.

Querfeldtemperung bei 400⁰C an. μ in Abhängigkeit von

In der folgenden Tabelle sind eine Reihe von μ -Werten sowie die übrigen oben erwähnten Meßwerte für die Beispiele zahlenmäßig zusammengestellt. Außerdem enthält die Tabelle noch die Curietemperatur T , das Remanenzverhältnis B_r/B[- und den statischen Induktionshub

^Λ ^Bstat= V^Br·

Wie die Tabelle zeigt, lassen sich mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren Bandkerne herstellen, die bei einem Induktionshub von 1 T Impulspermeabilitäten über 10 000 und bei einem Induktionshub von 1,4 T noch Impulspermeabilitäten von 47ΟΟ aufweisen. Die Ummagnetisierungsverluste bei 0,3 T und 10 kHz sind zwar höher als bei der bekannten Legierung mit 61 bis 67 Gewichts-% Nickel, 2 bis 4 Gewichts-% Molybdän, Rest Eisen, wo sie nach einer Querfeldtemperung etwa 14 W/kg betragen. Sie sind jedoch für die technische Anwendung durchaus noch tragbar.
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Tabelle

σ co οο

ο ro co

Beispiel	(⁰C)	^B5	V^B5	AB_stat	μ für Δ Β	1,2T	=	1,3T	1,4T	^PFe	I
	470	(T)		(T)	1,0T	23ΟΟ			(W/kg)
1	470	1,5	0,17	1,26	4700	3500	27ΟΟ	-	28,5
2	450	1,5	0,08	1,39	4700	2000	-	-	33,0	I
3	47O	1,5	0,17	1,21	4500	6400	4800	29ΟΟ	29,0
4	47O	1,5	0,05	1,41	8300	5300	4200	3100	22,6
5	470	1,5	0,03	1,43	6700	8100	6000	4000	25,6
6 .	470	1,5	0,03	1,44	10400	7100	6100	47ΟΟ	21,8	-O
7	470	1,5	0,01	1,46	8200	47ΟΟ	4100	3400	21,8	00 •xl
8	450	1,5	0,05	1,41	5000	5200	4000	27ΟΟ	33,8
9	1,5	0,06	1,39	7000		22,8

VJI VJI

28H640

Vi

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Während die Hystereseschleifenbei Ringbandkernen aus der erwähnten "bekannten Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung verhältnismäßig flach verlaufen, sind sie bei den nach dem anmeldungsgemäßen "Verfahren hergestellten Kernen etwas steiler und insbesondere bei Bandkernen mit anisotropem Gefüge ähnlich einer Perminvarschleife in der Mitte eingeschnürt, so daß die Remanenz und die Koerzitivkraft verhältnismäßig klein sind.

Figur 5 zeigt eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 2 mit isotropem Gefüge. Figur 6 eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 7 Jait bevorzugter (210) <001,>--Lage und Figur 7 eine Hystereseschleife eines Kerns nach Beispiel 8 mit überwiegender Würfeltextur, also bevorzugter (100 X 001 >·-Lage. Alle Hystereseschleifen sind dynamisch bei 50 Hz in einem Magnetfeld in Umfangsrichtung des Kernes, also in Walzrichtung des Bandes, gemessen.

In den Figuren 6 und 7 ist die Wirkung der Überlagerung der magnetfeldinduzierten Vorzugsrichtung senkrecht zur Meßrichtung und der kristallographischen Textur mit Vorzugsrichtung in Meßrichtung an der Einschnürung der Hystereseschleifen deutlich zu erkennen. Bei geringer Aussteuerung wird die ümmagnetisierung im wesentlichen durch Drehprozesse gegen die uniaxiale Anisotropie K bestimmt, während bei höherer Aussteuerung offenbar überwiegend Blochwandverschiebungen auftreten. Die Form der Hystereseschleifen hängt von der Schärfe der kristallographischen Vorzugsrichtung in Meßrichtung, der Koerzitivfeldstärke des Materials und der eingeprägten magnetischen Vorzugsrichtung senkrecht zur Meßrichtung ab.

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Bei dem Kern nach Beispiel 8 ist, wie Figur 7 zeigt, in Überlagerung der bevorzugten Würfeltextur in Walzrichtung durch die 4—stündige Querfeldtemperung bei 4-3O°C eine verhältnismäßig starke Quervorzugsrichtung eingeprägt worden. Der Kern nach Beispiel 7 hat dagegen, wie Figur 6 zeigt, eine etwas geringere Koerzitivfeidstärke. Die Hystereseschleife ist stärker gerundet als die in Figur 7? da die (210) <^001^>-Textur eine geringere Schärfe hat als die Würfeltextur. Außerdem ist die Einschnürung der Hystereseschleife geringer, was darauf hindeutet, daß K bei der Querfeldtemperung nur verhältnismäßig schwach eingeprägt wurde. Die Impulspermeabilität bei einem Induktionshub von 1,2 T beträgt im Falle der Fig.6 7100, ist also die höchste von den drei Kernen, deren Hystereseschleifen dargestellt sind. Zum Erreichen einer besonders hohen Impulspermeabilität bei hohem Induktionshub ist es demnach wichtig, daß sowohl die Texturausbildung in Meßrichtung als auch die uniaxiale Anisotropie K quer zur Meßrichtung passend zueinander eingestellt wer-

20 den, wie dies aus den Beispielen ersichtlich ist.

Die nach dem anmeldungsgemäßen Verfahren hergestellten Bandkerne eignen sich für eine Vielzahl von Bauelementen, bei denen es auf hohe Impulspermeabilität bei hohem Induktionshub, nicht aber auf eine Konstanz der Impulspermeabilität in Abhängigkeit vom Induktionshub ankommt. Besonders geeignet sind die Bandkerne für Impulsübertrager, z.B. Zündübertrager oder Aussteuerungsübertrager für Schaltnetzteile, sowie für Thyristor-Schutzdrosseln im

30 unipolaren Betrieb. Ferner eignen sich die Bandkerne wegen ihrer noch verhältnismäßig geringen Verluste beispielsweise auch für Thyristor-Schutzdrosseln mit bipolarem Betrieb.

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Claims

J8JA54Q

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Bandkernen aus einer Legierung aus 45 Ms 53 Ge\iichts-% Nickel. Eest Eisen, einschließlich geringer Desoxydations- und Verarbeitungszusätze, wobei ein 0,01 bis 0,1 mm dickes Band aus der Legierung zu einem Bandkern gewickelt, dann einer wenigstens einstündigen Schlußglühung bei wenigstens 900⁰C unterzogen und dann in einem Magnetfeld einer Anlaßbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetfeld in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung des Bandes angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung mit

47 bis 52 Gewichts-% Nickel.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung mit

20 4-9 bis 51 Gewichts-% Nickel.

4-, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlußverformung vor und die Schlußglühung nach dem Wickeln des Kernes ein feinkörniges isotropes Gefüge erzeugt wird, wobei das Band vor der Schlußverformung auf eine Temperatur oberhalb der mit wachsendem Schlußverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht.

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38146«

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5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens 1 Stunde lang auf wenigstens 70O⁰C erwärmt wird und die Schlußverformung zwischen 80 und 90 % beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlußglühung zwischen 900 und 1250°C erfolgt.

10 7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß im Bandmaterial durch Erwärmung und Schlußverformung vor und Schlußglühung nach dem Wickeln des Kernes ein anisotropes Gefüge mit Vorzugsrichtung^001^>in Walzrich-

tung erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet , daß ein Gefüge mit einem Anteil von wenigstens 20 % in Vorzugsrichtung aus-20 gerichteter Kristallite erzeugt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlußverformung wenigstens 90 % beträgt und das Band vorher auf eine Temperatur oberhalb 600°C und urterhalb der mit wachsendem Schlußverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlußglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlußglühung zwischen 900 und 1050°C erfolgt.

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11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlußglühung zwischen 1050 und 1200⁰C erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß vor der Schlußverformung auf eine Temperatur oberhalb etwa 700⁰G erwärmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandkern zur Anlaßbehandlung im Magnetfeld wenigstens 30 Minuten lang in einem Temperaturbereich zwischen etvia 3OO C und der Curietemperatur des Bandmaterials

15 gehalten wird.

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