DE4422870C1 - Eisen-Nickel-Legierung mit besonderen weichmagnetischen Eigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung beschreibt einen Werkstoff einer Eisen-Nickel- Legierung mit etwa 48% Nickel mit besonderen weichmagnetischen Eigenschaften, die durch Einstellung einer Gefügestruktur mit einer bestimmten Texturverteilung nach einer Wärmebehandlung erreicht werden.

Es ist bekannt, daß bei den Eisen-Nickel-Legierungen mit Nickel­ gehalten zwischen etwa 40 und 65% durch Einstellung von Texturen mit Vorzugsrichtung ⟨100⟩ in Walzrichtung, wie die Würfeltextur oder die (210)⟨100⟩-Textur, bestimmte magnetische Eigenschaften erreicht bzw. positiv beeinflußt werden können (F. Pfeifer, Gefüge der Metalle, Deutsche Gesellschaft für Metallkunde e.V., Oberursel (1981), S. 293 ff.). Dies ist dadurch möglich, daß bei den Eisen- Nickel-Legierungen mit mittleren Nickelgehalten die Würfelkante ⟨100⟩ des kubisch flächenzentrierten Gitters magnetische Vor­ zugsrichtung ist.

Bereiche für die Würfeltextur (100) ⟨001⟩ und für die (210)⟨001⟩- Textur sind durch den Endumformungsgrad und der Zwischenglüh­ temperatur, bzw. der hierdurch erzielten Korngröße vor der letzten Kaltumformung, nach abschließender Schlußglühbehandlung bestimmt. Diese Abhängigkeit der Gefügestruktur ist schematisch in Abb. 1 beschrieben.

Zunächst bildet sich bei Endumformungsgraden bis etwa 80% nach der Schlußglühbehandlung durch Primärrekristallisation ein fein­ körniges isotropes Korngefüge aus, wobei die Korngröße im allge­ meinen mit ansteigender Schlußglühtemperatur und mit steigendem Endumformungsgrad zunimmt. Bei Endumformungsgraden größer als 80% und, wenn die Schlußglühtemperatur nicht zu hoch ist - etwa zwischen 900 und 1050°C - und nicht zu langen Haltezeiten, bildet sich die Würfeltextur (100) ⟨001⟩ aus, deren Schärfe mit steigendem Endum­ formungsgrad und fallender Zwischenglühtemperatur zunimmt. Ab einer gewissen höheren Schlußglühtemperatur ab etwa 1080°C bei ausreichend langer Verweildauer bei dieser Temperatur setzt die Sekundärre­ kristallisation ein, die die Würfellage zerstört. Die Schlußglüh­ temperatur, bei der die Sekundärrekristallisation beginnt, ist u. a. von Verunreinigungen und von sauerstoffaffinen Zusätzen abhängig. Im allgemeinen erhöhen diese die notwendige Schlußglühtemperatur. Auch wird hierdurch der Bereich hinsichtlich des Endumformungs­ grades und der Zwischenglühtemperatur, in der Sekundärrekristalli­ sation stattfinden kann, beeinflußt. Dieser Bereich geeigneter Zwischenglühtemperaturen und Umformungsgraden entspricht dem der Würfeltextur, da diese Voraussetzung für die Sekundärre­ kristallisation ist. In einem bestimmten eingeengten Bereich bilden sich durch Wachstumauslese bei der Sekundärrekristallisation bevorzugt Körner mit der Orientierung (210) ⟨001⟩ aus. Bei höheren Umformungsgraden bildet sich Grobkorn aus.

In Tabelle 1 sind charakteristische magnetische Eigenschaften für Werkstoffe im Stande der Technik mit einem Nickelgehalt von etwa 48% mit den oben beschriebenen Gefügestrukturen im Ver­ gleich zu dem erfindungsgemäßen Werkstoff für die Banddicke 0,20 mm aufgeführt.

Tabelle 1 Charakteristische magnetische Eigenschaften einer Eisen-Nickel-Legierung mit etwa 48% Nickel in den Zu­ ständen der beschriebenen Gefügestrukturen für einen Werkstoff im Stande der Technik im Vergleich zu den Eigenschaften des erfindungsgemäßen Werkstoffs in der Banddicke 0,20 mm. Magnetische Werte sind bei 50 Hz gemessen

Der erfindungsgemäße Werkstoff erreicht im Vergleich zu Werk­ stoffen im Stande der Technik insbesondere bei höheren Feld­ stärken - beispielsweise = 200 mA/cm - wesentlich höhere Werte für die Flußdichte B bei gleichzeitig noch relativ hohen Anfangspermeabilitäten. Diese Werte werden durch einen gezielten Fertigungsweg erreicht, dadurch, daß durch einen bestimmten Endumformungsgrad und einer bestimmten Zwischenglühtemperatur nach abschließender Wärmebehandlung an Banddicke 0,20 mm eine bestimmte Verteilung an Texturkomponenten im primären Gefüge eingestellt wird.

Anhand von gemessenen {111} Polfiguren wird für jede Texturkompo­ nente, die jeweils durch die Eulerwinkel (ϕ1, Φ, ϕ2) beschrieben werden, der Mengenanteil genannt und hierdurch der erfindungsge­ mäße Werkstoff charakterisiert (Tabelle 2).

Tabelle 2

Mengenanteil M für jede Texturkomponente, die jeweils durch die Eulerwinkel (ϕ1, Φ, ϕ2) beschrieben werden, ermittelt aus gemessenen {111} Polfiguren an unter­ schiedlich wärmebehandelten Proben der Banddicke 0,20 mm, wodurch der erfindungsgemäße Werkstoff durch zwei Texturverteilungen A und B charakterisiert wird

Der erfindungsgemäße Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Wärmebehandlung an einer Probe der Banddicke 0,20 mm die Mengenanteile der Texturkomponenten mit den Eulerwinkeln (ϕ1, Φ, ϕ2) = (0, 0, 0) und (ϕ1, Φ, ϕ2) = (26, 45, 30) 20 bis 50% bzw. 10 bis 40% betragen (Charakterisierung A). Mit einer Wärme­ behandlung von z. B. 1080°C bei einer Haltezeit von 4 Stunden, die einer längeren stationären Glühung angelehnt ist, kann diese Texturverteilung erzielt werden.

Wie die Abb. 2 verdeutlicht, besitzt der erfindungsgemäße Werkstoff dahingehend Vorteile, da auch die hohen Werte für die Flußdichte B bei mittleren und höheren Feldstärken auch bei relativ niedrigen Schlußglühtemperaturen und bei relativ kurzen Glühzeiten erreicht werden, weil die Sekundärrekristallisation in diesem Fall nicht notwendige Voraussetzung für die beschriebenen guten mag­ netischen Eigenschaften ist. In diesem Fall, d. h. nach einer Wärme­ behandlung, die einer kurzen Durchlaufglühung angelehnt ist, wird an einer Probe der Banddicke 0,20 mm der erfindungsgemäße Werkstoff dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenanteile der Texturkomponenten mit den Eulerwinkeln (ϕ1, Φ, ϕ2) = (0, 0, 0), (ϕ1, Φ, ϕ2) = (26, 45, 30) und (ϕ1, Φ, ϕ2) (30, 35, 35) 10 bis 40%, 5 bis 25% und 10 bis 25% betragen (Charakterisierung B). Diese Textur­ verteilung kann z. B. durch eine Wärmebehandlung von 1060°C bei einer Verweildauer von 20 Minuten an einer Bandprobe der Dicke 0,20 mm erzielt werden.

Der erfindungsgemäße Werkstoff, dessen chemische Zusammensetzung in der Tabelle 3 aufgeführt ist, ist besonders für kurze Wärme­ behandlungen in Durchlauföfen bei relativ niedrigen Temperaturen geeignet. Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Werkstoff die für Eisen-Nickel-Legierungen höchste Sättigungsflußdichte von etwa 1,55 T.

Tabelle 3

Zwei Beispiele für die chemische Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Werkstoffs W in Masseprozent

Die meisten der in Tabelle 3 aufgeführten Elemente im Bereich bis 0,1% sind übliche erschmelzungsbedingte Beimengungen. Ihr Gesamtgehalt sollte unter 0,5% liegen. Die Elemente mit mehr als 0,1%, das sind Mn, Si, Mo, sollten begrenzt werden auf max. 0,1% Mn, max. 0,5% Si, max. 1% Mo.

Claims (3)

1. Weichmagnetischer Eisen-Nickel-Werkstoff mit 46-49% Nickel, Rest im wesentlichen Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einer Wärmebehandlung an einer Bandprobe der Dicke 0,20 mm eine Texturverteilung aufweist, bei der von gemessenen {111} Polfiguren die Mengenanteile der Texturkomponenten mit den Eulerwinkeln (ϕ1, Φ, ϕ2) = (0, 0, 0) 20 bis 50% und (ϕ1, Φ, ϕ2) = (26, 45, 30) 10 bis 40% betragen.

2. Weichmagnetischer Eisen-Nickel-Werkstoff mit 46 bis 49% Nickel, Rest im wesentlichen Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einer Wärmebehandlung an einer Bandprobe der Dicke 0,20 mm eine Texturverteilung aufweist, bei der von gemessenen {111} Polfiguren die Mengenanteile der Texturkomponenten mit den Eulerwinkeln (ϕ1, Φ, ϕ2) = (0, 0, 0) 10 bis 40%, (ϕ1, Φ, ϕ2) = (26, 45, 30) 5 bis 25% und (ϕ1, Φ, ϕ2) = (30, 35, 35) 10 bis 25% betragen.

3. Weichmagnetischer Eisen-Nickel-Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich dadurch gekennzeichnet ist, daß bei magnetischen Feldstärken = 120 mA/cm und höher die magnetische Flußdichte höhere Werte als 1100 mT aufweist, gemessen nach einer Schlußglühbehandlung an M42-Kernblechpaketen der Banddicke 0,20 mm bei einer Frequenz von 50 Hz.