DE591160C - Die Verwendung einer Eisen-Aluminium-Arsen-Legierung - Google Patents

Description

• Die Verwendung einer Eisen-Aluminium-Arsen-Legierung Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Legierungen für die Herstellung von elektrischen Apparaten.
• Es sind Eisen-Silicium-Legierungen als Kernmaterial für elektrische Apparate; wie Transformatoren, verwendet worden. Wenn aber mehr als 4°/a Silicium verwendet wurde, so wird die Legierung brüchig und läßt sich schwer walzen und ausstanzen. Infolgedessen ist die verwendbare Siliciummenge beschränkt. Es ist jedoch wesentlich für die Herstellung von magnetischen Werkstoffen, daß diese einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, so daß , die Wirbelstromverluste klein werden. Es sind auch Eisen-Aluminium-Legierungen verwendet worden, weil Aluminium sehr wirkungsvoll den elektrischen Widerstand eines Eisens vergrößert; aber da die Menge dieses Elementes, die sich dem Eisen beigeben läßt, infolge von Schwierigkeiten bei der Schmelzung beschränkt ist, sind Eisen und Aluminium enthaltende Legierungen mit den erwünschtesten magnetischen Eigenschaften schwer durch wirtschaftliche Verfahren herstellbar.
• Die Hauptaufgabe der Erfindung ist die Erzeugung einer geschmeidigen (duktilen) Legierung, die einen hohen elektrischen Widerstand und niedrige elektrische Kernverluste aufweist. Sie besteht darin, daß eine magnetische Legierung erzeugt wird, die Eisen als größere Bestandteilmengen sowie Aluminium und Arsen als kleinere Bestandteihnengen enthält.
• Bei der Ausführung der Erfindung wird das Eisen in einem metallurgischen Ofen, z. B. einem elektrischen Induktionsofen, geschmolzen, der auf einer Temperatur von etwa 1425 bis z6oo ° C gehalten wird. Bei dieser Temperatur kann Arsen dem geschmolzenen Eisen entweder als metallisches Arsen oder Ferroarsen beigegeben werden, oder es kann dadurch eingeführt werden, daß man einen Strom von Arsendampf oder Arsenhydridverbindungen in das geschmolzene Eisen einleitet.
• Nach Auflösung des Arsens im. geschmolzenen Eisen wird Aluminium beigegeben, und zwar entweder als reines Aluminium oder als eine Eisenlegierung des Aluminiums. Es können zwar auch Arsen und Aluminium dem geschmolzenen Eisen zu gleicher Zeit beigegeben werden, doch ist es vorzuziehen, das Arsen dem Eisen vor Beigabe des Aluminiums zuzufügen, weil gefunden wurde, daß dann etwaige Oxyde im geschmolzenen Eisen mit dem Arsen sich zu Arsenoxyden verbinden, die sich bei den herrschenden Temperaturen verflüchtigen und entfernt werden, so daß sehr wenig Sauerstoff verbleibt, der mit dem Aluminium in Reaktion eintreten könnte. Bei gleichzeitiger Zugabe von Arsen und Aluminium zum geschmolzenen Eisen ist wesentlich, daß das geschmolzene Eisen zuvor sorgsam durch Zugabe einer kleinen Menge eines Desoxydationsmittels, wie Kohlenstoff, Silicium oder Calcium-Silicium-Verbindungen, desoxydiert wird.
• Die in der beschriebenen Weise erzeugte Legierung kann dann in Barren beliebiger Gestalt gegossen und dann zu Stäben oder Blechen in üblicher Weise ausgewalzt werden.
• Die Mengen des zugefügten Arsens und Aluminiums hängen von den erstrebten magnetischen und mechanischen Eigenschaften ab. Sie schwanken zwischen o,= bis 6°/, Arsen und o,= bis 12°/o Aluminium.
• Die Menge des verwendeten Arsens hängt von Sättigungswert, Permeabilität, Kernverlust und Widerstandsziffer für die Legierung ab und auch von der Menge des verwendeten Aluminiums. Braucht man einen hohen Sättigungswert, so ist eine kleine Menge, z. B. nicht über o,5 °/,, ausreichend. Die Wirkung des Arsens in derLegierung ist eine Herabsetzung des Schmelzpunktes des Eisens und Erhöhung seiner Dünnflüssigkeit und damit ein Ausgleich für die Wirkung des Aluminiums, das das Bestreben hat, die Legierung im geschmolzenezi Zustand sehr zähflüssig zu machen. Wenn weniger als 0,i°/0 Arsen verwendet wird, so hat es keine merkliche Einwirkung auf den Schmelzpunkt des Eisens. Werden mehr als 60/, benutzt, so können aus der Legierung hergestellte Bleche nur mit großer Schwierigkeit gewalzt werden, weil die Einzelplatten während des Walzens in Stapelform aneinanderbacken.
• Zweckmäßig verwendet man o,25 bis 30/0 Arsen zur Erzeugung einer Legierung mit wertvollen magnetischen Eigenschaften. Es kann auch eine Legierung mit hohem elektrischem Widerstandsvermögen und geringem Kernverlust in den Grenzen von o,2 bis 6°/, Arsen erzeugt werden.
• Die Menge des verwendeten Aluminiums hängt allgemein von dem verlangten elektrischen Leitvermögen ab. Die Brüchigkeit und die Widerstandsziffer der Legierung wachsen mit dem Aluminiumgehalt. Es zeigte sich bei weniger als o,=°/, Aluminium keine merkliche Einwirkung auf die physikalischen und magnetischen Eigenschaften der Legierung, während bei mehr als i2 °/, die Legierung so brüchig wird,' daß sie sich praktisch nicht schmieden läßt. Legierungen mit einem Gehalt von o,= bis 6°/, Aluminium zeigten hohe Widerstandsziffer und zufriedenstellende physikalische Eigenschaften. Vorzugsweise werden 2 bis q.°/, Aluminium verwendet. Eine Legierung mit einem Gehalt von Arsen und Aluminium in den angegebenen Grenzen ist. dehnbar (duktil) und nicht porös; sie ist im geschmolzenen Zustand sehr flüssig und läßt sich leicht gießen.
• Ist die Legierung in der geschilderten Weise gegossen und gewalzt, so wird sie dann zwecks Verbesserung der magnetischen Eigenschaften geglüht. Ein geeignetes Glühverfahren besteht darin, daß man die Walzbleche auf Temperaturen von goo bis 1400' C in der Luft, in einer neutralen Atmosphäre oder in Wasserstoff für i bis 48 Stunden erhitzt und dann im Ofen kühlt.
• Für die Herstellung von lamellierten Kernen für elektrische Apparate, wie Transformatoren, ist es vorzuziehen, das Blech in der Luft, in einer neutralen Atmosphäre oder in Wasserstoff während mehrerer Tage auf einer Temperatur von goo bis 400' C zu glühen. Der Werkstoff wird dann im Ofen gekühlt und die Lamellen werden ausgestanzt, wonach der Werkstoff für die gleiche Zeitdauer bei einer Temperatur von 70o bis 80o ° C geglüht wird.
• Die.bevorzugte Legierung hat bei geeigneter Vergütungsbehandlung ganz außerordentlich gute magnetische Eigenschaften; beispielsweise zeigte eine Legierung mit 2,19°/o Aluminium und 2,1q.0/, Arsen, Rest reines Eisen in Gestalt von gewalztem Blech-einen Kernverlust von annähernd =,o Watt/kg bei einer Induktion von =o ooo Gauß bei 6o Perioden/Sek. Die physikalischen und elektrischen Eigenschaften einer Legierung dieser Zusammensetzung, die zu Blech ausgewalzt. und ausgeglüht war, ergibt die nachfolgende afel: Die verwendeten magnetischen Legierungen sind Eisen-Silicium-Legierungen-wegen ihrer größeren Dehnbarkeit und geringen Brüchigkeit überlegen. Sie besitzen weiter höhere magnetische Permeabilität, höheren Widerstand und geringeren Kernverlust als diese. Da sie außerdem nicht so hart sind, wie Eisen-Silicium-Legierungen,. werden die Ausstanzvorgänge erleichtert und dadurch die Lebensdauer der Stanzwerkzeuge verlängert.
• Da weiter Arsen als Reinigungsmittel der im flüssigen Zustand befindlichen Legierung «wirkt, weil es reit den Oxyden und nichtmetallischen Einflüssen Verbindungen bildet, die entfernt werden, ist die Überlegenheit der verwendeten Legierung noch erhöht. Aluminium ist ein wichtiger Bestandteil der verwendeten Legierung, weil Bleche aus Eisen-Arsen-Legierungen allein das Bestreben haben, aneinander anzubacken, wenn mehrere in Gestalt von Paketen in heißem Zustand gewalzt werden.
• Die angegebenen Beispiele sollen nicht als Beschränkungen der Erfindung aufgefaßt werden. Es ist klar, daß die Legierung auch eine kleine Menge von Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Silicium, Schwefel, Phosphor oder Phosphorverbindungen, enthalten kann.
• Wünschenswert ist jedoch, daß die Menge von magnetisch schädigenden Verunreinigungen unter o,o2 °/° beträgt. Es kann Elektrolyt-Eisen oder ein hochwertiges Handelseisen verwendet werden. Andere Verunreinigungen können vorhanden sein, vorausgesetzt, daß sie nicht magnetisch schädigend wirken.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung einer praktisch kohlenstofffreien Legierung mit o,1 bis 12% Aluminium, o,1 bis 60/0 Arsen, Rest Eisen zur Herstellung von Gegenständen, die großen elektrischen Widerstand und niedrige Wattverluste aufweisen sollen, wie Transformatorenblechen.
2. 2. Die Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch i, in welcher Arsen und Aluminium in praktisch gleicher Menge, z. B. je etwa 2,150/0, vorhanden sind, für den Zweck nach Anspruch i.
3. 3. Die Verwendung einer praktisch kohlenstoffireien Legierung mit o,1 bis 60/0 Aluminium, o,5 bis q.°/° Arsen, Rest Eisen für den Zweck nach Anspruch i. q.. Die Verwendung einer Legierung mit 2 bis q.0/0 Aluminium, 0,25 bis 30/0 Arsen, Rest Eisen für den Zweck nach Anspruch i.