DE69802078T2 - Hochfeste, duktile, weichmagnetische Co-Fe-C-Legierung - Google Patents

Hochfeste, duktile, weichmagnetische Co-Fe-C-Legierung

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weichmagnetische Legierungen und insbesondere eine Cobalt-Eisen- Kohlenstoff-Legierung (Co-Fe-C-Legierung), die eine einzigartige Kombination von Streckgrenze, Duktilität und magnetischer Induktion im geglühten Zustand liefert.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Magnetlager kommen immer häufiger in mit hoher Geschwindigkeit und hoher Leistung rotierenden Vorrichtungen, wie Verdichtern und Generatoren für Flugzeuge, zum Einsatz. Magnetlager stellen einen bevorzugten Ersatz für Kugellager dar, da sie eine äußerst geringe Rotationsreibung liefern und bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten, z. B. ≥ 50.000 UpM, betrieben werden können. Darüber hinaus sind Magnetlager von sich aus schon sicherer als Kugellager, da sie keine Schmieröle benötigen. Derartige Schmiermittel können sich beim Betrieb der rotierenden Vorrichtungen in einer Umgebung mit erhöhter Temperatur entzünden.
  • Zur Herstellung von Band, das zu Blechen für die in Magnetlagern verwendeten Rotoren gefertigt wird, sind bereits eine Legierung mit einer nominalen Zusammensetzung aus 49% Cobalt, 2% Vanadium, Rest Eisen und eine Legierung mit einer nominalen Zusammensetzung aus 49% Cobalt, 0,35% Tantal, Rest Eisen zur Anwendung gekommen. Andere Komponenten von Magnetlagern haben jedoch vergleichsweise größere Querschnitte, wie Drucklagerscheiben, Laufzapfen und Rotorwellen. Diese Teile müssen aus massivem Werkstoff geschmiedet werden, der nicht nur gute weichmagnetische Eigenschaften, z. B. hohe magnetische Induktion und geringe Koerzivität, sondern auch gute Schmiedbarkeit und Duktilität liefert. Trotz ihrer guten magnetischen Eigenschaften liegen die bekannten Legierungen, die gleiche Mengen an Cobalt und Eisen und gegebenenfalls ein oder mehrere zusätzliche Elemente enthalten, nach dem Glühen in einem nahezu völlig geordneten Zustand vor und sind daher bei Raumtemperatur verhältnismäßig spröde.
  • Aufgrund dieses Nachteils sind sie zur Verwendung bei der Herstellung von Teilen mit großem Querschnitt unerwünscht.
  • Eine bekannte Co-Fe-Legierung hat die folgende nominale Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
  • Gew.-%
  • Kohlenstoff 0,01
  • Mangan 0,25
  • Silicium 0,25
  • Nickel 0,60
  • Cobalt 27,00
  • Chrom 0,60
  • Eisen Rest
  • Diese Legierung wird unter der Bezeichnung HIPERCO® Alloy 27 vertrieben. Die Legierung liefert eine gute Schmiedbarkeit und weist eine hohe Sättigungsinduktion und eine gute Duktilität im geschmiedeten Zustand auf. Die Legierung geht bei Raumtemperatur nicht leicht in den geordneten Zustand über. Ihre Raumtemperatur- Streckgrenze, die im Bereich von 240 bis 380 MPa (34,8 bis 55,1 ksi) liegt, wird jedoch als zu gering für Magnetlageranwendungen erachtet.
  • In Ermangelung einer weichmagnetischen Legierung mit geeignet hoher Streckgrenze und Duktilität war man in der Magnetlagertechnik für Teile mit größerem Querschnitt auf die Wahl von Legierungsstählen oder martensitaushärtbaren Stählen beschränkt. Derartige Stähle liefern zwar eine gute Streckgrenze, lassen aber im Hinblick auf ihre magnetischen Eigenschaften viel zu wünschen übrig. Wegen ihrer verhältnismäßig geringen magnetischen Induktion müssen aus derartigen Legierungen gefertigte Magnetlagerteile eine vergleichsweise größere Werkstoffmenge enthalten, was zu einer Zunahme des Gewichts der Magnetlager führt. Ein derartiges überhöhtes Gewicht ist für in Flugzeugen verwendete Vorrichtungen besonders unerwünscht.
  • In der US-A-3,600,162 wird eine durch gute Hochtemperatur-, weichmagnetische und Festigkeitseigenschaften gekennzeichnete Legierung beschrieben, die im wesentlichen aus 0,05-0,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 10-35 Gewichtsprozent Cobalt, 0,2-1,0 Gewichtsprozent Chrom, 0,2-1,0 Gewichtsprozent Molybdän, 0,15-2,0 Gewichtsprozent Vanadium und Rest im wesentlichen Eisen besteht.
  • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt eine weichmagnetische Legierung mit den folgenden allgemeinen, intermediären und bevorzugten Zusammensetzungen in Gewichtsprozent:
  • Bei dem Rest handelt es sich um Eisen und übliche Verunreinigungen, die in den gleichen oder ähnlichen Qualitäten derartiger Legierungen anzutreffen sind.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gemäß einem anderen Aspekt ein magnetischer Gegenstand aus einer weichmagnetischen Legierung, die im wesentlichen aus max. 0,05 Gewichtsprozent, vorzugsweise max. 0,02 Gewichtsprozent, Eisen, max. 0,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,5 Gewichtsprozent Silicium, max. 1,0 Gewichtsprozent Chrom, max. 1,0 Gewichtsprozent Nickel, max. 0,25 Gewichtsprozent Molybdän, 14-28 Gewichtsprozent Cobalt, max. 0,1 Gewichtsprozent Vanadium, max. 0,1 Gewichtsprozent Niob, max. 0,1 Gewichtsprozent Wolfram und Rest Eisen und übliche Verunreinigungen besteht. Der magnetische Gegenstand weist eine aufgekohlte Mantelschicht mit der gleichen Zusammensetzung wie der Kern, aber mit einem höheren Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,50%, vorzugsweise 0,1 bis 0,50%, auf.
  • Hier und in der gesamten Anmeldung ist unter "Prozent" oder "%" Gewichtsprozent zu verstehen, sofern nicht anders vermerkt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden näheren Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Aufrißansicht einer erfindungsgemäßen Drucklagerscheibe und
  • Fig. 2 eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht der Drucklagerscheibe gemäß Fig. 1 entlang der dort eingezeichneten Linie 2-2.
  • Nähere Beschreibung
  • Die erfindungsgemäße Legierung enthält mindestens 0,05% und vorzugsweise mindestens 0,1% Kohlenstoff, was für die Streckgrenze der Legierung vorteilhaft ist, was in erster Linie auf einen mischkristallverfestigenden Effekt zurückzuführen ist. Ein zu hoher Kohlenstoffgehalt beeinträchtigt die Duktilität der Legierung und ihre magnetische Induktion, insbesondere bei schwachen Magnetfeldern. Daher ist der Kohlenstoffgehalt auf höchstens 0,5% und vorzugsweise höchstens 0,25% begrenzt. Die beste Kombination von Streckgrenze und magnetischen Eigenschaften ergibt sich bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,22 bis 0,24%.
  • In dieser Legierung liegen mindestens 14%, insbesondere mindestens 15% und vorzugsweise mindestens 22% Cobalt vor, da es zu der von der Legierung gelieferten guten magnetischen Induktion beiträgt. Cobalt ist außerdem für die Streckgrenze der Legierung vorteilhaft. Für Luft- und Raumfahrtanwendungen, bei denen das Gewicht einen kritischen Faktor darstellt, ist ein Gehalt von mindestens 24% Cobalt bevorzugt, damit sich ein hohes Verhältnis von magnetischer Flußdichte zu Gewicht einstellt. Wenngleich die magnetische Sättigungsinduktion der Legierung mit größeren Cobaltmengen besser ist, ändert sich die magnetische Induktion bei schwächeren Magnetfeldern, z. B. 2387 A/m (30 Oe) mit Erhöhung der Cobaltmenge nicht wesentlich. Daher liefert ein Cobaltgehalt von 14 bis 20% eine annehmbare Kombination von Streckgrenze und magnetischer Induktion für Landanwendungen, bei denen das Gewicht keinen wesentlichen Faktor darstellt.
  • Die Anwesenheit einer zu hohen Cobaltmenge in dieser Legierung führt zu zumindest teilweiser Ordnung, was die Raumtemperaturzähigkeit der Legierung beeinträchtigt. Die beste Kombination von magnetischen Eigenschaften, Zähigkeit, Streckgrenze und Duktilität ergibt sich bei einem Cobaltgehalt von höchstens 28% und vorzugsweise höchstens 27%.
  • Zur Verbesserung anderer wünschenswerter Eigenschaften kann die Legierung auch noch zusätzliche Elemente in kontrollierten Mengen enthalten. So können beispielsweise in der Legierung kleine Mengen an Mangan und Silicium aus desoxidierenden Zusätzen zurückbleiben. Mangan und Silicium sind, sofern sie vorliegen, in dieser Legierung auf jeweils höchstens 0,5% begrenzt. In der Legierung können Chrom und Nickel jeweils in einer Menge von bis zu 1,0% vorliegen, was für den Widerstand der Legierung vorteilhaft ist. In dieser Legierung können Vanadium, Niob und/oder Wolfram zur Kornverfeinerung jeweils in Mengen von bis zu 0,1% vorliegen, was die Duktilität der Legierung verbessert und zur Erhaltung guter magnetischer Eigenschaften beiträgt. Die Mengen an Vanadium, Niob und Wolfram sind jedoch so zu regulieren, daß die übermäßige Bildung von Carbiden, durch die die magnetischen Eigenschaften dieser Legierung beeinträchtigt werden können, vermieden wird. Die Legierung kann zur Bildung von Carbiden, die das Kornwachstum bei Einwirkung von hohen Temperaturen auf die Legierung, wie z. B. bei einer Glühwärmebehandlung, begrenzen, eine auf bis zu 0,25% beschränkte Menge an Molybdän enthalten. Wenngleich eine kleine Menge an Carbiden zur Beschränkung des Kornwachstums vorteilhaft sein kann, ist eine allzu große Menge derartiger Carbide in der in Rede stehenden Legierung nicht erwünscht.
  • Der Rest der Legierung besteht aus Eisen, abgesehen von den in handelsüblichen Qualitäten von für einen ähnlichen Verwendungszweck vorgesehenen Legierungen anzutreffenden üblichen Verunreinigungen. Die Gehalte derartiger Elemente müssen so reguliert werden, daß sie die gewünschten Eigenschaften nicht beeinträchtigen. So sind beispielsweise Phosphor und Schwefel jeweils auf höchstens 0,01% beschränkt, da diese Elemente die Warmumformbarkeit der Legierung beeinträchtigen. Titan und Aluminium sind jeweils auf höchstens 0,05% beschränkt, da sie die weichmagnetischen Eigenschaften dieser Legierung beeinträchtigen.
  • Die erfindungsgemäße Legierung kann unter Anwendung von herkömmlichen Techniken hergestellt, bearbeitet und geformt werden. Sie kann an der Luft mit Hilfe eines Lichtbogenofens oder vorzugsweise unter Anwendung bekannter Vakuumschmelztechniken, wie z. B. Vakuuminduktionsschmelzen (VIM, vaccum induction melting), erschmolzen werden. Gegebenenfalls kann man eine höhere Reinheit oder eine bessere Kornstruktur erzielen, indem man die Legierung beispielsweise durch Elektroschlackeumschmelzen (ESR, electroslag remelting) oder Vakuumlichtbogenumschmelzen (VAR, vacuum arc remelting) raffiniert.
  • Nach dem Erschmelzen und Gießen wird die Legierung von einer Ofentemperatur von etwa 1065 bis 1232ºC (1950 bis 2250ºF) zu Formen wie Barren, Stäben oder Blöcken warmgeformt. Diese Formen werden maschinell zu brauchbaren Teilen und Komponenten, wie Scheiben, Laufzapfen und Wellen für Magnetlager verarbeitet. Alternativ dazu kann man die Legierung nach dem Warmumformen zu der intermediären Form zu Formen wie Band oder Draht kaltumformen, welche dann zu brauchbaren Komponenten verarbeitet werden. Zur Entwicklung der gewünschten Kombination von mechanischen und magnetischen Eigenschaften werden aus dieser Legierung hergestellte Teile nach der abschließenden maschinellen Bearbeitung geglüht. Die Glühwärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur von etwa 704,4 bis 815,5ºC (1300 bis 1500ºF), vorzugsweise bei etwa 732,2-787,8ºC)(1350-1450ºF), für eine Dauer von etwa 2 Stunden. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn man die Legierung bei etwa 760ºC (1400ºF) glüht. Die Legierung wird von der Glühtemperatur mit einer Rate von etwa 83,3 bis 833,3ºC/h (150-1500ºF/h) und vorzugsweise etwa 100 bis 722,2ºC/h (180-1300ºF/h) abgekühlt. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn man die Legierung mit etwa 100ºC/h (180ºF/h) abkühlt.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt man wie gerade beschrieben ein Teil oder eine Komponente aus einer weichmagnetischen Legierung mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent her:
  • max. 0,05%, vorzugsweise max. 0,02%, Kohlenstoff,
  • max. 0,5% Mangan,
  • 0,5% Silicium,
  • max. 1,0% Chrom,
  • max. 1,0% Nickel,
  • max. 0,25% Molybdän,
  • 14-28% Cobalt,
  • max. 0,1% Vanadium,
  • max. 0,1% Niob,
  • max. 0,1% Wolfram,
  • Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
  • Vor dem abschließenden Glühschritt durchläuft die Legierung eine Aufkohlungswärmebehandlung, bei der sich eine aufgekohlte Mantelschicht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis 0,50 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,25 Gewichtsprozent ergibt. Diese aufgekohlte Mantelschicht wird vorzugsweise auf der Oberfläche des Teils und insbesondere in der Nähe der Oberfläche des Teils, auf die im Betrieb die größten Spannungen einwirken, ausgebildet. Nach der Aufkohlungsbehandlung wird der aufgekohlte Gegenstand wie oben geschildert geglüht. Der geglühte Gegenstand liefert die einzigartige Kombination von Streckgrenze und magnetischen Eigenschaften in der aufgekohlten Schicht, die für die erfindungsgemäße Legierung kennzeichnend sind. Außerdem behält der nicht aufgekohlte Kern des Gegenstands die gute Zähigkeit, die gute Duktilität und die guten magnetischen Eigenschaften der bekannten Legierung, wenn auch bei dem geringeren Streckgrenzenniveau. Dies ist von Vorteil, da der erfindungsgemäße Gegenstand optimale magnetische Eigenschaften und gleichzeitig auch die gewünschte höhere Streckgrenze in der aufgekohlten Oberflächenschicht liefern kann.
  • Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Gegenstand in Form einer Drucklagerscheibe 10 für ein Magnetlager. Die Scheibe 10 besteht aus der oben aufgeführten Co&sub2;&sub7;Fe-Legierung und hat eine zentrale Öffnung 11, mit der sie an der Welle des Magnetlagers befestigt ist. Die Scheibe 10 enthält eine Oberflächenschicht 12, die wie oben beschrieben selektiv aufgekohlt worden ist, und einen Kernteil 14, der die Grundzusammensetzung der Co&sub2;&sub7;Fe-Legierung behält. Die Oberflächenschicht 12 ist so weit aufgekohlt, daß die oberflächlich aufgekohlte Oberflächenschicht 12 eine dem in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Co-Fe-C entsprechende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist. Aufgrund ihrer Zusammensetzung hat die aufgekohlte Oberflächenschicht 12 eine wesentlich höhere Streckgrenze als der Kernteil 14, jedoch behält der Kernteil 14 die guten magnetischen Eigenschaften der Co&sub2;&sub7;Fe-Legierung. Der Kernteil 14 weist ringförmige Oberflächenbereiche 16a, 16b auf, die so ausgebildet sind, daß sie mit dem Flußweg des angelegten Magnetfelds, das die dem Druck entgegenwirkende Kraft für das Magnetlager liefert, in einer Linie liegen. Wenn sich das Magnetlager in Betrieb befindet, wirken auf die Scheibe 10 große Spannungen ein, die sich aus der sehr hohen Drehungsgeschwindigkeit des Magnetlagers ergeben. Aufgrund der höheren Streckgrenze der selektiv aufgekohlten Schicht 12 kann die Scheibe 10 einer Verformung durch die einwirkenden Spannungen besser widerstehen, und die optimalen magnetischen Eigenschaften des Kernteils 14 ergeben ein gutes magnetisches Verhalten. Tabelle 1
  • *Rest enthält 0,02% Cu, 0,005% Al, < 0,005% Ti, 0,01% Nb und < 0,10% V.
  • Beispiele
  • Zur Demonstration der von der erfindungsgemäßen Legierung gelieferten einzigartigen Kombination von Eigenschaften wurden die Beispiele 1 bis 12 mit den in Tabelle 1 in Gewichtsprozent angegebenen Zusammensetzungen hergestellt. Zu Vergleichszwecken wurden außerdem die Vergleichsbeispiele A bis E mit außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegenden Zusammensetzungen hergestellt, deren Zusammensetzungen in Gewichtsprozent ebenfalls der Tabelle 1 zu entnehmen sind. Beispiel A repräsentiert die Legierung HIPERCO® Alloy 27.
  • Jedes der Beispiele 1 bis 12 und A bis E wurde als Charge mit einem Gewicht von 14,5 kg (32 lb) hergestellt. Die Chargen wurden mittels Vakuuminduktionsschmelzen aufgeschmolzen und dann zu vier 5,7-cm-Rohblöcken (2, 25-Zoll-Rohblöcken) gegossen. Die Rohblöcke wurden nach Vorerhitzen auf 1204,4ºC (2200ºF) zu 1,9 cm · 6,35 cm (0,75 Zoll · 2,5 Zoll) großen Blöcken geschmiedet. Aus den Blöcken wurden maschinell Standardzugprüfkörper hergestellt. Außerdem wurden aus den Blöcken maschinell Ringe mit einem Außendurchmesser von 3,8 cm (1,5 Zoll) und einem Innendurchmeser von 3,175 cm (1,25 Zoll) für die magnetische Prüfung hergestellt. Die Prüfkörper eines jeden Beispiels wurden in trockenem Wasserstoff einer Wärmebehandlung gemäß jeder der in Tabelle 2 nachstehend aufgeführten Wärmebehandlungen unterzogen.
  • Tabelle 2 ID Wärmebehandlung
  • A 2 h bei 800ºC (1472ºF); Abkühlen mit 722,2ºC (1300ºF) pro Stunde
  • B 2 h bei 760ºC (1400ºF); Abkühlen mit 722,2ºC (1300ºF) pro Stunde
  • C 2 h bei 760ºC (1400ºF); Abkühlen mit 100ºC (180ºF) pro Stunde
  • D 2 h bei 730ºC (1346ºF); Abkühlen mit 722,2ºC (1300ºF) pro Stunde
  • Die Ergebnisse der Raumtemperatur-Zugprüfung der Beispiele 1 bis 12 und A bis E sind einschließlich der 0,2%-Streckgrenze (0,2% SG) in MPa (ksi) und der Dehnung in Prozent (% D) bei vier Durchmessern in Tabelle 3 aufgeführt. Auf eine Prüfung der Beispiele 1, 12, A, C, D und E in dem mit "A" bezeichneten wärmebehandelten Zustand wurde verzichtet. Auf eine Prüfung der Beispiele 12, A, C, D und E in dem mit "C" oder "D" bezeichneten wärmebehandelten Zustand wurde verzichtet. Tabelle 3
  • *Prüfkörper zerbrach außerhalb des Vermessungsbereichs.
  • Die Prüfkörper jedes der Beispiele für die magnetische Prüfung wurden 2 h bei 760ºC (1400ºF) geglüht und dann mit 722,2ºC (1300ºF) pro Stunde abgekühlt, jedoch mit Ausnahme von Beispiel B, das 2 h bei 900ºC (1652ºF) geglüht und dann mit 100ºC (180ºF) pro Stunde abgekühlt wurde, um die besten magnetischen Eigenschaften als Referenz zum Vergleich mit den anderen Beispielen zu erhalten. In Tabelle 4 sind nachstehend die bei Feldstärken von 2387 A/m, 3979 A/m, 7958 A/m, 11937 A/m und 15916 A/m (30 Oe, 50 Oe, 100 Oe, 150 Oe und 200 Oe) gemessenen magnetischen Induktionen (BX) in Kilogauß (kG) aufgeführt. Tabelle 4
  • Aus den in Tabelle 3 aufgeführten Werten geht hervor, daß die Beispiele 2, 6 bis 8 und 10 bis 12 eine überlegene Streckgrenze ohne wesentlichen Verlust an Duktilität gegenüber Beispiel A im wärmebehandelten Zustand "B" liefern. Aus den in Tabelle 4 aufgeführten Werten geht hervor, daß die Beispiele 2, 6 bis 8 und 10 bis 12 magnetische Induktionen liefern, die mit Beispiele A vergleichbar sind, obwohl diese Beispiele bei nicht optimalen Bedingungen geglüht wurden. Die Beispiele 4, 5 und 9 liefern eine überlegene Streckgrenze gegenüber Beispiel B bei gleichem Cobaltgehalt und behalten gleichzeitig annehmbare Werte für die Duktilität und die magnetische Induktion. Das cobaltarme Beispiel 3 liefert im wesentlichen die gleiche Streckgrenze und Duktilität wie die Beispiele A und B und eine bei schwachen Magnetfeldern (z.B 2387 bis 3979 A/m - 30 bis 50 Oe) mit den Co-reicheren Beispielen vergleichbare magnetische Induktion. Es sei darauf hingewiesen, daß alle Beispiele 1 bis 12 die ASTM-Norm für die magnetische Induktion (ASTM A801) für geschmiedetes Produkt aus HIPERCO® Alloy 27 übertreffen. Die kohlenstoffreichen Beispiele C, D und E besaßen keine wesentlich höhere Streckgrenze und lieferten eine verhältnismäßig schlechte Duktilität und eine unannehmbare magnetische Induktion, insbesondere bei geringen Magnetfeldstärken.
  • Die verwendeten Ausdrücke und Begriffe dienen lediglich zur Beschreibung und nicht zur Einschränkung, wobei die Verwendung derartiger Ausdrücke und Begriffe jegliche Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmaie oder von Teilen davon keineswegs ausschließen soll, sondern im Rahmen des beanspruchten Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und/oder Ergänzungen vorgenommen werden können.

Claims (20)

1. Weichmagnetische Legierung mit einer Kombination von Streckgrenze, Duktilität und magnetischer Induktion, die im wesentlichen die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:
Kohlenstoff 0,05-0,50
Mangan max. 0,5
Silicium max. 0,5
Phosphor max. 0,01
Schwefel max. 0,01
Chrom max. 1,0
Nickel max. 1,0
Molybdän max. 0,25
Cobalt 14-28
Vanadium max. 0,1
Niob max. 0,1
Wolfram max. 0,1
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
2. Legierung nach Anspruch 1, die 0,1-0,50% Kohlenstoff enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die höchstens 0,25% Kohlenstoff enthält.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die 22-28% Cobalt enthält.
5. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, enthaltend (in Gewichtsprozent):
Kohlenstoff 0,1-0,5
Chrom max. 0,8
Nickel max. 0,8 und
Cobalt 15-27.
6. Legierung nach Anspruch 5, die 0,15-0,50% Kohlenstoff enthält.
7. Legierung nach Anspruch 5 oder 6, die höchstens 0,25% Kohlenstoff enthält.
8. Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die 22-27% Cobalt enthält.
9. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, enthaltend (in Gewichtsprozent):
Chrom max. 0,8
Nickel max. 0,8 und
Cobalt 22-28.
10. Legierung nach Anspruch 9, die 0,1-0,50% Kohlenstoff enthält.
11. Legierung nach Anspruch 9 oder 10, die höchstens 0,25% Kohlenstoff enthält.
12. Legierung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die 24-28% Cobalt enthält.
13. Weichmagnetische Legierung nach Anspruch 1, enthaltend (in Gewichtsprozent):
Chrom max. 0,8
Nickel max. 0,8 und
Cobalt 14-20.
14. Legierung nach Anspruch 13, die 0,1-0,50% Kohlenstoff enthält.
15. Legierung nach Anspruch 13 oder 14, die höchstens 0,25% Kohlenstoff enthält.
16. Legierung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, die 15-20% Cobalt enthält.
17. Gegenstand aus weichmagnetischer Legierung mit einer Kombination von Streckgrenze, Duktilität und magnetischer Induktion im geglühten Zustand, enthaltend:
einen Kern aus einer weichmagnetischen Legierung, die im wesentlichen die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:
Kohlenstoff max. 0,05
Mangan max. 0,5
Silicium max. 0,5
Phosphor max. 0,01
Schwefel max. 0,01
Chrom max. 1,0
Nickel max. 1,0
Molybdän max. 0,25
Cobalt 14-28
Vanadium max. 0, 1
Niob max. 0,1
Wolfram max. 0,1
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen;
und
eine aufgekohlte Mantelschicht mit der gleichen Zusammensetzung wie der Kern, aber mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,50%.
18. Gegenstand aus Legierung nach Anspruch 17, bei dem der Kern aus einer Legierung mit 22-28% Cobalt gebildet ist.
19. Gegenstand aus Legierung nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die aufgekohlte Mantelschicht 0,1-0,25% Kohlenstoff enthält.
20. Gegenstand aus Legierung nach Anspruch 17 oder 18, bei dem der Kern aus einer Legierung mit höchstens 0,02% Kohlenstoff gebildet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100589A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Weichmagnetische Legierung auf Eisen-Kobalt-Basis sowie Verfahren zu deren Herstellung

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6379475B1 (en) 1998-01-28 2002-04-30 Northwestern University Business & Finance Office Case hardened dies for improved die life
MXPA00007445A (es) * 1998-01-28 2004-07-05 Univ Northwestern Aceros endurecedores secundarios para la carbonizacion de cubiertas avanzadas.
AU4517601A (en) * 1999-12-07 2001-06-18 Timken Company, The Low carbon, low chromium carburizing high speed steels
US6855240B2 (en) * 2000-08-09 2005-02-15 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. CoFe alloy film and process of making same
US6685882B2 (en) * 2001-01-11 2004-02-03 Chrysalis Technologies Incorporated Iron-cobalt-vanadium alloy
DE10134056B8 (de) * 2001-07-13 2014-05-28 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von nanokristallinen Magnetkernen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2006037093A2 (en) * 2004-09-27 2006-04-06 The Regents Of The University Of California Low cost amorphous steel
DE102005034486A1 (de) * 2005-07-20 2007-02-01 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Kerns für Generatoren sowie Generator mit einem derartigen Kern
ATE418625T1 (de) * 2006-10-30 2009-01-15 Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg Weichmagnetische legierung auf eisen-kobalt-basis sowie verfahren zu deren herstellung
US7905965B2 (en) * 2006-11-28 2011-03-15 General Electric Company Method for making soft magnetic material having fine grain structure
US9057115B2 (en) * 2007-07-27 2015-06-16 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Soft magnetic iron-cobalt-based alloy and process for manufacturing it
US8012270B2 (en) 2007-07-27 2011-09-06 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Soft magnetic iron/cobalt/chromium-based alloy and process for manufacturing it
WO2009062196A2 (en) 2007-11-09 2009-05-14 The Regents Of The University Of California Amorphous alloy materials
CN102296238A (zh) * 2011-08-11 2011-12-28 广东省钢铁研究所 一种铁钴合金及其强磁介质棒材的制备方法
US20130323075A1 (en) * 2012-06-04 2013-12-05 General Electric Company Nickel-chromium-molybdenum-vanadium alloy and turbine component
US20160329139A1 (en) 2015-05-04 2016-11-10 Carpenter Technology Corporation Ultra-low cobalt iron-cobalt magnetic alloys
WO2017016604A1 (fr) * 2015-07-29 2017-02-02 Aperam Tôle ou bande en alliage feco ou fesi ou en fe et son procédé de fabrication, noyau magnétique de transformateur réalisé à partir d'elle et transformateur le comportant
DE102015218439A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-30 Robert Bosch Gmbh In seinen Ummagnetisierungsverlusten reduziertes Teil und Verfahren zu seiner Herstellung
JP2019537664A (ja) 2016-10-21 2019-12-26 シーアールエス ホールディングス, インコーポレイテッドCrs Holdings, Incorporated 軟磁性Fe−Co合金における規則成長の減少
CN107893199A (zh) * 2017-11-23 2018-04-10 海盐中达金属电子材料有限公司 一种Co27铁铬钴软磁合金钢带

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1338133A (en) * 1917-10-22 1920-04-27 Sumitomo Chukosho Ltd Magnet-steel
US3600162A (en) * 1968-08-29 1971-08-17 Gen Electric Cobalt iron magnetic alloys
JPS5110806B2 (de) * 1972-04-26 1976-04-07
SU441341A1 (ru) * 1973-01-24 1974-08-30 Предприятие П/Я М-5374 Магнитном гкий сплав
US3977919A (en) * 1973-09-28 1976-08-31 Westinghouse Electric Corporation Method of producing doubly oriented cobalt iron alloys
US4116727A (en) * 1975-03-04 1978-09-26 Telcon Metals Limited Magnetical soft alloys with good mechanical properties
GB8715726D0 (en) * 1987-07-03 1987-08-12 Telcon Metals Ltd Soft magnetic alloys
JPH0819508B2 (ja) * 1987-08-19 1996-02-28 三菱マテリアル株式会社 Fe−Co基合金製高周波用磁芯材
US5501747A (en) * 1995-05-12 1996-03-26 Crs Holdings, Inc. High strength iron-cobalt-vanadium alloy article

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014100589A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Weichmagnetische Legierung auf Eisen-Kobalt-Basis sowie Verfahren zu deren Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
US5741374A (en) 1998-04-21
KR20010012551A (ko) 2001-02-15
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BR9809840A (pt) 2000-06-20
DE69802078D1 (de) 2001-11-22
EP0981822B1 (de) 2001-10-17
TW425432B (en) 2001-03-11
IL132881A0 (en) 2001-03-19

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