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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.