DE659885C

DE659885C - Verfahren zur Erhoehung der Remanenz und des Kurvenfuellfaktors von aus zerkleinertem, haertbarem Stahlwerkstoff zusammengepressten Dauermagneten

Info

Publication number: DE659885C
Application number: DED71578D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Zumbusch
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1935-11-29
Filing date: 1935-11-29
Publication date: 1938-05-16

Description

Es ist bekannt, Dauermagnete beliebiger Form dadurch zu erzeugen, daß zerkleinerte Dauermagnetwerkstoffe mit oder ohne Verwendung von Bindemitteln zusammengepreßt werden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die aus harzigen oder ähnlichen Stoffen bestehenden Bindemittel zu verflüssigen und die erforderliche Form durch Gießen herzustellen.

Derart hergestellte Dauermagnete haben den Nachteil, daß selbst bei Anwendung hoher Preß drücke von 4 t und mehr je Quadratzentimeter nur Körper hergestellt werden können, die eine erheblich geringere spezifische Dichte aufweisen als der verwendete Magnetwerkstoff. Die Folge hiervon ist, daß die Magnete, auf die Querschnittseinheit berechnet,eine verhältnismäßig geringeRemanenz besitzen und einen verschlechterten Füllfaktor der Entmagnetisierungskurve aufweisen, so daß eine nennenswerte Minderung ihres nutzbaren magnetischen Energieinhaltes beobachtet wird. Die Koerzitivkraft bleibt als Nullwert von der Dichte der Packung und damit von der Art des Herstellungsverfahrens unabhängig.

Für einen Dauermagneten ist es aber wesentlich, daß insbesondere der Kurvenfüllfaktor, ausgedrückt
n= -RSThT' möglichst

durch die Gleichung

ist und daß

groß

außerdem die Remanenz einen möglichst hohen Wert besitzt, da, abgesehen vom Werte der Koerzitivkraft, gerade von der Höhe der Remanenz und von der Größe des Kurvenfüllfaktors der Betrag der spezifischen magnetischen Nutzenergie je Kubikzentimeter des Werkstoffes abhängt.

Es mußten bisher somit für die Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Werkstoff eine Reihe von Dauermagnetwerkstoffen ausscheiden, und zwar diejenigen, deren Betrag an spezifischer magnetischer Energie je Kubikzentimeter so gering ist, daß sie infolge der bei der Herstellung von Magneten aus zerkleinertem Werkstoff zwangsläufig eintretenden Verminderung des Energieinhaltes nach dem Zerkleinern und. Formgeben als Dauermagnetwerkstoff nicht mehr anzusprechen sind.

Zweck der Erfindung ist es, auch derartige Werkstoffe für die Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Werkstoff geeignet zu machen und darüber hinaus Werkstoffe, die auf Grund des ihnen innewohnenden verhältnismäßig hohen Energieinhaltes

*) Von dem Patentsucher ist ah der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Wilhelm Zumbusch in Krefeld,

auch als Dauermagnet aus zerkleinertem Werkstoff noch günstige Werte zeigen, so zu verbessern, daß, bezogen auf den fertigen Magneten, geringere Querschnitte und geringere Rauminhalte als bisher möglich sind. Hierdurch wird erreicht, daß Magnete aus zerkleinertem Werkstoff' beispielsweise auch dann verwendet werden können, wenn nur verhältnismäßig geringer Raum für die Unterbringung des Magneten vorgesehen werden kann oder Gewichtsfragen eine wesentliche Rolle spielen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der zu zerkleinernde, zur Herstellung eines Magneten mit oder ohne Bindemittel vorgesehene Dauermagnetwerkstoff einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Diese Wärmebehandlung wird durchgeführt, ehe die einzelnen Teilchen des Dauermagnet-Werkstoffes zerkleinert werden. Handelt es sich um einen bindemittelfreien Magneten, so kann die Wärmebehandlung auch während des Preßvorganges durchgeführt werden.

Zweck der Wärmebehandlung ist es, den Kurvenfüllfaktor und die Remanenz und damit den Energieinhalt des fertiggepreßten Magneten zu verbessern, wodurch zwangsläufig die anzustrebenden Querschnittsverringerungen u. dgl. erzielt werden. Von geringerer Bedeutung ist es, daß infolge dieser Wärmebehandlung gleichzeitig meist eine geringe Verschlechterung der Koerzitivkraft eintritt, weil dadurch nur eine mäßige Vergrößerung der an sich meist geringen Magnetstablängen erforderlich wird.

Es ist zwar bekannt, feste Dauermagnetwerkstoffe einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, die den Zweck hat, den Energieinhalt des Werkstoffes zu erhöhen, d.h. also die Remanenz zu steigern und den Kurvenfüllfaktor zu vergrößern. Diese bekannten und allgemein üblichen, aus Erhitzen, Abschrecken und gegebenenfalls Anlassen bestehenden Wärmebehandlungen sollen keine Anwendung finden; vielmehr soll gemäß der Erfindung die ebenfalls aus Abschrecken von erhöhten Temperaturen und gegebenenfalls Anlassen bestehende Wärmebehandlung so geleitet werden, daß die Wirkung der nachträglichen Zerkleinerung des Ausgangswerkstoffes auf die Remanenz und den Kurvenfüllfaktor durch diese Vorbehandlung ausgeglichen wird. Derartige Wärmebehandlungsmaßnahmen sind für Magnete, die in festem, nicht zerkleinertem Zustand verwendet werden, weder üblich noch bekannt. Für Massekerne, die aus zerkleinertem Werkstoff hergestellt werden, sind Wärmebehandlungen vorgeschlagen worden. Massekerne werden indes aus magnetisch weichem Werkstoff hoher Permeabilität hergestellt, so daß bezüglich der Wärmebehandlung gänzlich andere Gesichtspunkte beobachtet werden müssen, als dies für die Behandlung der magnetisch harten Dauermagnetwerkstoffe verhältnismäßig geringer Permeabilität erforderlich ist.

Grundsätzlich, unterscheidet man zwei verschiedene Arten von Dauermagnetwerkstoffen für die Herstellung gepreßter Magnete, und zwar die Gruppe der auf der sog. Kohlenstoff-Stahlhärtung beruhenden Magnetwerkstoffe — Dauermagnetstähle — und die Gruppe der aushärtbaren Dauermagnetlegierungen. Gemäß/der Erfindung werden beide Werkstoffgruppen einer Wärmebehandlung unterwor- fen, die in jedem Falle zu dem oben dargelegten Ergebnis führt. Die Wärmebehandlung unterscheidet sich für die beiden Gruppen infolge ihrer verschiedenen Beschaffenheit,

Gemäß der Erfindung werden die Dauermagnetstähle einer Erhitzung mit nachfolgendem schroffem Absehrecken unterworfen. Es ist zwar bekannt, daß zur Erzielung besonderer magnetischer Eigenschaften die auf der Kohlenstoffstahlhärtung beruhenden Dauermagnetwerkstoffe einem Erhitzen und Abschrecken unterworfen werden. Die Abkühlungsgeschwindigkeit mußte jedoch für feste Magnete so eingestellt werden, daß der Magnetwerkstoff rißfrei, maßhaltig und verzugfrei blieb. Es sind daher immer nur verhältnismäßig mildwirkende Abschreckmittel, wie Luft, Preßluft, Öl u. dgl., verwendet worden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Abschrecken von Glühtemperatur unter Anwendung von schroff wirkenden Abschreckmitteln, wie wässerige Lösungen, Wasser, Kältemischungen u.dgl., mit größtmöglicher Geschwindigkeit durchgeführt. Die Glühtemperatur wird in Abhängigkeit von der Zu- too sammensetzung des jeweiligen Dauermagnetwerkstoffes gewählt und liegt in den Grenzen von 875 bis 975° C, Gegebenenfalls können die abgeschreckten Magnete noch einer Anlaßbehandlung unterworfen werden, beispielsweise Erwärmen auf 100 bis 200⁰ C, wodurch in an sich bekannter Weise eine gewisse Erhöhung der Remanenz bei gleichzeitig gewisser Erniedrigung der Koerzitivkraft erzielt wird. ■ ■

Die auf der Ausscheidungshärtung beruhenden Dauermagnetlegierungen werden gemäß der Erfindung von Temperaturen abgeschreckt, die möglichst an der oberen Grenze des Temperaturgebietes der Mischkristallbildung liegen. Das Abschrecken selbst soll so schroff wie möglich sein, und zweckmäßig werden hierzu Abschreckmittel, wie Öl, -wäßrige Lösungen, Wasser, Kältemischungen u, dgl.., verwendet. - Der Zweck einer derartigen Behandlung ist, die Übersättigung· des Mischkristalls auf den höchst-

möglichen Wert zu bringen und während der Abkühlung auf Raumtemperatur jegliche Ausscheidung zu unterdrücken. Zur Erzielung der Ausscheidung des übersättigt gelösten Anteiles, durch welchen die magnetischen Eigenschaften der Legierung hervorgerufen werden, muß die Legierung angelassen werden, je nach der Zusammensetzung des Werkstoffes auf Temperaturen bis etwa

ίο 750° C. Ein Wärmebehandlungsverfahren für ausscheidungshärtungsfähige Magnetlegierungen, gemäß welchem ein Abschrecken und Anlassen vorgenommen wird, ist an sich bekannt. Die Abschreckgeschwindigkeiten mußten aber für die festen Magnete bedeutend geringer sein, da sonst unerwünschte Erscheinungen, wie. Rissigkeit, Abweichung von gewünschten Maßen, Verziehen u. dgl., nicht zu vermeiden waren.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Auswirkung der Wärmebehandlung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar gilt dies sowohl für Dauermagnetwerkstoffe auf der Grundlage der Kohlenstoffstahlhärtung als auch für aushärtbare Magnetwerkstoffe.

Auf der Waagerechten ist die Koerzitivkraft und auf der Senkrechten die Remanenz aufgetragen. Die Entmagnetisierungskurve 1 gilt für einen Dauermagnetwerkstoff, der in üblicher Weise zur Erzielung der äußerst erreichbaren Koerzitivkraft unter Verzicht auf den Höchstwert der Remanenz und des Kurvenfüllfaktors wärmebehandelt ist. . Wird ein derartiger Werkstoff zerkleinert und aus diesem zerkleinerten Werkstoff ein Dauermagnet hergestellt, so erhält diei Entmagnetisierungskurve etwa die Form nach 2. Bei gleichbleibender Koerzitivkraft hat sich die Remanenz vermindert, und gleichzeitig weist die Entmagnetisierungskurve einen abgeflachten Verlauf auf, d. h. der Kurvenfüllfaktor η ist gesunken. Wird die Magnetlegierung, die zur Herstellung des aus zerkleinertem Werkstoff bestehenden Dauermagneten dienen soll, einer Wärmebehandlung gemäß der Erfindung unterworfen, so erhält die Entmagnetisierungskurve, bezogen auf den festen Zustand, die Form nach 3, d. h. die Koerzitivkraft ist gesunken, während die Remanenz sich erhöht hat, wobei gleichzeitig die Kurve eine kräftige Aufbauchung aufweist, d. h. einen günstigen Kurvenfüllfaktor η zeigt. Ein aus derartig behandeltem zerkleinertem Werkstoff hergestellter Dauermagnet zeigt dann eine Kurvenform gemäß 4. Die Remanenz liegt über demjenigen Wert, den der gleiche zerkleinerte Dauermagnetwerkstoff bei üblicher Härtung (Kurve 2) aufweist.

Die Kurve 4 ist ferner stärker aufgebaucht als die Kurve 2, woraus sich ergibt, daß der Werkstoff einen größeren Kurvenfüllfaktor besitzt. Der durch die Wärmebehandlung erzielte Werkstoff gemäß der Kurve 3 ist somit in hervorragender Weise geeignet zur Herstellung von Dauermagneten aus zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff, da die Remanenz und der Kurvenfüllfaktor in einer Weise verändert sind, die dem durch das Zusammenpressen einzelner kleiner Teilchen hervorgerufenen Absinken dieser Werte wirksam entgegengerichtet ist. Demgegenüber fällt der bewußte Verzicht auf einen gewissen Betrag der erreichbaren Höchstwerte der Koerzitivkraft nicht ins Gewicht.

Im nachfolgenden werden einige Ausführungsbeispiele für das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben. .

i. Bei Verwendung eines üblichen Kobaltstahls mit etwa folgender Zusammensetzung:

i°/₀ Kohlenstoff,
5% Chrom,
SV, Wolfram,
i°/o Molybdän,
35% Kobalt

zur Herstellung eines gepreßten Magneten zeigt der fertige Magnetkörper ohne Anwendung der Wärmebehandlung gemäß der Erfindung folgende Werte:

Remanenz

Koerzitivkraft

Kurvenfüllfaktor η

Spezifischer Energieinhalt.

5600 bis 6400 Gauß

230 - 270 Örsted
0,30
18 000 Erg/cm³.

Wenn die gleiche Legierung vor der Herstellung der endgültigen Magnetform von

930 bis 960° C in Wasser, wässerigen Lö-

Remanenz

Koerzitivkraft

Kurvenfüllfaktor η

Spezifischer Energieinhalt.

sungen oder Kältemischungen abgeschreckt wird, zeigt der fertige Preßmagnet folgende Werte:

bis 7300 Gauß

- 230 Örsted

.'.... 0,35
.... 21000 Erg/cm³.

2. Eine aushärtbare Nickel-Aluminium-Eisen-Magnet-Legierung mit

22 bis 25 °/₀ Nickel, . ..

io - i4°/o Aluminium

5 ergibt ohne Vorbehandlung gemäß der Erfindung einen Preßmagneten mit folgenden Werten:

Remanenz 3800 bis 4000 Gauß

Koerzitivkraft 420 - 500 Örsted

Kurvenfüllfaktor η 0,27 ■ ■ -

¹⁰ Spezifischer Energieinhalt... 19000 Erg/cm³.

Wendet man bei der gleichen Legierung vor der Herstellung des Preßmagneten folgende Wärmebehandlung an: Abschrecken von 1250 bis 1325⁰ C, d. i. etwa die oberste Grenze des Mischkristallraumes, in kaltem Öl, Wasser, wässerigen Lösungen und nachfolgendes Anlassen auf 625 bis 700° C während ¹J₂ bis 1 Stunde, so zeigt der Preßmagnet folgende Werte:

Remanenz 5700 bis 6200 Gauß

Koerzitivkraft 250 - 300 Örsted

Kurvenfüllfaktor, ?j 0,36

Spezifischer Energieinhalt 23 500 Erg/cm³.

3. Bei Verwendung einer aushärtbaren Nickel-Aluminium-Eisen-Legierung mit Kupfer- und Kobaltzusätzen etwa folgender Zusammensetzung:

24 bis 27°/₀ Nickel,

10 - 14% Aluminium,

4 - 6°/₀ Kupfer,

4 - 6°/₀ Kobalt

ohne eine Vorbehandlung gemäß der Erfindung zur Herstellung von Preßmagneten hat der fertige Preßmagnet folgende Güte-

ziffern:

Remanenz 3500 bis 4000 Gauß

Koerzitivkraft 600 - 700 Örsted

Kurvenfüllfaktor η o,26 ·

Spezifischer Energieinhalt........ 25 000 Erg/cm³.

Bei Anwendung der Wärmebehandlung gemäß der Erfindung dagegen, nämlich nach Abschrecken von 1250 bis 1325⁰C in Wasser, wässerigen Lösungen, Kältemischungen, notfalls auch in eisgekühltem Öl und nachfolgendem Anlassen auf 625 bis 700⁰ C während V₂ bis ι Stunde, ergeben sich für den fertigen Preßmagneten folgende Werte:

Remanenz .,. 4900 bis 5600 Gauß

Koerzitivkraft. 325 - 375 Örsted

Kurvenfüllfaktor η 0,37

Spezifischer Energieinhalt..;. 27 000 Erg/cm³.

Es ist ersichtlich, daß sowohl bei den aushärtbaren Legierungen als auch bei den Stahllegierungen, die der Kohlenstoffstahlhärtung unterliegen, eine wesentliche Verbesserung des Kurvenfüllfaktors und eine wesentliche Steigerung des Energieinhaltes - durch die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung hervorgerufen wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Erhöhung der Remanenz und des Kurvenfüllfaktors von aus zerkleinertem, durch Abschreckung härtbarem Stahlwerkstoff zusammengepreßten Dauermagneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff vor seiner Zerkleinerung durch Eintauchen in wässerige Lösungen, Wasser, Kältemischungen o. dgl. von in Abhängigkeit von der Zusammensetzung zu wählenden, zwischen 875 bis 975⁰ C liegenden Temperaturen schroff abgeschreckt sowie gegebenenfalls bei Temperaturen von 100 bis 200⁰ C angelassen wird.
2. Verfahren zur Erhöhung der Remanenz und des Kurvenfüllfaktors von aus zerkleinerten ausscheidungshärtbaren Ausgangswerkstaften zusammengepreßten

Dauermagnetlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswerkstoff vor seiner Zerkleinerung von möglichst nahe an der oberen Grenze des Gebietes der., Mischkristallbildung liegenden Tempera.·*';, türen in Öl, wässerigen Lösungen, Wasser, Kältemischungen o. dgl. schroff abgeschreckt und anschließend zur Erzielung der Ausscheidungshärtung entsprechend hoch angelassen wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen