DE905026C

DE905026C - Verfahren zur Warmbehandlung eines magnetisierbaren Werkstoffes

Info

Publication number: DE905026C
Application number: DES12546D
Authority: DE
Inventors: Weldon H Brandt; Walter R Woodward
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1942-01-23
Filing date: 1942-01-23
Publication date: 1954-02-25

Description

Verfahren zur Warmbehandlung eines magnetisierbaren Werkstoffes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmbehandlung magnetisierbarer Legierungen aus Kobalt, Vanadin und Eisen, die z. B. für Kerne elektromagnetischer Maschinen; geeignet sind.
Legierungen ausi Kobalt und Eisen. wurden bereits als magnetisierbare Werkstoffe für die Herstellung elektrischer Maschinen verwendet. Diese Legierungen können, wenn sie wärmebehandelt werden, für sehr hohe Flußdichten verwendet werdien, sie werden aber bei der Wärmebehandlung spröde. Die bisher bekannten Verfahren waren nicht geeignet, solche Legierungen herzustellen, die genügend kalt- und warmverformbar waren.
Die Erfindung bezweckt, verformbare, magnetisierbare Legierungen aus Kobalt, Vanadin und Eisen mit hoher Permeabilität zu schaffen, die zugleich niedrige Energieverluste haben, wo= sie unter dem Einfuß eines Wechselfeldes stehen.
Abb. i zeigt für verschiedene Legierungen die Erichsen@Tiefung in Abhängigkeit von der Glühtemperatur; Abb.2 zeigt für die gleichen Legierungen wie Abb. i die Flußdichte in Abhängigkeit von der Glühtemperatur; Abb. 3 gibt die ErichsenrTiefung für eine Eisem.-Kobalt-Vanadin-Legierung in, Abhängigkeit von der Glühtemperatur wieder; Abb. q. zeigt für dieselbe Legierung wie Abb. 3 die Flußdicbte einer Feldstärke von H = io 0e in Abhängigkeit von; der GlühtemperatuT. Der Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer magnetisierba.ren Legierung, die die folgenden Merkmale hat: a) Sie muß eine Permeabilität haben, die bei einer Feldstärke von H = ioo 0e größer als Zoo, vorgrößer als i2oo ist, sowie, eine: hohe S ättigung sintduktion; b) die Legierung mu.ß zu: Blechen, Stäben oder Streifen in Stärken Von[ 0,25 mm oder «reuiger verarbeitet werden körnen, und zwar dadurch, daß sie geschmiedet und/oder heißgewalzt und: kalt bearbeibet wird; c) aufs der Legierung hergestellte Bleche müssen die guten magnetischen Eigenschaften nach einer Wärmebehandlung aufweisen, die eine genügende Streckbarkeit hervorruft, um de Bleche in Maschinen einbauen und diese einwandfrei betreiben zu können.
Die bisher bekannten Kabalt-Eism, Legie@run:gen würden: einer oder zwei der Anforderungen genügen, aber nicht allen dreien. Insbesondere waren die auif didm Markt befindlichen Kob aJt-Ei:sietn-Legierungen nach dien Glühen spröde, so daß ihre besten magnetischen Eigenschaften nicht erzielt bzw. aus@genuitzt weirdeni konnten. Bleche aufs solchem Kobalt-Eisen-Legierunigen waren hinsichtlich ihrer Zerbrechlichkeit etwa, dünnen Glasplatiten ähn:ltich. Es war erforderlich, Bleche aus solchen Legierungen: beim Zusammenbau: elektrischer Maschinen mit Sorgfalt zu handhaben.. Erschütterungen und u,nvo-rssichtige Handhabung konnten. der Anlaß sein. daß die geglühten Legierungen. zerbrachen.
Es ist bereits ein Verfah:rrni bekannitgewo:rden. Legierungen mixt 7o bis 30 °/o Kobalt, o,5 bis .4 % Vanadin., bis zu 3 0/0 Mangan, Rest Eisen., bei Temperatuirien über 85o° C, vorzugsweise bei ungefähr goo bis iooo° C, zu glühen und a@nsichlie:ßtend. rasch abzuschrecken. Als Abschreckmittel wird die besonders stark wirkender Salzsole oder Eis, empfohlen. Dieses Verfahren hat den: großen, Nachtexil, nur für kleine Werkstoffmengen überhaupt durchführbar zu stein. Außerdem treten. besonderes dann, wenn dünne Bleche derartig behandelt werden" Verziehungen auf, so, da:ß es nicht möglich ist, Einzelteile maßhaltig zu glühen. Werden solche verworfenen Einzelteile durch nachträgliche mechanische Behandlung wieder in die gewünschte Form gezwungen, so werden die nach der Glühung auftretenden günstigen. magnetischen. Eigenschaften wieder verdorben..

Die Erfindung verwendet magnetisierbare, Le rungen, welche gegenüber dien bekanmeein Legierungen einen wesentlich geringeren Kobaltgehalt von nur 25 bis 32 % aufweisen. Um hoble! Permeabilität, geringe. Verlustes, gute Kaltwalzbarkeit und gute Streickbarkeit zu erzielen,, werden, diese Legierungen gemäß der Erfindung einer, Glühbchandlung bei Temperaturen von 55o bis: 8oo° C mit anschließender unterworfen,. Diel Behandlung erfolgt in einem nicht aufkohlwnden und nicht oxydierenden Gas, z. B. Wasserstoff.

In Abb. i sind drei Kurven, gezeigt, welche die

kritische Wirkung einer solchen Wärmebehand-

lung auf drei verschiedene Legierungen, darstellen.

Kurve a für 27 % Kobale, 2 % Vanadin, o,5 %

Mangan, Rest Eisen, offenbart nach Glühung bei

6oo bi 700° C einen Höchstwert der Erichsen,

Tiefung von 5,5 mm. Gute Ergebnisses werden

durch Wärmebehandlungen von 55o bis 8oo° C

erzielt. Dies unterstes Kurve c zeigt die Abhängig-

keit ider Erichsen-Tiefung von der Glühtemperatur

für eine Legierung aus Eisen, die 27 % Korbalt,

aber kein Vanadin enthält. Drei durch Zuilegie@ren

von 2 % Vanadini und Glühen. innerhalb, Beis: o@btigen

Temperaturbereiches erzielte Verbesserung beträgt

in einigen Fällen ungefähr das Dreifache. Die

mittlere Kurve b für eine Legierung, die außer

Eisen 30 0/a Kobalt und 2 11/o Vanadin enthält, zeigt

gegenüber Kurve c eine Erhöhung der Erichsen-

Tiefumg (Streckbarkeitt) innerhalb des. T'emperatu.r-

bzreiches von 55o bis Soo° C. Da,obala!-E.isen,

Legierungen um so spröder werden, je mehr der

Kotbahgehal.t zunimmt, ist diel für die 30%ige

Kob,alt-Eiisien-Vanadiin, Legieirung durch Wärme,

behandlung Innerhalb dies Bereiches voni 55o bis

8oo° C erzieltes Verbesserung gegenüber der vana-

dinifreien 27%igen, Kobalt-Eisen-Legierung sehr

b-eidieutemid. Ähnliche; kritische, Tiefungskurven

können für Kobalt-Vanadin.-Eisen-Le!gierunboen eir-

halten werden" die' 25 bis 32 0/0 Kobalt und o,5 bis

3 % Vanadin enthalten.

In Abb. 2 sind zwei Gruppen von Kurven für die

Legierungen der Abb. i für Feldstärken von io 0e

und ioo 0e eingetragen. Die drei otbeiren Kurven

zeigen die Wirkung der Wä,rmebehandilung aus. drei

Legierungen b:ei. ioo 0e. Das Zulegieren von. Vana-

d.in (Kurve rz) setzt die Permeabilität der 27°/oige,n

Kobalt-Eisen-Legierung (Kurve c) herab. Die Wir-

kung von 2 % Vanadini wird jedoch durch Er-

höhung dies Kobaltbmehaltes von 27 auf 30 "/o un-

gefähr ausgeglichen (Kuirve b). Die Wirkung der

verschiedenen Glühtemp,eraturein@ ist, jedoch bei

diesen höheren Flußdichten nicht auffa.ll,e@nd4 Bei

Feild@sbärken - vo,n io 0e wird dlie Wirkurig der

Wärmebehandlung besonders deutlich. Wise: aufs

den drei unterien Kurven deir Abb. 2 zu erstehen ist,

ist die Wirkung der Glühtemperatur zwischen, 5oo

und 6oo° C sehr deutlich. Die Flußdichte für alle

drei gezeigten Beispiele nimmt von etwa 2 Kilo-

gauß hei ungefähr 5oo° C auf über 13 Kidogauß bei

6oö°; C zu. Das Optimum der Permeabiilität wird bei

Temperaturen wenig übeir 6oo° C bei einer Feld-

stärke von io 0e erzielt, und die Kurven. werdien

dann flach. Wie ersichtlich, besteht die Wirkung

des Vanadins darin, eine Abnahme: dien Peirrnieabti-lii-

tät der Kobalit-Eisen-Legiierung herbeizuführen.

Wie aus den, Abb-. i und, 2 ersichtlich, müssen die,

Glühtemperaturen zurr, Erreichung der gewürsch tien

magnetischen: Eigensichaften 55o° C übersteigen.

Um außerdem .die größtmögliche Tiefung zu er-

reichen, müssen, die Glühtemperatuireni 6oo bis

700° C betragen.

Versuchsangaben: von o,¢ mm starkeri Blechen

aus einer Legierung mit o,95 % Vanadiu, 28 %

Kobalt, 0,3 % Mangan, o,i % Silizium, Resit Eisein,

sind in den Abb. 3 und 4 gezeigt.

In Abb. 3 ist die Erichse@n-Tiefuing in Abhängig-

keit von der Glühtemperatur eingetragen. Die

höchste Streckba.rkeit wurdie durch Glühen bei 65o

bis 7oo° C erzielt.

Abb. 4 zeigt für die gleiche 1-ieigierung die, magne,-

tische Flußdichte bei einer- Feldstiä.rke, von io 0c

nach Glühungen bei verschiedenen Temperaau:reni.

Wie zu ersehen:, ist bei einer Feldstärke von. io 0e

die Flußdichte unterhalb von. 65o° C stra:rk ab-

hängig von der Glühtemperatur. Oberhalb 65o° C

erfolgen nur geringe Änderungen bei einer Ände-

rung der Glühtemperatur.

Bei Feldstärken. von 25 und ioo 0e ist dagegen

die Wirkung der Glühtemperatur nicht sehr

bedeutend.

Die Kernverluste der gleichen Legierung ne@hm°_n

mit der Flußdich:te zu, wie eis. bei den: meisten

magnetisierba-ren `Werkstoffen der Fall ist. Bei ein

und derselben Flußddchte nehmen die K "ernverluiste

mit steigender Glühfiemperatuir ab. Es ist daher

wünschenswert, bei Temperaturen von. etwa 7oo

bis 75o° C zu glühen, um den kleinsten Kemnver-

lust zu erhalten, wenn der Werksstoff in. einem

Wechselfeld, verwendet werden, soll.

Die Eisen-Kobalt-Vanadin, Legierungen ,, die o.5

bis 3 % Va,nadin und! 25 bis 32 °/o Kobalt enthalten.,

werden einerWärmebehan.d.lun.g von 55o bis Soo° C

unterworfen, um eine Streckbarken zu erhalten, die:

für die Herstellung von Blechscheiben für beweg-

liche elektirodynamischeMaschinen sebir wünsichens-

wert ist. Bleche aus diesieni Legierungen, die gemäß

der Erfindung behandelt sind:, können, beim Zu-

sammenbau der Maschinien

oder festgeklemmt werden, ohne daß sie, beschädigt

werden.. Im Beitriebe wird eine Beschädigung der

Bleche aus diesen Legierungen infolge von Er-

schütterunigen, oder zufälltiger rauheir, Handhabung

nicht eintreten.

Beis der Herstellung der Legierungen ist es

wünschenswert, den KohJenstoffgeihalit so, niedrig

wie möglich zu halten. Durch Glühen, der Rohistoffc,

wie z. B. Rundplättchein aus reinem Eisen und,

Kobalt, im Wasserstoff kann, ihr Kohlensitoffgehalt

verringert werden. Wenn man den Schmelzvor-

gang zwecks Verhinderung einer- Verunreiinigung

der Schmelze einwandfrei vornimmt, tirä;gt dies

dazu beii, den Kohlenstoffgehalt niedrig zu haleen.

Ferner kann die Wärmebehandlung der Legierung

in einer Wass:ers:toffatmosphäre dien: Kohlenstioff

beseitigen, z. B. biss au:f 0,035 % und weniger.

Teile, z. B. Blechscheiben: aus Legierungen aus

Eisten mit 25 bis 32 % Kobalt, o,5 bis 3 % Vana-

d:in, o,25 bis i °/o ?Mangan:, können in verschiedener

Weise wärmebehanAeilt; werden, um ihre hohe

magnetische Pe.rmeabilität und gute Streckbarkeit

zu erzielen, z. B. dadurch, daß Blechscheibwn in

einen dicht abgeschlossenen: Behälter im Wasserstoff bei 55o bis Soo° C geglüht werdeni. In manchen Fällen. können andere neutrale odeir- reduzierende Atmosphären verwendest werdien, z. B. durch den Crackprozeß aufgespaltenes Ammoniakgas. Durch eine solche Atmosphäre wird gewährleistet, daß diie Blechscheiben mit einer siauberen Fläche und richtigem niedrigem Kohlenstoffgehalt aus dem Ofen herauskommen. Die Glühdauer kann dabei i bis ,4 Stunden betragen.

Der Behälter wird zweckmäßig in dem Ofen; abgekühlt, bis; eine genügend niedrige Temperatur erzielt wurde, so daß die Blechscheiben, wenn sie drjr Luft. ausgesetzt- werden, nicht oxydieren:. Langsame Abkühlung ist bevorzugt, um ein Verwerfen; sowie ein Entstehen: von Spannungen in den Blechen zuvermeiden. AndereWärmebehandlungsverfahren können verwendet werden, um dieselben Ergebnisse zu Erzielen.
Eine Reihe von: IAgierungen, bei denen der Kobaltgehaft von 20 bis 55 % sowie der Gehalt an Vanadiin und Mangan: schwankt, wurden. und geprüft. Es hat sich herausgestellt, däß bei Kobaltgehalten unter 20% die magnetischen Eigenschaften der Legierung die eingangs unter a) angegeben°i. Anforderung nicht mehr erfüllen. Wenn. die Gehalt an, Kobalt 35 % übersteigt, wird es siehr schwierig, kaltzuwalzen, so, da,ß die Forderuing unter b) nicht erfüllt wird.
Eine Erhöhung desi Anteils an Vaniadiin über 30/0 ist nicht wünschenswert. Die Permeabili.t,ät nimmt ab, wenn der Vanadiingeha,lt 3 % übersteigt. Wenn der Vanadingehalt unter o,5 oder i % Liegt, kann die Streckba,rkeit durch Wärmebeha,udllung nicht he@rbiei@gefüh;rti werden. Eine andere günstige Wirkung dies: erhöhten Van dingeha,lts besteht. dlariin, daß der elektrische spezifische Widerstand der Legierungen erhöht wird, wobei die Wirbelstromverluis.te unter dem E,inffluß von Wechselfeld ern verringert werden. Einte 2%ige Vanadiinlegierung ist daher für einige Fället etwas besser als eine solche miit i % Vanadin und darunter.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Warmbehan@dl:ung eines ma, gnetisderbaren Werksitofffes mit hoher- Perrn.eabi- lität, geringen. Verlusten und guter Kaltwalz- barkeift und Streickbarkeit, beisrteihen@d aus 25 bis 32 °/o Kobalt, 0,5 bis. 3 % Vanad.in, o,25 bis i % Mangan und, dem Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, dadurch gekenn- zeichnet. daß der Z@Terkstoff einer Glühbehand- lung bei Temperaturen von 55o bis 8oo° C mit anschließender Ofenabkühlung unterworfen wird.

Angezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 4o4 oi i.