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Legierung für die Herstellung von Permanentmagneten Die Erfindung
bezieht sich auf aus Eisen und Kobalt hergestellte Legierungen, in denen Vanadium
als Bestandteil enthalten ist.
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Es ist bekannt, gewisse Legierungen der Eisen-Kobalt-Gruppe, die für
ihre hohe Permeabilität und ihre große Flußdichte bekannt sind, mit einem Zusatz
von Vanadium zu versehen, um der Legierung die erforderliche Festigkeit für spätere
spanlose oder spanabhebende Verformung zu geben. - Aus Eisen und Kobalt hergestellte
Legierungen, in denen die beiden Metalle in etwa gleichen Mengen vorhanden sind,
besitzen einen Sättigungswert 2 x 5 von 24 ooo Gauß gegenüber Eisen von 22
ooo Gauß. Die aus Eisen und Kobalt bestehenden Legierungen sind günstiger als Eisen,
da sie ihren Sättigungswert praktisch bei einer Magnetisierungskraft von etwa
50 Örsted erreichen, im Gegensatz zu 5oo oder iooo Örsted, die bei Eisen
erforderlich sind. Nun sind aber die Eisen-Kobalt-Legierungen spröde und schwer
zu bearbeiten und können nur mit großen Kosten zu dünnen Blechen gewalzt werden.
Es ist ein Verfahren bekanntgeworden, nach dem vorgeschlagen ist, Vanadium von 2
bis 21/, l)/, der Eisen-Kobalt-Legierung zuzusetzen, wodurch es möglich geworden
ist, die Legierung zu dünnen Platten zu walzen, ohne daß die endgültigen magnetischen
Eigenschaften nach der Wärmebehandlung im wesentlichen beeinträchtigt werden. Diese
Legierungen der Eisen-Kobalt-Gruppe sind eigenartig, da sie ihre hohe Permeabilität
auch bei hoher Flußdichte beibehalten.
Erfindungsgemäß wird eine
Legierung aus Eisen,-Kobalt und Vanadium vorgeschlagen, in der 3o bis 5?,0/, Eisen,
36 bis 6?,0/(, Kobalt und 6 bis 160/0 Vanadium enthalten sind. Eine
nach dieser Vorschrift hergestellte Legierung besitzt außergewöhnliche mechanische
Eigenschaften. Eine gegossene Stange eines solchen Materials von 7,o mm kann zu
einer runden Stange von 6 mm Durchmesser heruntergezogen werden, und zwar
bevor das Material gehärtet wird. Fernerhin kann eine solche Legierung kalt gebogen
werden, ohne daß Risse entstehen, und außerdem kann das Material auf eine Stärke
von 0,025 mm bei einer Breite von etwa 30 mm gewalzt werden. Endlich kann
das Material zu einem feinen Draht gezogen werden. Musterstücke, die bei der Untersuchung
benutzt worden sind, können ohne weiteres spanabhebend verformt werden, und zwar
vor dem Abschrecken. Ein runder Stab von etwa 6 mm Durchmesser hatte nach
der Abschreckung von etwa 8oo' C eine Härte von 25 Rockwelleinheiten
(Skala C), die etwa weichem Eisen entspricht. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Legierungen haben bisher unerreichte Eigenschaften hinsichtlich der spanlosen und
spanabhebenden Verformung. -
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäß -vorgeschlagene
Legierung etwa 38 0/, Eisen, 52. 0/, Kobalt und io 0/, Vanadium und
besitzt eine Remanenz von gooo Gauß, eine Koerzitivkraft von 300 Örsted und
ein Energieprodukt 2 x S5 von i,o2 x io'. Die Wärmebehandlung einer
solchen Legierung ist in keiner Weise kritisch, und es ist nicht erforderlich, Temperaturen
über 8oo' C anzuwenden, um dem Material optimale Eigenschaften als Permanentmagnet
zu verleihen. Somit kann dieses Material entweder einer oder auch zwei Wärmebehandlungen
unterzogen werden, wobei es entweder schnell oder langsam nach jeder Wärmebehandlung
abgeschreckt werden kann, ohne daß die Eigenschaften als Permanentmagnet darunter
leiden. Die Legierung eignet sich für die bisher bekannten Wärinebehandlungen und
ist trotzdem in der Lage, eine Remanenz und eine Koerzitivkraft beizubehalten, die
äußerst zufriedenstellend sind.
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Die obenerwähnten -und auch weitere Eigenschaften der erfindungsgemäß
vorgeschlagenen Legierungen sind aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung
mit den Figuren zu entnehmen.
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Die Fig. i zeigt die Remanenz, die Koerzitivkraft und das Produkt
0, x #5, einer Legierung, die aus gleichen Teilen Eisen und Kobalt besteht,
während die Menge des Vanadiums zwischen 7,4 und 16 0/,
verändert wird. Die
Fig. 2 zeigt gleichfalls die Remanenz, die Koerzitivkraft und das Produkt 2, x
5, einer Legierung, in der Vanadium von io 11/0 enthalten ist, während die
Mengen des Eisens und des Kobalts veränderlich sind. Die Fig. 3 zeigt die
Veränderung der Remanenz, der Koerzitivkraft und der Flußdichte B bei verschiedenen
Abschrecktemperaturen unter Verwendung der günstigsten Zusammensetzung einer Legierung,
die eine hohe magnetische Kraft aufweist. Die Fig. 4 zeigt einen graphischen Vergleich
zwischen der optimalen Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierungen und anderen
zur Herstellung von Perinanentmagneten benutzten Materialien, während Fig.
5
ein Dreieckdiagramm darstellt, das den Bereich der erfindungsgemäßen Legierungen
darstellt, in dem sie die günstigsten magnetischen Eigenschaften aufweisen.
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Die Patentinhaberin hat festgestellt, daß die aus Eisen, Kobalt und
Vanadium bestehenden Legierungen durch Alterung verfestigt werden können. Diese
Legierungen können magnetisch in derselben Klasse -wie der Hondastahl
(36 0/, Kobalt, 7 0/0 Wolfram, 4 0/, Chrom, o,67 "/, Kohle und Rest
Eisen) oder der Remalloy (77, "/, Eisen, ig, 0/, Kobalt und 16
0/0
Molybdän) . eingereiht werden. Ein bedeutsamer Unterschied zwischen
den neu vorgeschlagenen Legierungen und den bisher für die Herstellung von Permanentmagneten
benutzten Materialien besteht in den mechanischen Eigenschaften der ersteren. Diese
können näinlich, bevor sie durch Alterung verfestigt werden, kalt gezogen und kalt
gewalzt werden und somit wie weicher Stahl behandelt werden.
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Durch Alterung verfestigte, zur Herstellung von Permanentmagneten
benutzte Legierungen werden erst bei einer hohen Temperatur erhitzt, wobei diese
Temperatur von der Zusammensetzung der Legierung abhängt, um das Material in den
Zustand der festen Lösung zu versetzen. Von dieser hohen Temperatur wird das Material
genügend schnell abgeschreckt, um es bei Zimmertemperatur in dem Zustand der festen
Lösung zu halten, d. h. in einem übersättigten Zustand. Daraufhin wird dieses
Material von Zimmertemperatur auf eine Zwischentemperatur erwärmt, um es während
einer genügend langen Zeit einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Diese Wärmebehandlung
führt zu einer Fällung, durch die -das Material mechanisch gehärtet wird. Die günstigsten
permanentmagrietischen Eigenschaften entstehen kurz vor der Fällung bzw. wenn die
Partikelchen kleiner sind, als sie durch das Mikroskop aufgelöst werden können.
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Die Erfindung befaßt sich mit Eisen-Kobalt-Legierungen, in denen ein
höherer Prozentsatz von Vanadium enthalten ist als bisher verwendet. Der günstige
Bereich ist durch die elliptische Fläche des Dreieckdiagramms in Fig.
5 gezeigt, in welcher die Seite X des Dreiecks den Prozentsatz von Eisen,
die Seite Y den Prozentsatz von Vanadium und die Seite Z den Prozentsatz von Kobalt
bezeichnet. Die äußersten Grenzen dieser Fläche liegen bei 30 und
52 0/() Eisen, 36 und 52 0/0 Kobalt und 16 und 6 0/0
Vanadium. Wie bereits erwähnt, wurde die günstigste Zusammensetzung als aus
38 0/, Eisen, 52 ()/, Kobalt und io 0/, Vanadium festgestellt,
wobei die Remanenz gooo Gauß, die Koerzitivkraft 3oo Örsted und das Maximum des
Energieproduktes 0 x .5 gleich i,o2 x io6 beträgt. Das Maximum des Energieproduktes
wird im allgemeinen als eine Gütebezeichnung für das permanentmagnetische Material
benutzt, wird aber im allgemeinen auf Grund der damit verbundenen Schwierigkeiten
nicht ermittelt. In der Praxis wird dagegen die Remanenz Z, und die Koerzitivkraft
.5, verwendet, Das Produkt 2., x 5,
ist höher als das Maximumprodukt
2 x F ,), aber
im großen und ganzen sind sich diese Produkte
gleich. Wenn zwei Materialien das gleiche Produkt 2, x 5, aufweisen,
wird das mit dem größeren 2,. bevorzugt. Das Produkt 2, 5, ist nachstehend
lediglich als ein Gütegrad benutzt.
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Die durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile seien nachstehend
näher erwähnt. Bevor das Material zur Verleihung der magnetischen Eigenschaften
gehärtet wird, ist die neue erfindungsgemäße Legierung leichter zu bearbeiten als
jedes andere bisher bekannte Material mit vergleichbaren magnetischen Eigenschaften.
Diese Legierung kann gebohrt, geschnitten, gefräst und gehobelt werden und auch
im kalten Zustand gebogen werden. Ob
sie verarbeitet -ist oder als gegossen
zur Verfügung steht, besitzt sie die gleichen perinanentmagnetischen Eigenschaften
auch nach einer Wärmebehandlung, so daß sie entweder in gegossenem oder verarbeitetem
Zustand Verwendung finden kann. Wird das Material nach der Bearbeitung- einer Wärmebehandlung
bei etwa 6oo' C unterzogen, so besitzt es sehr gute permanentmagnetische
Eigenschaften. Bei einem Musterstück einer solchen Legierung wurde eine Remanenz
von 10 315 Gauß und eine Koerzitivkraft von ?15 Örsted festgestellt. Obwohl das
Produkt 2, x 5, nicht so hoch ist wie nach einer vollständigen Wärmebehandlung,
d. h. einer Wärmebehandlung nach einer Abschreckung oder einem Ausglühen,
ist die Remanenz hoch und das Endergebnis nach einer solchen einfachen Wärmebehandlung,
die nicht mehr als 6oo' C erfordert, äußerst befriedigend. Ein gegossenes
Musterstück, welches ohne Abschreckung einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ergibt
allerdings kein so hohes Produkt; aber bei der Verwendung einer vollständigen Wärmebehandlung,
wie oben erwähnt, sind die Eigenschaften des gegossenen und des bearbeiteten Materials
etwa die gleichen.
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Die Möglichkeit der leichten Verarbeitung macht dieses Material besonders
gut verwendbar bei komplizierteren Permanentmagneten, bei denen eine hohe mechanische
Präzision erforderlich ist und wo es in Form von dünnen Blechen benutzt werden muß.
Besonders geeignet ist das Material als Tonträger für magnetische Aufzeichnungsapparate.
In den meistenFällen sind die Enden einesPermanentmagneten aus einem Material hergestellt,
das eine größere Permeabilität und eine höhere Flußdichte aufweist als andere für
die Herstellung von Permanentmagneten benutzte Materialien, um auf diese Weise den
magnetischen Fluß in einem Luftspalt zu konzentrieren. Auf Grund der äußerst günstigen
Bedingungen für die Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Legierungen sind diese
besonders zur Herstellung von Magnetpolen oder -schuhen verwendbar. Solche Endstücke
können mit dem gewöhnlichen Permanentmagneten verschweißt werden, worauf das Ganze
einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird. Besitzt beispielsweise ein Permanentmagnet
Polstücke, die aus Eisen hergestellt sind, so kann der ganze Aufbau bei goo oder
iooo' C in einem Tiegel ausgeglüht werden, da diese Temperatur sowohl für
das Eisen als auch für die aus Vanadium, Eisen und Kobalt bestehende Legierung angebracht
ist. In diesem Falle besteht die zweite Stufe der Wärmebehandlung in einer Erhitzung
bis zu 6oo' C, worauf das Material langsam abkühlen kann. Durch die zweite
Wärmebehandlungwird die aus Vanadium, Eisen und Kobalt bestehende Legierung zu einem
Permanentmagneten. Das gleiche gilt, wenn an Stelle des Eisens eine Legierung benutzt
wird, die aus 45 0/, Nickel und 55 0/, Eisen besteht. Sind die Polstücke
aus einer Legierung hergestellt, die aus 781/2 0/, Nickel und 211/2
0/, Eisen besteht, so kann der ganze Aufbau vor der zweiten Wärmebehandlung
von 6oo' C abgeschreckt anstatt langsam abgekühlt werden. Durch diese Behandlung
erhält die Legierung eine hohe Permeabilität, und eine schnelle Abkühlung von 6oo'
C ist ebenso zweckmäßig für den Permanentmagneten wie eine langsame Abkühlung.
Die Wärmebehandlung eines solchen Aufbaues kann auch dann benutzt werden, wenn die
Legierungen aus gleichen Teilen von Eisen und Kobalt zusammengesetzt sind. Diese
Möglichkeit ist kennzeichnend für die Eigenschaften der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Legierungen. Es ist oft erforderlich, daß Teile von Permanentmagneten zusammengeschweißt
werden müssen, und zwar nach der Wärmebehandlung, aber bevor der Magnet ganz oder
teilweise fertiggestellt worden ist, da die Wärmebehandlung des Permanentmagneten
die magnetischen Eigenschaften der Polschuhe ungünstig beeinflußt. In vielen Fällen
ist dies jedoch nur ein unvollkommenes Hilfsmittel, da der Schweißvorgang im gewissen
Sinne die magnetischen Eigenschaften der Polschuhe oder des Permanentmagneten selbst
oder auch beide Teile im ungünstigen Sinne beeinflußt.
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Untersuchungen sind mit Legierungen ausgeführt worden, die aus gleichen
Mengen Eisen und Kobalt zusammengesetzt waren, während der Prozentsatz des Vanadiums
bis zu 16 l)/, veränderlich gehalten wurde. Die geprüften Muster waren runde Stäbe
von 6 mm Durchmesser, die von einem Durchmesser von etwa 2o mm gezogen waren,
und auch runde, gegosseneStäbe von etwa 2o mm Durchmesser. Bei gleicher Zusammensetzung
der Legierungen waren die Ergebnisse sowohl für die verformten als auch für die
gegossenen Musterstücke die gleichen. Diese wurden erst auf eine Temperatur von
i2oo bis 1300'C gebracht, dann abgeschreckt und schließlich bei 6oo' C behandelt.
Die magnetischen Zahlen für diese Musterstücke sind durch die Kurven der Fig. i
gezeigt. Diese zeigen die Veränderungen der Remanenz, der Koerzitivkraft und des
Produktes 2, x 5, in Abhängigkeit von dem Prozentsatz des Vanadiums bei gleichen
Mengen Eisen und Kobalt. In der Abszisse dieser Darstellung ist der Prozentsatz
des Vanadiums eingetragen, während die Ordinate A die Remanenz 2, in Gauß,
die Ordinate B die Koerzitivkraft 5, in Örsted und die Ordinate C das Produkt
2,5, x io-1 bezeichnen. Die Kurve i zeigt die Veränderung der Remanenz, die
Kurve 2 die der Koerzitivkraft und die Kurve 3 die Veränderung des Produktes
2,5, Die Remanenz nach Kurve i fällt fast linear mit der Erhöhung des Prozentsatzes
des Vanadiums, während die Koerzitivkraft nach Kurve 2 proportional mit zunehmender
Menge von Vanadium steigt, um ihr Maximum von 28o Örsted bei 14 0/, Vanadium zu
erreichen.
Die Kurve 3 zeigt die Veränderung des Produktes der Remanenz und der Koerzitivkraft
5,.5" und dieses ist ungefähr proportional dem Maximum des Energieproduktes
2,5. Die Kurve 3 erreicht ihren maximalen Wert von 1,45 x iol bei
iz 0/,) Vanadium, und dieser Wert entspricht einer Remanenz von 75oo Gauß und einer
Koerzitivkraft von 246 Örsted.
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Weitere Untersuchungen wurden mit Legierungen ausgeführt, in denen
Eisen und Kobalt in verschiedenen Mengen zur Verwendung kamen. Demzufolge wurden
sechs weitere Legierungen hergestellt und als Stangen von etwa 2o mm Durchmesser
gegossen. Die Zusammensetzungen dieser Legierungen, ihre Wärmebehandlung und deren
magnetische Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle i verzeichnet.
| Tabelle i |
| C Wä,mebe- handlung |
| Fe o/' Co -/" V :8, X J.## Zeit in |
| Stunden |
| 41,0 51,0 8 9570 200 rigi 18 |
| 51,0 41,0 8 875o 71 o,62 8 |
| 40,5 49,5 10 8850 z82 2,50 12 |
| 49,5 40,5 io 896o 136 1,2-- 13 |
| 40,0 48,0 12 7350 318 2,34 12 |
| 48,0 40,0 12 7820 209 1,64 8 |
. Die Wärinebehandlung umfaßt hier folgende drei Schritte: i. Erhitzen bei
1300'
C während zo Minuten, 2. Abschreckung in
Öl,
3. Wärmebehandlung
in einer Wasserstoffatmosphäre in Stunden laut Tabelle.
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Die Zahlen der Tabelle i zeigen, daß in dem Bereich einer gegebenen
Menge von Vanadium die besten Ergebnisse mit einer Legierung erzielt wurden, in
der das Kobalt vorwiegend war. Die aus 40,5 0/(, Eisen, 49 "/o Kobalt und io
0/0 Vanadium bestehende Legierung ergab ein Produkt 2,S5" von 2,5
x io6. Dies ist das höchste Produkt der sechs verschiedenen Legierungen -und ist
wesentlich höher als das höchste Produkt bei den bisher bekannten Legierungen aus
Eisen und Kobalt mit vergleichbaren Eigenschaften.
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Bei den weiteren Versuchen zur Erlangung einer optimalen Zusammensetzung
einer Legierung für Permanentmagneten wurde eine Anzahl von Legierungen zurechtgemacht,
in denen das Vanadium konstant mit io l)/, enthalten war, während die Mengen von
Eisen und Kobalt verändert wurden. Die Veränderung der Remanenz, der Koerzitivkraft
und des Produktes 23,5" auf Grund einer Verschiebung der Menge Eisen relativ zu
der Menge Kobalt ist in der Fig. 2 dargestellt. Bei einer konstanten Menge von io
0/, Vanadium zeigt die Abzsisse den Prozentsatz des Kobalts, während die
Ordinate A die Remanenz in Gauß, die Ordinate B die Koerzitivkraft in Örsted
und die Ordinate C das Produkt 5B,Sj, darstellen. Bei dem in dieser Kurve
gezeigten .Prozentsatz des Kobalts war die Remanenz im wesentlichen konstant bei
gooo Gauß bei einer Steigerung des Kobalts bis zu 5?, 0/,. Bei einer weiteren
Erhöhung des Prozentsatzes des Kobalts fiel die Remanenz ab. Die Koerzitivkraft
steigt fast linear mit der Zunahme des Kobalts und erreicht ihr Maximum von
320 Örsted bei 53 0/, Kobalt. Das Maximum des Produktes
2,5,
wurde mit 52 0/0 Kobalt, 38 0/, Eisen und io
0]. Vanadium erreicht. Die Remanenz beträgt gooo Gauß und die Koerzitivkraft
300 Örsted.
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Nunmehr wurde die Wännebehandlung der optimal-en Legierung näher untersucht.
Auf einen Durchmesser von
6 mm gezogene Musterstücke wurden von den folgenden
Temperaturen abgeschreckt: 6oo,
650,
700, 750, 800, 900, iooo, iioo,
i2oo und 1300'
C. Diese MusterstÜcke wurden erst magnetisch geprüft und danach
vor der zweiten Prüfung über verschiedene Zeitdauer bei 6oo'
C Wärme behandelt.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Fig.
3 gezeigt, aus der die Veränderung
der Remanenz, der Koerzitivkraft und von
2 bei einer hohen Magnetisierungskraft
einer aus Vanadium, Eisen und Kobalt bestehenden Legierung zu ersehen ist. Die hier
zur Verwendung kommende Wärinebehandlung besteht in einer
Ab-
schreckung von
den bereits erwähnten Temperaturen, worauf die Musterstücke einer Wärmebehandlung
bei 6oo'
C unterzogen wurden. Die bei der Prüfung benutzte Legierung war
aus
38 0/0 Eisen,
52 % Kobalt und io
0/0 Vanadium zusammengesetzt,
und die daraus hergestellten gegossenen Musterstücke von etwa 2o mm Durchmesser
waren auf etwa
6 mm Durchmesser gezogen. Die Abszisse in Fig.
3 zeigt
die Abschrecktemperaturen in Celsius, die Ordinate
A, die Flußdichte B und
die Ordinate B die Koerzitivkraft
5,.
In dieser Figur zeigen die Kurven i
bis
6 folgende Werte:
| Kurve Wert Wärme- |
| 1 1 behandlung |
| 1 2 bei 1-735 Örsted Abschreckung |
| 2 2 bei 25 1735 Härtung |
| 3 Koerzitivkraft |
| 4 Remanenz |
| 5 Abschreckung |
| 6 Koerzitivkraft |
Die Veränderung der maximalen Flußdichte, der Remanenz und der Koerzitivkraft bei
einer maximalen Magnetisierungskraft von 1735 Örsted in Abhängigkeit von der Abschrecktemperatur
ist für die Muster sowohl in einem abgeschreckten wie auch in einem gehärteten Zustand
gezeigt. Bei den gehärteten Mustern sind die Werte von 2, und
5, in Verbindung
mit dem höchsten Produkt 2,5" dargestellt. Die Kurven in der Fig.
3 zeigen,
daß die magnetischen Daten innerhalb eines weiten Bereiches von Abschrecktemperaturen
von 8oo bis
1300' C im wesentlichen konstant sind. Bei den abgeschreckten
Musterstücken bleibt die maximale Flußdichte i8ooo Gauß und die Remanenz von 58oo
Gauß bei einer Abschrecktemperatur von 8oo bis etwa iioo' im wesentlichen konstant,
während diese Werte leicht abfallen, wenn die Abschrecktemperaturen auf i2oo und
1300'
C gesteigert werden. Die Koerzitivkraft bleibt im wesentlichen konstant
bei etwa 5o Örsted. Bei den gehärteten Mustern bleibt auch die maximale Flußdichte
konstant
bei etwa 16 2oo Gauß und die Remanenz bei gooo Gauß bei
Abschrecktemperaturen bis zu etwa iioo'
C,
worauf diese Werte bei höheren
Abschrecktemperaturen leicht abfallen. Der Wert der Koerzitivkraft ist
250 Örsted bei einer Abschreckung von 8oo'
C und nimmt zu bis etwa
295 Örsted bei einer Abschrecktemperatur von 1300'
C. Das Produkt
2,5, ist somit im wesentlichen konstant für diesen Bereich von Abschrecktemperaturen.
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Die Ergebnisse, die bei der Verwendung von Abschrecktemperaturen unter
8oo' C erzielt worden sind, sind ebenfalls von Interesse. Die Kurven in der
Fig. 3
zeigen, daß sich das Verhalten der Legierungen radikal verändert, wenn
die Abschreckung bei 750' C vorgenommen wird, Die maximalen Flußdichten und
die Remanenzen fallen erheblich ab und decken sich im
wesentlichen mit den
Werten der abgeschreckten und wärmebehandelten Legierung. Die Koerzitivkraftkurve
fällt für das wärmebehandelte Muster und steigt bei dem abgeschreckten Muster, und
zwar etwa auf den gleichen Wert wie der Mindestwert des wärmebehandelten Musters.
Die bei den beiden Wärmebehandlungen erzielten Ergebnisse weichen somit nicht stark
voneinander ab.
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Wird die Legierung von einer Temperatur abgeschreckt, die unter
750' liegt, so nimmt nicht nur die maximale Flußdichte, sondern auch die
Remanenz zu, wobei sich die Kurven der beiden Wärmebehandlungen im wesentlichen
decken. Die sich hieraus ergebenden Werte sind außergewöhnlich günstig für Wärmebehandlungen
bei derart niedrigen Temperaturen. Die Kurven der Remanenz sind etwa gleich in der
Form, jedoch ist der Wert bei dem abgeschreckten Muster niedriger als bei dem wärmebehandelten
Muster. Der Unterschied verkleinert sich aber bei Herabsetzung der Abschrecktemperatur.
Messungen mit Röntgenstrahlen zeigten das Vorhandensein nur einer Phase bei den
abgeschreckten oder den langsam abgekühlten Mustern, die bis zu 8oo'
C oder
höher erwärmt waren. Nach einer weiteren Wärmebehandlung bei
750' C waren
jedoch bei diesen Musterstücken zwei Phasen vorhanden. Widerstandsmessungen, die
bei den entsprechenden Mustern von etwa
6 nun Durchmesser vorgenommen wurden,
ergaben Resultate, die in der Tabelle 2 verzeichnet sind,
| Tabelle z |
| Spezifischer |
| Wäxmebehandlung Widerstand |
| 1 in Ohm/cm |
| Gezogen von einer Stange von 2o 91,3 |
| Ausglühung im Tiegel bei iooo' C |
| während i Stunde, Abkühlung im Muster i |
| Ofen ......................... 90,5 |
| Wärmebehandlung bei 750' C, Ab- |
| kühlung im Ofen .............. 67,2# |
| Gezogen von einer Stange von 2o mm gi,i |
| Wärmebehandlung bei 75o'C wäh- Lster 2 |
| rend i Stunde und Abkühlung im |
| Ofen ......................... 67,o# |
Aus dieser Tabelle geht hervor, daß der spezifische Widerstand beim Auftreten der
zusätzlichen Phase sehr stark verringert wird.
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Während der weiteren Untersuchung wurden Muster an Hand der günstigsten
Zusammensetzung der Legierung hergestellt und anderen Wärmebehandlungen als die
oben beschriebenen unterzogen. Die Ergebnisse dieser weiteren Wärmebehandlungen
sind in der Tabelle
3 näher angegeben.
| Tabelle 3 |
| Durchmesser |
| Wärinebehanfflung :51 C?C des Musters |
| Gegossener Stab .....................................................
5040 64,5 20mm |
| Gegossener Stab, wärmebehandelt bei 6oo'C während
8 Stunden in einer |
| Wasserstoffatmosphäre .............................................
68go 295,0 20 |
| Gegossener Stab, im Tiegel ausgeglüht bei iioo' C während
2o Stunden, im |
| Ofen abgekühlt ....................................................
5270 55,9 20mm |
| Gegossener Stab, im Tiegel ausgeglüht bei iioo'C während 2o
Stunden, wärme- |
| behandelt bei 6oo' C während 8 Stunden in einer
Wasserstoffatmosphäre 8630 299,0 20mm |
| Im Tiegel ausgeglüht bei iooo'C während i Stunde und im Ofen
abgekühlt 5035 51,6 6 mm |
| Gezogen von 2o mm, im Tiegel ausgeglüht bei iooo'C während
i Stunde, Ab- |
| kühlung auf 6oo' C und wärmebehandelt während 4 Stunden
und schließ- |
| lich abgekühlt im Ofen .............................................
516o 58,0 6 mm |
| Ausgeglüht im Tiegel bei iooo'C während i Stunde, Abkühlung
im Ofen, Er- |
| wärmung bei 6oo' C während 8 Stunden in einer
Wasserstoffatmosphäre . . 8100 290,0 6 mm |
| Gezogen von 2o mm, wärmebehandelt während 2 Stunden bei 6oo'
C in einer |
| Wasserstoffatmosphäre .............................................
10350 215,0 6 mm |
| Gezogen von 2o mm, wärmebehandelt während 15 Minuten bei
650' C und |
| abgeschreckt in Öl .................................................
8ooo 22o,o 6 mm |
| Erhitzt während 2o Minuten bei :i2oo' C, abgeschreckt
in Öl, wärmebehandelt |
| während 31 Stunden bei 575'C in einer Wasserstoffatmosphäre
.......... 8750 305,0 6mm |
Diese Tabelle zeigt, daß günstige Werte durch eine Wärinebehandlung
nach dem Gießen der Legierung erzielt werden können, ohne daß eine Abschreckung
vor der Wärmebehandlung erfolgt. Es geht fernerhin aus dieser Tabelle hervor, daß
Werte in derselben Größenordnung entstehen, wenn die Abschreckung durch ein Ausglühen
ersetzt wird. Aus dem letzten Versuchsergebnis geht hervor, daß eine Wärmebehandlung
bei
575' C zu etwa den gleichen Ergebnissen, vom magnetischen Standpunkt
aus gesehen, führt wie eine Wärmebehandlung bei 6oo', daß aber bei der niedrigeren
Temperatur etwa die dreifache Zeit erforderlich ist.
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Die Fig. 4 zeigt Vergleichskurven zwischen der neuen erfindungsgemäßen
Legierung nach Kurve 9 und drei anderen für die Herstellung von Pennanentmagneten
bekannten Materialien. Die Kurve io entspricht einer aus Eisen, Kobalt und Molybdän
bestehenden Legierung mit der Zusammensetzung 72 % Eisen, 12 0/0
Kobalt
und 16 % Molybdän. Die Kurve ii entspricht einer aus 36 l',', Kobalt,
7 0/, Wolfram, 4 "/o Chrom, o,6 "/, Kohle und Rest Eisen bestehenden Legierung,
während die Kurve 12 einer aus 2,9 "/,) Nickel, 58 %
Eisen und 13
% Aluminium bestehenden Legierung entspricht. Die Abszisse M in der Fig.
4 ergibt das Produkt 2 x 5 x io-1 für die Kurven des Energieproduktes,
während die Werte von 5 an der Abszisse N
zu entnehmen sind. Für die
Entmagnetisierungskurven ist 5 in Örsted angegeben. Die Remanenz in Gauß
ist auf der Ordinate eingetragen. Bei einem Vergleich zwischen der erfindungsgemäßen
Legierung und den beiden erstgenannten bekannten Legierungen ergibt sich, daß das
Maximum des Produktes 2S5 der neuen Legierung etwa zwischen diesen beiden Legierungen
liegt. Die aus Eisen, Kobalt, Wolfram, Chrom und Kohle bestehende Legierung besitzt
eine Remanenz von 95oo Gauß und eine Koerzitivkraft von 240 Örsted gegenüber ii
ooo Gauß für die Remanenz und 25o Örsted für die Koerzitivkraft bei der aus Eisen,
Kobalt und Molybdän bestehenden Legierung. Gegenüber diesen Werten ist die Remanenz
gooo Gauß und die Koerzitivkraft 300 Örsted bei der erfindungsgemäßen Legierung.
Die mechanischen Eigenschaften dieser neuen Legierung sind wesentlich besser als
das bisher bekannte, gute magnetische Eigenschaften aufweisende Material zur Herstellung
von Permanentmagneten.
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Es wurde fernerhin bei den Untersuchungen festgestellt, daß eine einen
hohen Prozentsatz Vanadium aufweisende Legierung äußerst befriedigende permanentmagnetische
Eigenschaften aufwies, nachdem das entsprechende Musterstück während einer Zeit
von mehreren Stunden in flüssige Luft eingetaucht worden war. So wurde beispielsweise
eine Stange von etwa 2o mm Stärke aus einer aus 40,5 0/, Eisen, 45,5 % Kobalt und
14)/, Vanadium bestehenden Legierung während einer Zeit von 30 Minuten und
einer Temperatur von i2oo' C erwärmt und dann in Öl abgeschreckt.
Daraufhin wurde das Musterstück während mehrerer Stunden in flüssige Luft hineingetaucht,
worauf eine Wännebehandlung bei 6oo' C -während 4 Stunden durchgeführt wurde.
Vor dem Abschrecken und auch nach der Eintauchung in die flüssige Luft wurde das
Musterstück gemessen. Das Ergebnis dieser Messung zeigte, daß die Verbesserung der
magnetischen Eigenschaften durch das Eintauchen in flüssige Luft sehr erheblich
war. Die Endergebnisse nach der Wärmebehandlung ergaben bei diesem Musterstück eine
Remanenz von 5200 Gauß, eine Koerzitivkraft von 329 Örsted und I085o
Gauß für 2 bei.5 1735 örsted.
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Die Fig. 5 zeigt ein zusammengesetztes Dreieckdiagramm, in
dem die elliptische Fläche den jeweüigen Prozentsatz der Bestandteile der Legierung
kennzeichnet, der für die Herstellung von Legierungen mit hohen permanentmagnetischen
Eigenschaften geeignet ist. Die Fläche des gestrichelten Trapezes entspricht den
in der Beschreibung erwähnten Prozentsätzen der verschiedenen Bestandteile der Legierungen,
während die Utsächlich bevorzugten Prozentsätze durch die elliptische Fläche gekennzeichnet
sind.
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Die erfindungsgemäßen, aus Vanadium, Eisen und Kobalt bestehenden
Legierungen können einen kleinen Zusatz von anderen Elementen erhalten, ohne daß
die permanentmagnetischen Eigenschaften der Legierungen schädlich beeinträchtigt
werden. Somit kann eines der folgenden Elemente hinzugefügt werden, und zwar 1:
0/, Silber, o, i l)/, Kohle, 10/, Niobium, 2 l)/, Chrom, 3 %
Kupfer,
i "/, Mangan, 2 % Molybdän, 0,25 "/, Phosphor, 0,5 04 Silicium
und 39, Wolfram.
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Die in der Beschreibung erwähnte spanlose Verformung umfaßt eine Formveränderung
des Materials durch Verringerung des Durchmessers oder der Stärke in einem oder
mehreren Arbeitsvorgängen mit Hilfe von mechanischen Kräften. Die spanabhebende
Verformung umfaßt Gewindeschneiden, Bohren, Hobeln, Feüen, Schneiden und ähnliche
Arbeitsvorgänge.