DE939269C

DE939269C - Eisenlegierung mit geringem und gleichmaessigem Anstieg der Permeabilitaet bei zunehmender Feldstaerke und hohem Absolutwert der Anfangspermeabilitaet

Info

Publication number: DE939269C
Application number: DEA7633D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Phil Kiessling; Klaus Dr Sixtus
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1942-06-06
Filing date: 1942-06-06
Publication date: 1956-02-16

Description

Eisenlegierung mit geringem und gleichmäßigem Anstieg der Permeabilität bei zunehmender Feldstärke und hohem Absolutwert der Anfangspermeabilität Für viele Zwecke der Elektrotechnik, insbesondere für die Kernwerkstoffe der Schwachstromtechnik, ist ein möglichst geringer und gleichmäßiger Anstieg der Permeabilität mit der Feldstärke erwünscht. Als Werkstoffe mit dieser Eigenschaft werden fast ausschließlich Nickel-Eisen-Legierungen mit Nickelgehalten zwischen 36 und 500/, verwendet, bei denen der geringe Permeabilitätsanstieg (gemessen durch den Anstiegsfaktor) entweder konstruktiv (Luftspalte) oder auf metallurgischem Wege durch unvollständige Rekristallisation oder durch Beigabe von geringen ausscheidungsfähigen Zusätzen zur Legierung erzwungen wird. Die Erfindung geht einen grundsätzlich anderen Weg. Bei Eisenlegierungen, deren Verhalten bei Erhitzung und durchÄ6lZüfiUg eine mit Temperaturhysterese behaftete a-y-Umwandlung gekennzeichnet ist, wird nach geeigneter Behandlung ein geringer Anstiegsfaktor verbunden mit einer günstigen Absoluthöhe der Permeabilität erzielt. Diese Legierungen gehören zu den in der Metallkunde als Legierungssystenne mit offenem y-Feld bezeichneten. Zu ihnen gehören z. B. Eisenlegierungen mit 10/, Nickel oder Mangan oder mit den Elementen der B. Gruppe des Periodischen Systems: Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt. Die Verhältnisse seien am Beispiel des Eisens und von Legierungen aus Eisen mit 5 und g 0/0 Ni näher betrachtet, welche letzteren hauptsächlich zum Zwecke der Steigerung des elektrischen Widerstands ,je- 3_0/0 Silizium enthalten. Die Proben lagen im kaltgewalzten Zustand vor, ein entsprechendes Verhalten tritt jedoch auch bei nickelhaltigen Gußproben oder an solchen nickelhaltigen Proben auf, die vorher von hoher Tempeiatur abgeschreckt wurden. Werden die Proben bei verschiedenen Temperaturen angelassen, wobei von der jeweiligen Anlaßtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 5o°/Min. an der Luft abgekühlt und darauf der Permeabilitätsverlauf gemessen wird, so ergibt sich der in der Abbildung dargestellte Verlauf. Die senkrechten Striche bedeuten den bei 5o Hz zwischen einer Feldstärke von 5 niOe (unteres 'Ende des Striches) und ioo mOe (oberes Ende) gemessenen Penneabilitätsbereich ,u5 bis A"", über der jeweiligen Anlaßtemperatur. Mit zunehmender A.nlaßtemperatur nehmen anfänglich sowohl ,u5 als auch der Permeabilitätsanstieg Aß = ,ui" bis ,u5 zu. Beiden nickelhaltigen Legierungen tritt bei gewissen Temperaturen ein plötzliches Wiederabsinken der Permeabilität verbunden mit einer Verkleinerung von Aß auf.. Diese kritische Temperatur liegt bei Eisen mit 3 % Si und g % Ni bei 6oo°, sie entspricht der Temperatur der A3 Umwandlung, die sich selbst in der wieder erkalteten Probe noch bemerkbar macht. Das in der Legierung enthaltene Nickel hat, wie aus der Abbildung hervorgeht, die nicht vorauszusehende Wirkung, den Permeabilitätsanstieg wesentlich gegenüber der nickelfreien Legierung herabzusetzen, und zwar sowohl .nach Glühung oberhalb als auch unterhalb der A3 Umwandlungstemperatur. Die Permeabilitätshöhe selbst bleibt dabei in den für die Anwendung-brauchbaren Grenzen, ja sie liegt teilweise sogar höher als in der nickelfreien Legierung. Die Legierung finit 3 0/0 Si und 5 0/0 Ni hat z. B. nach Glühung bei 65o° bei wesentlich geringerem Anstiegsfaktor eine höhere Permeabilität als die nickelfreie Legierung (,u5 = 480, dju = 30), Ein entsprechendes Verhalten wird auch bei den Zweistofflegierungen des Eisens mit Nickel beobachtet. Bei einer Probe mit 5 0/0 Ni, bei der die kritische Temperatur bei 65o° liegt, ergibt ein Anlassen bei 750° ei ,u5 = 38o und ein Au = =o. Im Gegensatz dazu, wird bei unlegiertem Eisen nach, Glühung bei 850° ein ,u5 = 350 und ein JA = 300 gemessen. Für die Zwecke der Schwachstromtechnik haben - die Zweistofflegierungen jedoch einen ungünstig niedrigen elektrischen Widerstand. Zur Widerstandserhöhung wird deshalb z. B. Silizium zulegiert, es können aber auch andere widerstandserhöhende Elemente, wie Aluminium oder Chrom; verwendet werden. Bei einer Zugabe von 3 0/0 Si zu einer fünfprozentigen Nickel-Eisen-Legierung steigt der elektrische Widerstand von o,2 auf 0,5 d2 mm2/m. ' Permeabilität und Anstieg hängen innerhalb gewisser Grenzen von der Abkühlgeschwindigkeit ab. Bei einer Probe mit 5 % Ni und 3 % Si ergibt sich nach Anlassen auf 85o° C bei einer Abkühlgegchwindigkeit von i°/Min. ,u5 = 575, d ,a = 50_ und nach einer Abkühlgeschwindigkeit von 25°/Min. ,u5 = 410, d ,u = 20, Ähnliche Eigenschaften zeigen, auch.andere Legierungen mit' offenem y-Gebiet, rvärin auch im allgemeinen nicht so günstige Werte erzielt werden wie bei den mit Nickellegierten .Proben. So ergeben beispielsweise zwei-Legierungen_ mit Mn. und Si nach Anlassen bei verschiedenen Temperaturen die folgenden Werte:

20 /o Mn, 3 % Si, I Std. 8oo° 640 =40

4 % Mn, 3 % Si, I Std. 7oo° 460 40

Die bisher verwendeten hochprozentigen Nickel-Eisen-Legierungen ließen einen bestimmten Wert der Anfangspermeabilität nur nach umständlichen Probeglühungen in beschränktem Maße erreichen, bei den Eisen-Silizium-Legierungen war dies aber überhaupt "niclit' inöglich.-'Bei den erfindungsgemäßen zu verwendenden Legierungen- kann jedoch jede Anfangspermeabilität zwischen dem nach Abschrecken aus dem Austenitgebiet -liegenden Tiefstwert und dem bei Glühung wenig unterhalb der kritischen Temperatur bzw. nach langsamer Abkühlung erzielten Höchstwert mit beliebiger Genauigkeit erhalten werden. Es ist dazu nur notwendig, nach dem Abschrecken aus dem Austenitgebiet eine Glühung unterhalb der kritischen Temperatur vorzunehmen. Die Permeabilität steigt daher mit einer von Temperatur und Glühdauer abhängigen Geschwindigkeit wieder. Die Glühung wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Permeabilität erreicht ist, was sich durch wiederholte Messungen leicht überprüfen läßt. Ist die gewünschte Permeabilität zufällig überschritten, so kann die Behandlung - Abschrecken aus .dem Austenitgebet,. Anlassen unterhalb der kritischen Temperatur - ohne weiteres wiederholt werden. Die folgende Tabelle zeigt an einem Beispiel die allmähliche Erreichung eines vorgeschriebenen ,u6 Wertes von 4oo bei einer Probe mit 5 0% Ni und 3 0/0 .Si.

i. Glühung i Std. 8oo° Luftkühlung 527

2. - I - 85o0 - _378

3. - I - 5000 - 383

4. - 1 -. 5500 400

Entsprechende Behandlungsschritte führen auch bei den übrigen Legierungssystemen mit offenem y-l@eld-zum Ziel. Der Grund für das übereinstimmende Verhalten der zu dieseln System gehörigen Legierungen hängt mit der allen -diesen Legierungen gemeinsamen Temperaturhysterese der a-y-Umwandlung, um derent-`=willen-die Legierungen-äuch als irreversilbe bezeichnet werden, zusammen. Die Rückkehr aus der y-Phase in die a-Phase ist ein sehrträge verlaufender-Prbzeß; der wahrscheinlich über gewisse Zwischenzustände erfolgt, die reit inneren Verspannungen verbunden sind, welche wiederum ,die magnetischen Eigenschaften in der angegebenen Weise beeinflussen.
Gegenüber den zur Zeit als Werkstoff mit geringem Permeabilitätsanstieg- gebrachten Nickel-Eisen-Legierungen mit etwa 40 0/ö Nickel gestattet die Verwendung der. erfindungsgemäßen Legierungen eine erhebliche Einsparung an devisenbelastetem Nickel bzw. die gänzliche Ausschaltung von Nickel als -Legierungsbestandteil. Allen bekannten und als Ersatz für die hochprozentigen Nickellegierungen vorgeschlagenen Werkstoffen sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen durch ihren geringen Permeabilitätsanstieg überlegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen mit Eisen als Grundstoff, deren Verhalten bei Erhitzung und Abkühlung durch eine mit Temperaturhysterese behaftete a-y-Umwandlung gekennzeichnet ist, als magnetische Werkstoffe mit geringem und gleichmäßigem Anstieg der Permeabilität bei zunehmender Feldstärke und hohem Absolutwert der Anfangspermeabilität.
2. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i, welche o, i bis 30 °/o Nickel enthalten.
3. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i, die i bis 2o °/o Mangan enthalten.
4. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i, welche Nickel und Mangan in einer Gesamtmenge von o,i bis 3004 enthalten.
5. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i, welche mindestens eins der Elemente der B. Gruppe des Periodischen Systems (Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) und gegebenenfalls Nickel oder Mangan oder beide in solcher Menge enthalten, daß die entstehende Legierung bei Erhitzung und Abkühlung eine mit Temperaturhysterese behaftete a-y-Umwandlung durchmacht.
6. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i bis 5, die neben den in Anspruch 2 bis 4 genannten Elementen noch zwischen o,5 und io o/, Si oder Al oder zwischen 0,5 und 30% Cr oder beide Elemente in einer Gesamtmenge von bis zu 30 °/o enthalten.
7. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i bis 6, die oberhalb der Temperatur der a-y-Umwandlung geglüht sind. B. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i bis 7, die aus dem -y-Gebiet mit einerbestimmten Geschwindigkeit von zwischen 2o und 5o°/Min. an der Luft abgekühlt sind. g. Verwendung von Zwei- und Mehrstofflegierungen nach Anspruch i bis 8, bei denen die Schlußglühung unterhalb der a-y-Umwandlung bei einer solchen Temperatur und während einer solchen Zeit durchgeführt wird, daß ein vorgeschriebener Wert der Permeabilität und des Permeabilitätsanstieges erzielt wird. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1811 032, 2 o85 118; österreichische Patentschrift Nr.141473.