DE881955C - Verfahren zur Erzeugung eines metallischen Werkstoffes mit einem von der Temperatur unabhaengigen oder sich mit der Temperatur in einer gewuenschten Weise aendernden Elastizitaetsmodul - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzeugung eines metallischen Werkstoffes mit einem von der Temperatur unabhängigen oder sich mit der Temperatur in einer gewünschten Weise ändernden Elastizitätsmodul In der Technik besteht die Anforderung nach metallischen Werkstoffen, deren Elastizitätsmodul sich mit der Temperatur über einen möglichst großen Bereich nicht oder in einer vorgeschriebenen Weise ändert. Diese Forderung wird beispielsweise für Unruhfedern von Uhren und für Stimmgabeln gestellt. In derartigen Fällen verwendete man bisher Legierungen, die etwa 36% Nickel und wechselnde Mengen, vorzugsweise zo% Chrom enthalten oder Legierungen mit etwa 32 bis 3q.0/0 Nickel, 6 bis 81/o Wolfram oder Molybdän, o,6 bis r % Beryllium, Rest Eisen, neben üblichen Desoxydations- und Verarbeitungszusätzen. Die Zusammensetzung dieser Legierungen ist unter dem Gesichtspunkt gewählt, Legierungen zu schaffen, deren Curie-Punkt dicht oberhalb der Raumtemperatur liegt. In der Nähe des Curie-Punktes ändert sich der Elastizitätsmodul derartiger Legierungen mit der Temperatur nur wenig, so daß man in den oben angegebenen Legierungen solche hat, deren Elastizitätsmodul in der Nähe der Raumtemperatur für einen begrenzten Temperaturbereich unabhängig von der Temperatur ist bzw. sich mit der Temperatur nur wenig ändert.
• Die nachstehend beschriebene Erfindung gibt an, wie man zu Legierungen gelangen kann, bei denen der Temperaturbereich, in dem weitgehende Unabhängigkei.t,des Elastizitätsmoduls von der Temperatur vorliegt, vergrößert werden kann.
• Die Erfindung stützt sich auf folgende Überlegung: Es ist bekannt, daß beispielsweise der Elastizitätsmodul von reinem Nickel in Abhängigkeit von der Temperatur verschieden verläuft, je nachdem, ob das Nickel einem mehr oder weniger starken Magnetfeld ausgesetzt wird. Der Verlauf des Elastizitätsmoduls von Nickel in Abhängigkeit von der Temperatur für verschieden starke Magnetfelder bzw. verschiedene Werte der relativen Sättigung ist in Abb. i wiedergegeben. Für die vorliegende Erfindung ist aus dieser Abbildung bemerkenswert; daß beim Fehlen eines Magnetfeldes bei dem Curie-Punkt des Nickels (358° C) die Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls ihre Richtung ändert und der Elastizitätsmodul bei Unterschreiten des Curie-Punktes stark abnimmt.
• Diese Abnahme des Elastizitätsmoduls beruht auf der Erscheinung der Längsmagnetostriktion. Man kann sie weitgehend unterbinden, wenn man das Nickel einer starken Kaltverformung unterwirft. Hierdurch wird die zusätzliche magnetostriktive Dehnung praktisch unwirksam gemacht. Nach starker Kaltverformung steigt daher auch ohne angelegtes Magnetfeld die Kurve des Elastizitätsmoduls von Nickel mit fallender Temperatur entsprechend der Kurve i in Abb. i an. Geht man nun bei den weiteren Betrachtungen von dieser Kurve aus und untersucht -entsprechende Kurven an Werkstoffen, die außer Nickel zunehmende Mengen an Eisen enthalten, ,so gelangt man zu einer Kurvenschar, wie sie schematisch in Ahb. 2 wiedergegeben ist. In dieser Abbildung, die, wie ausdrücklich betont sei, nur rein schematisch den Kurvenverlauf für die verschiedenen Legierungen wiedergeben soll, ist, um die Übersicht zu erleichtern, die Verschiebung des Curie-Punktes mit zunehmendem Eisengehalt nicht berücksichtigt. Bei den Nickel-Eisen-Legierungen tritt bekanntlich die Erscheinung der Volumermiagnetostriktion ein, die sich besonders bei Nickel-Eisen-Legierungen mit etwa 36°/o Nickel bemerkbar macht. Die Volumenmägnetostriktion ist von derLängsmagnetostriktion scharf zu unterscheiden, da die Ursache für ihr Zustandekommen zu einem erheblichen Teil auf anderen Effekten beruht als das Zustandekommen der Längsmagnetostriktion. Die Volumenmagnetostriktion ist aber die Voraussetzung für das Entstehen der in Abb. 2 wiedergegebenen Kurven.
• Wenn man nun erfindungsgemäß magnetische Werkstoffe, z. B. Nickel-Eisen-Legierungen, die eine starke Völumenmagnetostriktion aufweisen, eileer starken Kaltverformung unterzieht und durch diese Kaltverformung den Einfluß der Längsmagnetostriktion unterdrückt, dann kann man zu Werkstoffen gelangen, die einen von der Temperatur unabhängigen oder sich mit der Temperatur in gewünschter Weise verändernden Elastizitätsmodul haben.
• im System Nickel-Eisen zeigen z. B. die Legierungen mit etwa 42 bis 46'% Nickel, Rest Eisen, über einen weiten Bereich der Temperatur einen weitgehend von der Temperatur unabhängigen Elastizitätsmodul.
• Abb.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel an Hand einer Eisen-Nickel-Legierung mit 45 °/a Nickel. Im weichen Zustand nimmt der Elästizitätsmodul unterhalb der Curie-Temperatur (44o° C) stark ab bis zu einem Mindestwert bei etwa 20o° C; dann steigt er wieder an: Im harten Zustand nach einer Kaltverformung uni 50% ändert er sich dagegen unterhalb der Curie-Temperatur nur wenig. Im Bereich von o bis 25o° C ist er bis auf o,o2% konstant. Die Curie-Temperatur der erfindungsgemäßen Legierungen kann somit weit oberhalb Raumtemperatur liegen. Im allgemeinen werden für den vorgenannten Zweck die Legierungen geeignet sein, deren Elastizitätsmodul bei der Curie-Temperatur fast denselben Wert wie der bei der Raumtemperatur bei magnetischer Sättigung gemessene.
• Sinngemäß können den Legierungen noch weitere Elemente zugesetzt werden, deren Menge jedoch sobemessen sein muß, daß eine merkbare Volumenmagnetostriktion erhalten bleibt. Insbesondere können Elemente zugesetzt werden, die in der Grundlegierung eine mit steigender Temperatur zunehmende Löslichkeit besitzen und infolgedessen die Möglichkeit zur Ausscheidungshärtung der Legierungen schaffen. Dabei muß allerdings darauf geachtet werden, daß die Anlaßtemperatur nach dem Abschrecken so niedrig liegt, daß die Wirkung der vorausgegangenen Kaltverformung auf die Unterdrückung der Längsmagnetostriktion nicht wieder aufgehoben wird.

Claims (4)

1. _ PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Erzeugung eines metallischen Werkstoffes mit einem von der Temperatur unabhängigen oder sich mit der Temperatur in einer gewünschten Weise ändernden Elastizitätsmodul, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Werkstöff, dessen Elastizitätsmodul infolge Volumenmagnetostriktion bei der Curie-Temperatur angenähert denselben Wert hat wie bei Raumtemperatur im magnetisch gesättigten Zustand, durch eine starke Kaltverformung die Wirkung der Längsmagnetostriktion auf die Größe des Elastizitätsmoduls ausgeschaltet wird.
2. 2. 'Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Nickel-Eisen-Legierungen aus 42 bis 461/o Nickel; Rest Eisen, einer hinreichend starken Kaltverformung unterworfen werden.
3. 3. Anwendung der Verfahren nach Anspruch i und 2 auf Nickel-Eisen-Legierungen mit 4o bis 50%, vorzugsweise 42 bis 46% Nickel, die noch weitere Elemente in solchen Mengen enthalten, daß eine merkbare Volumenmagnetostriktion erhalten bleibt.
4. 4. Anwendung der Verfahren nach Anspruch i und 2 auf Nickel-Eisen-Legierungen mit q.o bis 500/a, vorzugsweise 42 bis 46% Nickel, die Elemente enthalten, deren Löslichkeit in der Grundlegierung mit steigender Temperatur zunimmt.