DE654349C - Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Kernen - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Kernen

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DE654349C
DE654349C DEA67035D DEA0067035D DE654349C DE 654349 C DE654349 C DE 654349C DE A67035 D DEA67035 D DE A67035D DE A0067035 D DEA0067035 D DE A0067035D DE 654349 C DE654349 C DE 654349C
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Germany
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nickel
iron
copper
alloys
cooling
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DEA67035D
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Dr Otto Dahl
Dr Joachim Pfaffenberger
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AEG AG
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AEG AG
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001Heat treatment of ferrous alloys containing Ni

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Description

  • Verfahren zurVerbesserung der magnetischen Eigenschaften von Kernen Im Patent 632 ogo ist ein Verfahren geschützt, welches auf der Feststellung beruht, daß kompaktem Legierungsmaterial durch bestimmte Kaltreckung eine Stabilität der Permeabilität verliehen werden kann, wie man sie bisher nur durch feine Aufteilung in Massekerne erreichen zu können glaubte. In weiteren Untersuchungen hat sich alsdann herausgestellt, daß bestimmte Legierungszusätze bei Eisen-Nickel-Legierungen zu magnetischen Materialien führen, bei denen durch ein und denselben Arbeitsgang, nämlich durch die für die Stabilität günstigste Kaltverformung, gleichzeitig eine genügend geringe Hysterese erhalten wird.
  • Der technische Wert dieser Materialien ging daraus hervor, daß der als Gütefaktor gegebene Ausdruck 1; (Güteziffer für Verwendung als Pupinspulenkern) bis auf Werte von 6-2 gesenkt werden konnte.
  • Die weitere eingehende Untersuchung dieser Legierungen, insbesondere der kupferhaltigen Materialien, hat gezeigt, daß die Eigenschaften nicht nur von der Zusammensetzung und der Art der Kaltbearbeitung, sondern außerdem in starkem Maße von der thermischen Vorbehandlung abhängig sind. Die Nutzbarmachung dieser Erkenntnis ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Das gesamte Verfahren zur Herstellung des stabilen Materials besteht in folgenden Arbeitsgängen z. Schmelzen, Gießen und Verformen der Gußknüppel durch Schmieden, Heiß- und Kaltwalzen auf die vorletzte Dicke; 2. Glühen der auf vorletzte Dicke ausgebrachten Bänder, Streifen oder Drähte bei Temperaturen, die durch erhöhte Löslichkeit des Zusatzstoffes gekennzeichnet sind, Abkühlen mit bestimmter Geschwindigkeit, z. B. durch Abschrecken im Wasser, Abkühlen an der Luft oder durch langsames Erkalten im Ofen, bei schneller Abkühlung evtl. nochmaliges Anlassen auf mittlere Temperatur von etwa 350 bis 6oo°; 3. Verformen des Materials auf die Enddicke durch Kaltverformung, wobei zur Erreichung der gewünschten Stabilität und Hysterese der Verformungsbetrag im allgemeinen mehr als 50 % Dickenverminderung betragen soll, gegebenenfalls Anlassen des Materials, sei es in Bandform oder nach Anfertigung des Kernes bei Temperaturen bis, zu etwa 2o0°, um Spannungen zu beseitigen-oder zeitabhängige Alterungsvorgänge auszulösen.
  • Die erste und die dritte Verfahrensmaßnahme stimmen mit den im Hauptpatent 632- ogo angegebenen überein. Als neue kommt die zweite Verfahrensstufe, nämlich die besondere Durchführung der Wärmebehandlung, hinzu. Die Bedeutung dieser Maßnahme für die in Frage kommenden Eigenschaften ist wohl darin zu suchen, daß in den Legierungen Umwandlungsvorgänge oder besondere Löslichkeitsverhältnisse vorherrschen. Als ungünstig für den hier vorliegenden Verwendungszweck muß anscheinend der bei gewöhnlicher Temperatur vollkommen stabile Zustand bezeichnet werden. Diesen erhält man z. B. bei sehr langsamer Abkühlung von Legierungen mit hohem Kupfergehalt. Besser geeignet ist der vollkommen instabile Zustand, wie man ihn durch Abschrecken in Wasser herbeiführt. Die günstigsten Eigenschaften werden aber, zumal wenn ohne Rücksicht auf die Höhe der Anfangsperm-a.bilität der geringste Wert des Faktors angestrebt wird, dann erreicht, wenn ein Zwischenzustand zwischen dem vollkommen instabilen und dem stabilen Zustand herbeigeführt wird. Dieses kann erreicht werden durch entsprechend gewählte Abkühlungsgeschwindigkeit, z. B. Luftabkühlung bei hochprozentigen Legierungen, 'langsame Abkühlung bei niedriglegierten Materialien oder aber durch Anlassen der schnell abgekühlten Legierungen auf niedrige Temperatur von etwa 350 bis 6oo°. Wie man sieht, sind die Arbeitsgänge je nach Legierungszusammensetzung, je nachdem welche Eigenschaften erreicht werden sollen, sehr veränderlich. In der Praxis wird sich das angewendete Verfahren weitgehend der vorhandenen Glühvorrichtung anpassen können. Als am einfachsten und mit größter Sicherheit durchführbar wird man schnelle Abkühlung mit nachherigem Anlassen bezeichnen müssen. Diese spezielle Behandlung soll aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein.
  • Die Wirkung der beschriebenen Wärmebehandlung ist aus den beiliegenden Abbildungen zu ersehen. Sämtliche Legierungen, deren Eigenschaftswerte dort aufgetragen sind, sind im kalt verformten Zustande (go °/o Dickenverminderung) geprüft.
  • Die Abb. 1, 2, 3 und 4 geben für die auf der Grundlegierung aus 36 Nickel und 64 Eisen durch Zusatz von steigenden Mengen Kupfer aufgebauten ternären Materialien die charakterisierenden magnetischen Konstanten, nämlich Hysterese, Anfangspermeabilität, den 4usdruck und die Instabilität s in I- Abhängigkeit von den Kupferzusätzen bei 4fiwendung verschiedener Abkühlungsmöglichkeiten wieder. Die Glühtemperatur betrug in allen Fällen iooo°, die Glühdauer betrug stets i Stunde. Nach dem Glühen und Abkühlen wurden die Legierungen bis zu einer Dickenverminderung von go ojo kalt verformt.
  • Aus den Kurven ergibt sich beispielsweise, daß eine derartige Legierung mit i 1111' Kupfer, für die eine möglichst große Anfangspermeabilität bei erträglichen Werten der Hysterese gefordert wird, in Wasser abzukühlen ist; denn die im Ofen abgekühlten Legierungen besitzen zwar eine etwas höhere Anfangspermeabilität, aber eine nicht mehr tragbare Hysterese. Handelt es sich bei der gleichen Legierung darum, einen möglichst niedrigen Wert des Gütefaktors zu erzielen, so wird man eine Abkühlung an der Luft wählen. Eine Legierung mit weniger als etwa 81/, Kupfer wird zur Erzielung eines günstigen Wertes von lt, zweckmäßig im Ofen gekühlt.
  • Jede der Abb. 5, 6, 7 und 8 zeigt, wie die Eigenschaften der Hysterese bzw% der Anfangspermeabilität, des Ausdrucks lt" und der Instabilität von drei Legierungen mit g, 11 und 13"/, Kupfer (Grundlegierung :4o Nickel, 6o Eisen) verändert werden, wenn man die auf iooo° in Wasserstoff erhitzten und in Wasser abgekühlten Legierungen i Stunde lang anläßt, ehe sie einer go o%oigen Dickenverminderung durch Kaltbearbeitung unterworfen werden.
  • Die Abbildungen zeigen z. B., daß eine Legierung mit g °/o Kupfer durch istündiges Anlassen nach dem Abschrecken die günstigsten Werte bei etwa 5oo bis 6oo° erhält, und auch für die Legierungen mit i i und 13"/o Kupfer lassen sich die günstigsten Anlaßtemperaturen den zugehörigen Kurven leicht entnehmen; dabei wird man, j e nachdem welcher Eigenschaft für den Verwendungszweck die größte Bedeutung beikommt, u. U. verschiedene Anlaßtemperaturen wählen.
  • Während in den soeben besprochenen Abbildungen der Einfluß der Anlaßtemperatur bei konstant gehaltener istündiger Glühdauer festgehalten ist, ist in den Abb, g, io, i i und 1z der Einfluß der Anlaßdauer auf Hysterese. Anfangspermeabilität, den Ausdruck - und die Instabilität s bei zwei verschiedenen Anlaßtemperaturen wiedergegeben. Man sieht z. B., daß durch ein etwa 2stündiges Erhitzen auf q.50° hinsichtlich des Wertes ungefähr die gleiche Wirkung erzielt wird wie durch istündiges Erhitzen bei 55o°. Es ergibt sich ferner für dieses Beispiel, dem eine Legierung mit i i % Kupfer (Grundlegierung 40 Nickel, 6o Eisen) zugrunde liegt, daß durch 2stündiges Erhitzen bei 55o° der Wert ho noch vermindert wird, während die Stabilität sich nicht erheblich ändert. Bei diesen Legierungen handelt es sich um solche, die 2 Stunden lang auf iooo° in Wasserstoff geglüht und in Wasser abgekühlt worden find, ehe sie der aus den Abbildungen ersichtlichen Wärmebehandlung unterworfen und alsdann in Luft abgekühlt und bis zu 9o0/, Dickenverminderung kalt bearbeitet sind.
  • Im vorstehenden wurden die Einwirkungen einer planmäßigen Wärmebehandlung an Legierungen gezeigt, die sich auf den Grundlegierungen mit 36 Nickel und 64 Eisen bzw. 40 Nickel und 6o Eisen aufbauten. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß gleiche oder ähnliche Ergebnisse auch für Legierungsreihen mit einem Nickelgehalt der Grundlegierung von etwa 3o bis 700/, vorliegen. Dabei gilt die Regel, daß der Einfluß der Glühbehandlung sich bei um so geringerem Kupfergehalt bemerkbar macht, je geringer der Nickelgehalt der Legierungen ist. Bei höheren Nickelgehalten, z. B. 650[, Nickel, liegt die Grenzkonzentration bei etwa 120/0 Kupfer.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Kernen nach Patent 632 090, dadurch gekennzeichnet, daß die vor der letzten Kaltverformung vorgenommene Wärmebehandlung je nach dem Vorrang der gewünschten magnetischen Eigenschaften in vorher bestimmter Weise erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i zur Erzielung eines möglichst geringen Wertes des Ausdruckes bei Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen mit einem Verhältnis von Eisen zu Nickel, wie etwa 6o-64.40-36, und einem Gehalt an Kupfer von über 90/,, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer mäßig raschen Abkühlung (etwa entsprechend der Abkühlung in Luft) von einer Temperatur über 70o° C besteht.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i zur Erzielung eines möglichst geringen Wertes des Ausdruckes bei Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen mit einem Verhältnis von Eisen zu Nickel von 60-64:40-36 und einem Gehalt an Kupfer von unter 9 0j0, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einer langsamen Abkühlung, entsprechend der Abkühlung im Glühofen selbst, von einer Temperatur von über 700° C besteht. q..
  4. Verfahren nach Anspruch i zur Erzielung einer möglichst hohen Anfangspermeabilität bei mäßig hohen Werten von ho bei Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen mit einem Verhältnis von Eisen zu Nickel, wie etwa 60-6q. : q.0-36, und einem Gehalt an Kupfer von vorzugsweise über 90%, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Abschrecken von einer Temperatur über 700° C besteht.
  5. 5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 bis q. auf Eisen-Nickel-Kupfer-Legierungen mit höherem Nickelgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Ansprüchen 2 bis q. angegebene Kupfergehalt von 90/, bei Legierungen mit höherem Nickelgehalt ebenfalls höher ist und bei Legierungen mit einem Verhältnis von Eisen zu Nickel, wie 35 :65, etwa 120/0 beträgt.
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