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Verfahren, um die für die Herstellung magnetischer Werkstücke verwendeten
Eisen-Kobalt-Legierungen in kaltem Zustande be- und verarbeitbar zu machen Wie bekannt,
eignen sich Eisen-Kobalt-Legierungen gut zur Herstellung von magnetischen Körpern
und Einrichtungen, in denen Flußdichten zwischen 14 000 und 25 ooo Gauß auftreten.
Am vorteilhaftesten sind unter derartigen Verhältnissen Legierungen, die etwa 5o1/0
Eisen und 50 01, Kobalt enthalten. Die Überlegenheit von Eisen-Kobalt-Legierungen
dieser Zusammensetzung 'über Eisen macht sich auch bei Flußdichten von weniger als
iooo Gauß bemerkbar; denn die Permeabilität der etwa 50% Eisen und So % Kobalt enthaltenden
Legierungen ist bei derartigen niedrigen Flußdichten etwa zwei- bis dreimal höher
als diejenige von stark ausgeglühtem Eisen.
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Magnetische Gebilde, die aus Eisen und Kobalt bestehen, werden in
der Praxis mit besonders großem Vorteil in Vorrichtungen verwendet, in denen kleine
magnetische Teile vorhanden sind. In Lichtventilen für Schallaufzeichnungs- und
Bildübertragungsvorrichtungen in Lautsprechern und in Schwerhörigengeräten werden
beispielsweise derartige kleine magnetische Teile als Polstücke verwendet. Eisen-Kobalt-Legierungen,
insbesondere diejenigen, die etwa So °/o Eisen und 5o'/, Kobalt enthalten, sind
spröde und die Bearbeitung derselben bei der Herstellung zweckmäßiger kleiner Körper
ist deshalb mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Es ist beispielsweise nicht
möglich, aus Platten, die die obenerwähnte Zusammensetzung haben, Teile auszustanzen,
ohne daß Sprünge oder Risse entstehen. Wenn aus Gußstücken Stangen oder Streifen
hergestellt werden sollen, muß das Werkstück heiß gewalzt werden, und während der
Walzbehandlung ist es notwendig, die Temperatur innerhalb bestimmter enger Grenzen
zu halten. Die HLrstellung kleiner Teile erfordert zur Erzielung günstiger Ergebnisse
Maßnahmen, die die Wirtschaftlichkeit der Herstellung beeinträchtigen. Bei der Herstellung
sehr kleiner Teile kann es beispielsweise notwendig sein, diese Teile mit Messing
zu bekleiden, um zu verhindern, daß sie zerbröckeln.
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Zweck der Erfindung ist, die Unkosten und Schwierigkeiten zu verringern,
die mit der Herstellung stark magnetischer Eisen-Kobalt-Legierungen verbunden sind,
die Dehnbarkeit derartiger Werkstücke zu erhöhen und ihnen eine derartige Beschaffenheit
zu geben, daß sie leichter als bisher bearbeitet werden können, ohne daß hierbei
die magnetischen Eigenschaften merkbar verschlechtert werden.
Es
ist vorgeschlagen .- worden, kleine Mengen, d. h. bis, etwa 2-°/ö=,-Mangan, einer
Eisen-Kobalt-Legierurig i zuzusetzen, und es wurde gefunden, daß-es schwieriger
wur@4;; den Werkstoff zu schmieden, wenn eine Vetringerung des Manganinhaltes stattfari
Ebenfalls ist vorgeschlagen worden, bis etwä' 3'/, Vanadium einer. Nickel-Eisen-Kupfer-Legierung
zuzusetzen, um den spezifischen Widerstand zu verbessern.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird, um die für die Herstellung magnetischer
Werkstücke verwendeten Eisen-Kobalt-Legierungen mit 3o bis 70°o Eisen und 3o bis
7o0% Kobalt in kaltem Zustand be- und verarbeitbar zu machen, diesen Werkstoffen
1,5 bis 4% Vanadium und gegebenenfalls ein geringer Prozentsatz Mangan (bis zu 30/,)
zugesetzt, und die Legierungen werden sodann rasch von einer hohen Temperatur, z.
B. 9oo° C, abgekühlt, indem sie. beispielsweise in Salzwasser und Eis abgeschreckt
werden. Darauf werden die Legierungen einer Hitze-Behandlung unterworfen, um die
magnetischen Eigenschaften derselben wieder herzustellen. Hierzu kann ein jedes
geeignetes bekanntes Verfahren benutzt werden.- Die Dauer dieser Behandlung und
die Behandlungstemperaturen sind von der prozentualen Zusammensetzung der Legierung,
der Eisenart und der Beschaffenheit, die man dem fertigen Erzeugnis geben will,
abhängig. Bei einer Legierung mit etwa 5Q'/"Eisen und 5o o/o Kobalt konnten beispielsweise
die magnetischen Eigenschaften durch Erhitzung auf iooo bis iioo° C im Laufe von
etwa einer Stunde wiederher-@estellt werden. Die beschriebene Behandlung verringert
die Sprödigkeit der Eisen-Kobalt-Legierungen in beträchtlichem Grade. Aus Platten
mit einer Stärke von a,5 mm, die nach dem neuen Verfahren hergestellt wurden, gelang
es, Ringe auszustanzen. Derartige Platten können auch zusammengeklappt oder rechtwinklig
gebogen werden, ohne daß Risse oder Sprünge entstehen. Es ist ebenfalls gelungen,
aus gewalzten Platten von 2,5 cm Breite und 0;075 mm Stärke Membrane für Fernsprecher
u. dgl. auszustanzen. .
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Die Mischungen werden vorzugsweise bei einer Temperatur gegossen,
die so niedrig wie möglich gehalten wird, aber selbstverständlich so hoch sein muß,
daß der Werkstoff verflüssigt wird. Bevor das Gußstück heiß gewalzt wird, wird es
etwa 3 Stunden auf einer Temperatur von iooo° C gehalten. Nach zwei Durchgängen
durch die Walzen bei iooo° C, wobei - die Stärke bei jedem Durchgang um o,635 mm
verringert wird, wird die Platte etwa 5 Minuten auf einer Temperatur von iooo° C
gehalten, um die Temperatur wiederherzustellen. Diese Behandlung wird fortgesetzt,
bis die Stärke der .,,Bleche etwa 2,54 mm beträgt. Auf dieser Belä@ dlungsstufe
ist der Werkstoff spröde und ht bearbeitbar. Wenn die Bleche gestanzt Mcl gebogen
werden sollen, ist eine besondere 1W ärmebehandlung erforderlich.
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Die Bleche werden in einen Ofen gebracht, in dem eine Temperatur von
900° C -I- 5 ° C herrscht und etwa 5 Minuten bzw. so lange in diesem gehalten, daß
die Bleche für die Dauer von einer Minute die Temperatur von 900° C -f- 5 ° C annehmen.
Die Höhe der Temperatur kann mittels eines Thermoelementes festgestellt werden,
das direkt auf die Bleche aufgesetzt wird. Die- Bleche werden darauf aus dem Ofen
entfernt und so rasch wie möglich in Salzwasser und Eis abgeschreckt. Die besten
Erzeugnisse werden erzielt, wenn das Abschrecken dreimal wiederholt wird. Diese
Behandlungsweise wird verwendet, wenn der Vanadiumzusatz 2 % beträgt. Bei
höherem Vanadiuminhalt, z. B. 3/" ist es nicht notwendig, die Behandlung so genau
zu kontrollieren. Die Temperatur kann zwischen 850' C und 9,5o° C schwanken,
und der Werkstoff braucht nur einmal abgeschreckt zu werden. Bei einem Vanadiuminhalt
von i bis 0',5 % ist es von größter Wichtigkeit, daß eine bestimmte Temperatur genau
innegehalten wird, und daß der Werkstoff dreimal abgeschreckt wird. Es wird angenommen,
daß das für- Alpha-Kobalt eigentümliche sechseckige, dichtgedrängte Kristallgefüge
durch die Hitzebehandlung in ein kubisches Gefüge umgewandelt wird. Es hat sich
gezeigt, daß ein dünnes Band, das auf eine Stärke von 0,15:241M11 oder weniger ausgewalzt
ist, in freier Luft genügend rasch abgeschreckt wird, insbesondere bei einem höheren
Vanadiuminhalt (z. B. etwa 3"/,) .
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Wenn die Bleche der beschriebenen Hitzbehandlung unterworfen sind,
können sie ausgestanzt und durch Biegen zu Platten mit rechtwinklig abstehenden
Ohren oder zu Körpern anderer Gestalt umgeformt werden, die in elektromagnetischen
Apparaten Verwendung finden können. Auf dieser Behandlungsstufe haben die Platten.
aber noch schlechte magnetische Eigenschaften, und sie müssen ,deshalb, nachdem
sie in die gewünschte Form gebracht worden sind, einer noch zu beschreibenden weiteren
Wärmebehandlung unterworfen werden; um die magnetischen Eigenschaften zu entwickeln.
Durch diese Behandlung wird der Werkstoff wieder spröde und kann nicht weiterbearbeitet
werden; aber dies ist von untergeordneter Bedeutung, da die Körper ja schon ihre
endgültige Form erhalten haben.
Der Zusatz von Vanadium hat, insbesondere
wenn nur Mengen bis zu 201, verwendet werden, so gut wie keinen Einfluß auf die
endlichen magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes, da die Permeabilität entweder
überhaupt nicht oder nur um einen geringen Betrag herabgesetzt wird. Außerdem wird
der spezifische Widerstand der Eisen-Kobalt-Legierungen durch den Zusatz von 2'/,
Vanadium ganz beträchtlich erhöht, und Zusätze in anderen Mengen als 2°/° bewirken
entsprechende Erhöhungen des spezifischen Widerstandes. Eine Legierung aus 491/,
Eisen, 49 °/° Kobalt und 2 °/° Vanadium hat beispielsweise einen spezifischen Widerstand,
der etwa 27 Mikrohm je cm' beträgt und somit etwa dreimal so hoch ist wie derjenige
der Eisen-Kobalt-Legierung ohne Vanadium. Durch die Erhöhung des spezifischen Widerstandes
werden die Wirbelstromverluste verringert, wenn der magnetische Werkstoff einem
Wechselstromfluß ausgesetzt wird.
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Der Zusatz von Vanadium ist nicht nur vorteilhaft bei Legierungen,
die aus annähernd 500/, Eisen und annähernd 5o °/° Kobalt bestehen, sondern bei
allen Legierungen, die 3o bis 7o0/, Eisen und 3o bis 7o °/° Kobalt enthalten. Die
besten Ergebnisse werden aber mit Legierungen erzielt, in denen Eisen und Kobalt
in annähernd gleichen Mengen vorhanden sind.
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Die handelsüblichen magnetischen Werkstoffe gemäß der Erfindung enthalten
außer Eisen, Kobalt und Vanadium noch Verunreinigungen in kleinen Mengen, beispielsweise
Manganrückstände, die von dem zur Entoxydation der Schmelze benutzten Mangan herrühren
und in Mengen von weniger als 0,501,
vorhanden sind. In Werkstoffen dieser
Art sind ferner Bruchteile eines Prozentes von Nickel vorhanden.
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Magnetische Werkstoffe der beschriebenen Zusammensetzung wurden zwecks
Entwick-Jung ihrer magnetischen Eigenschaften in verschiedener Weise mit Erfolg
behandelt. Ein leicht ausführbares Verfahren besteht darin, den in einen Topf gefüllten
Werkstoff in einem elektrischen Ofen eine Stunde einer Temperatur von goo bis looo°
C auszusetzen und es darauf im Topf auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen, ohne
den Topf aus dem Ofen zu entfernen. Dieses Verfahren kann auch in der Weise abgeändert
werden, daß man die Hitzebehandlung bei den obenerwähnten Temperaturen in Vakuum
oder in einer Wasserstoffatmosphäre durchführt. Es hat sich gezeigt, daß eine geringe
Verbesserung der Permeabilität -erzielt wird, wenn der Werkstoff eineri-Zusatzbehandlung
unterworfen wird, bei der man ihn eine Viertelstunde auf etwa 60o° C wiedererhitzt,
darauf auf -eine Kupferplatte bringt und in freier Luft auf Raumtemperatur
abkühlen läßt. Die durch diese zusätzliche Behandlung erzielten Vorteile scheinen
aber nicht wesentlich zu sein.
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Folgende Beispiele sollen noch kurz - angegeben werden: Ein Werkstoff,
der nach Analyse - aus 48,61/" Eisen, 49,251/" Kobalt, I,93'/" Vanadium, 0,r70/°
Nickel und o,33°/° Mangan bestand, wurde in Vakuum für die Dauer von einer Stunde
einer Temperatur von looo° C ausgesetzt und darauf im Ofen gekühlt. Nach der Behandlung
hatte dieser Werkstoff eine Anfangspermeabilität von 570, eine höchste Permeabilität
von 2 i70 bei H = 6, einen Hysteresisverlust in Erg je cm3 (für eine Schleife größter
Flußdichte von 5250) von 14o6, eine Flußdichte zwischen 21 goo und 2a 40o
Gauß bei H = 5o und einen spezifischen Widerstand von 24,5 Mikrohm j e cm3.
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Ungefähr die gleichen Ergebnisse wurden für ein Material ermittelt,
das etwa 3q.0/0 Eisen, 63 01o Kobalt, r,9 % Vanadium, o,71 Mangan und als Rest Verunreinigungen
enthielt, und auch für andere Werkstoffe ähnlicher Zusammensetzung. Ein Werkstoff,
welcher 49,1o °/° Eisen, 48,88,°/° Kobalt, 1,53'/, Vanadium und 0,42/, Mangan enthält,
hatte bei H = 5o eine Flußdichte von mehr als 23 ooo. Die Anfangspermeabilität dieser
Werkstoffe ist im allgemeinen höher als 60o, in vielen Fällen sogar 85o.