EP1169487A1 - Korrosionsfreie eisen-nickel-legierung für fehlerstromschutzschalter und uhrenlaufwerke - Google Patents

Korrosionsfreie eisen-nickel-legierung für fehlerstromschutzschalter und uhrenlaufwerke

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EP1169487A1
EP1169487A1 EP00926919A EP00926919A EP1169487A1 EP 1169487 A1 EP1169487 A1 EP 1169487A1 EP 00926919 A EP00926919 A EP 00926919A EP 00926919 A EP00926919 A EP 00926919A EP 1169487 A1 EP1169487 A1 EP 1169487A1
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EP
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alloy
alloy according
yoke
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EP00926919A
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Johannes Tenbrink
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority claimed from DE1999132473 external-priority patent/DE19932473A1/de
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    • H01H71/323—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements with rotatable armature

Definitions

  • the invention relates to an alloy based on Nikkei and iron with a nickel content of 40 to 55 wt .-% and a chromium content between 0.5 and 6 wt .-%.
  • Such an alloy is known from US-A-5, 135, 588.
  • the known alloy based on iron and nickel has a Ni content of 40-52% by weight, a Cr content of 0.5-5% by weight and concentrations of sulfur, oxygen and boron below 0.005% by weight .-% on. Due to its good magnetic properties, the alloy is suitable as a material for magnetic cores.
  • a disadvantage of the known alloy is that individual corrosion centers and blooming can occur on the surface of the body made from this alloy, which are particularly troublesome when smooth surfaces are important. This is particularly the case with precision parts such as relays for residual current circuit breakers or stepping motors for watch drives. There, small geometric deviations on the surface of a component made from the known alloy can result in the inoperability of the component in question.
  • the object of the invention is to create an alloy with improved corrosion resistance that is suitable for precision mechanical applications.
  • the concentration of Ca, Mg and S together is less than 0.009% by weight. -%.
  • the low content of Ca, Mg and S significantly improves the corrosion resistance of the alloy.
  • the sharp deoxidizing agents calcium and magnesium generally form oxides in the melt, which have a corrosive effect on the surface.
  • Sulfur also forms sulfides, which also form corrosion centers on the surface of a component made from this alloy.
  • the low concentration of calcium, magnesium and sulfur therefore significantly improves the corrosion resistance of the iron-nickel alloy, so that it can also be used for precision mechanical components.
  • Figure 1 is a schematic representation of a relay for a residual current circuit breaker
  • FIG. 2 shows a divided stator of a stepping motor for a clockwork
  • Figure 3 is a graph showing the dependence of corrosion resistance on the Cr content.
  • Figure 4 is a diagram showing the dependence of the saturation induction on the Cr content.
  • Figure 1 is a representation of a relay 1 for a residual current circuit breaker, which has an armature 2 and a yoke 3. Both the armature 2 and the yoke 3 are made of an alloy based on iron and nickel.
  • a permanent magnet 4 is connected to the yoke 3 and generates a magnetic flux which holds the armature 2 on the yoke 3.
  • a magnetic coil 5 is generated by a trip coil 5, which is dependent on the fault current and counteracts the flow of the permanent magnet 4. Infoigen that a return spring 6 pulls the armature 2 from the yoke 3 and interrupts the circuit to be monitored.
  • Functional surfaces 7 of the yoke 3 and functional surfaces 8 of the armature 2 are usually ground during the manufacture of the relay 1 in order to ensure a precise function of the relay 1 with the lowest possible output power. It is also essential for a precise function of the relay 1 that the functional surfaces 7 and 8 are and remain free of impurities. If, however, due to the corrosion
  • FIG. 2 shows a stepping motor 9 for a clock run, which has a divided stator 10.
  • the stator 10 comprises a U-shaped coil core 11, which is closed by a return part 12.
  • a circular rotor opening 13 is formed in one of the legs of the coil core 11.
  • the cross section of the coil core 11 is further reduced by notches 14 in the region of the rotor opening 13.
  • the cross section of the coil core 11 at this point is only about 0.5 x 0.5 mm 2 .
  • the stator is magnetically divided, so to speak.
  • the stator can also be divided mechanically by interruptions or gaps.
  • a rotor, not shown in FIG. 2, made of a permanent magnet is located in the rotor opening 13.
  • An excitation coil 15 is also applied to the coil core 11, by means of which a magnetic flux is generated in the coil core 11 in the stator 10.
  • the stator 10 quickly saturates, so that the magnetic flux enters the rotor opening 13 in the area of the notches. This sets the rotor in rotation.
  • this is a climate test of the total duration of 48 hours with alternating three hours at 55 ° C with 95% relative humidity and three hours at 20 ° C with 45% relative humidity.
  • the salt spray test is a test in which the strips are stored in a desiccator over a previously boiled-up 20% NaCl salt solution for 24 hours.
  • FIG. 3 shows the percentage of parts obtained with rust points in the respective test as a function of the Cr content. There is a clear dependence of the corrosion resistance on the Cr content of the alloy, with a Cr content of about 1.5% corrosion resistance in these tests.
  • FIG. 4 shows the course of the induction Bio and B 20 at a magnetic field strength of 10 A / cm and 20 A / cm.
  • the saturation reduction can be kept above one Tesla.
  • the saturation modulation is above 1.35 Tesla. This is sufficient for a functional watch drive.
  • the alloy AI is a first comparative example, which once again clarifies that the chromium content must not fall below a minimum limit for high corrosion resistance.
  • the alloys B1 to B5 represent preferred exemplary embodiments with an optimal nickel content.
  • Alloys Cl to C4 are further comparative examples in which the concentrations of Ca, Mg and S have been increased beyond the permissible upper limit.
  • Alloys Dl to D4 are further exemplary embodiments of the invention, with nickel concentrations deviating from the optimum nickel content. Compared to the alloys B1 to B5, this sometimes results in poorer magnetic properties.
  • the alloys each contain 0.4-0.6% by weight of manganese and 0.1-0.3% by weight of silicon, the rest being Fe.
  • the magnetic properties were determined on punched rings with an outer diameter of 28.5 mm and an inner diameter of 20 mm and a thickness of 0.7 mm after final annealing at 1150 ° C. for five hours under hydrogen. The punched rings produced in this way were also used to assess the corrosion resistance.
  • the purity index was determined on sections of finally annealed alloy samples, the total characteristic value K 0 being determined in accordance with DIN 50602.
  • DIN 50602 also describes the testing of non-metallic inclusions in the form of oxides and sulfides.
  • a longitudinal metallographic section of the alloy to be examined must be made.
  • An area of at least 100 sqmm is used for evaluation.
  • K the inclusions are determined from a defined inclusion size and the degree of purity of the alloy is given by a summarizing characteristic value K, which characterizes the area of the inclusions and which corresponds to a weighted sum of the total area of the individual types of inclusions.
  • K0 is the most sensitive test.
  • concentrations of Ca, Mg and S must be limited. The following upper limits result:
  • Alloys that comply with these limit values show reliable corrosion resistance and a high maximum permeability.
  • the concentration of the sharp deoxidizing agents Ca and Mg By limiting the concentration of the sharp deoxidizing agents Ca and Mg, the formation of hygroscopic oxides is reduced, so that there is no formation of corrosion centers on the surface of workpieces made with these alloys. Due to the low content of S, only little corrosion-triggering sulfides are formed. In addition, the low concentration of oxides and sulfides makes it easier to move the Bloch walls, which results in high permeability.
  • alloy B3 was used with 47.5% by weight: Ni, 1.77% by weight Cr, 0.48% by weight Mn, 0.20 % By weight Si, 0.002% by weight S and ⁇ 0.001% by weight Mg, ⁇ 0.001% by weight Ca,
  • Winding achieved on average 17 ⁇ 1 mV.
  • a standard alloy with the composition 47.5% by weight of Ni, 0.5% by weight of Mn, 0.2% by weight of Si, balance Fe and manufacturing-related impurities.
  • the voltage drop was 17.5 ⁇ 1.5 mV. This shows that the alloy B3 can be used to manufacture parts for sensitive residual current circuit breakers which, in terms of their magnetic properties, are in no way inferior to residual current circuit breakers with standard alloys.
  • the alloys B1 to B5 listed in Table 1 are also suitable as a material for the stator 10 in the stepping motors 9 for watch drives if special corrosion resistance is required.
  • the material is very soft.
  • the Vickers-Harte HV is usually around 100.
  • the functional surfaces 8 of the armature 2 and the yoke 3 are then ground in order to ensure a precise function of the relay 1.
  • the functional surfaces 8 are worn by the ultimately unavoidable relative movement between the armature 2 and the yoke 3, the air gap between the functional surfaces 8 is changed.
  • the resulting change in the shear of the hysteresis loop changes the effective permeability of the magnetic circuit and thus the sensitivity of relay 1.
  • the tripping power therefore changes with an increasing number of switching cycles. If a change of +/- 20% of the originally set trigger power is exceeded, relay 1 is no longer usable.
  • the term service life is therefore understood to mean the number of switching cycles, after which the draw power deviates by a maximum of 20% from the initially set draw power.
  • a chromium-containing nickel-iron alloy such as an alloy with 47.5% by weight Ni, 1.9% by weight Cr, 0.45% by weight Mn, 0.15% by weight Si and a limited content of Ca, Mg and S initially has the advantage of improved corrosion resistance. Alloying with Cr also opens up the possibility of targeted surface hardening by nitriding. This means that Oberflacnenharten can be set with a Vickers-Harte HV above 20C.
  • the connection layer formed by nitriding must not become too thick, since it would act as an air gap in the magnetic circuit of relay 1.
  • s ⁇ c ° increases the coercive field strength H c by nitriding.
  • the connecting layer is thinner than 25 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m, the increase in the coercive force H c is within reasonable limits.
  • Table 2 shows examples of parts made of an alloy based on nickel, iron and chromium, the surface of which has been treated by nitriding.

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Abstract

Eine Legierung auf der Basis von 40-55 Gew.-% Nickel und Eisen wird durch Legieren mit 0,5-6 Gew.-% Chrom korrosionsbeständig. Die Oberflächen der aus dieser Legierung hergestellten Teile werden durch Nitrieren gehärtet. Die Legierung eignet sich insbesondere für die Anwendung in Relais und Uhrenlaufwerken. Die Konzentration von Ca, Mg und S zusammen beträgt weniger als 0,009 Gew.-%.

Description

Beschreibung
Korrosionsfreie Eisen-Nickel-Legierung für Fehlerstromschutzschalter und Uhrenlaufwerke
Die Erfindung betrifft eine Legierung auf der Basis von Nikkei und Eisen mit einem Nickelgehalt von 40 bis 55 Gew.-% und einem Chromgehalt zwischen 0,5 und 6 Gew.-%.
Eine derartige Legierung ist aus der US-A-5, 135, 588 bekannt. Die bekannte Legierung auf der Basis von Eisen und Nickel weist einen Ni-Gehalt von 40 - 52 Gew.-%, einen Cr-Gehalt von 0,5 - 5 Gew.-% sowie Konzentrationen an Schwefel, Sauerstoff und Bor unterhalb von 0,005 Gew.-% auf. Die Legierung eignet sich aufgrund der guten magnetischen Eigenschaften als Material für Magnetkerne.
Ein Nachteil der bekannten Legierung ist, daß auf der Oberflache der aus dieser Legierung hergestellten Korper einzelne Korrosionszentren und Aufblühungen entstehen können, die insbesondere dann störend sind, wenn glatte Oberflachen wichtig sind. Dies ist insbesondere bei feinmechanischen Teilen wie beispielsweise bei Relais für Fehlerstromschutzschalter oder Schrittschaltmotoren für Uhrenlaufwerke der Fall. Dort können kleine geometrische Abweichungen an der Oberflache eines aus der bekannten Legierung hergestellten Bauteils die Funktions- unfahigkeit des betreffenden Bauteils zur Folge haben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für feinmechanische Anwendungen geeignete Legierung mit verbesserter Korrosionsfestigkeit zu schaffen .
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß dadurch gelost, daß die Konzentration von Ca, Mg und S zusammen weniger als 0,009 Gew . -% betragt . Durch den niedrigen Gehalt von Ca, Mg und S wird die Korrosionsfestigkeit der Legierung wesentlich verbessert. Denn die scharfen Desoxidationsmittel Calcium und Magnesium bilden im allgemeinen in der Schmelze Oxide, die an der Oberfläche kor- rosionsauslösend wirken. Durch den Schwefel werden außerdem Sulfide gebildet, die ebenfalls Korrosionszentren auf der Oberfläche eines aus dieser Legierung hergestellten Bauteils bilden. Durch die niedrige Konzentration an Calcium, Magnesium und Schwefel wird daher die Korrosionsfestigkeit der Ei- sen-Nickel-Legierung wesentlich verbessert, so daß diese auch für feinmechanische Bauteile verwendbar ist.
Weitere vorteilhafte Zusammensetzungen sowie Verwendungen der erfindungsgemäßen Legierung sind Gegenstand der abhangigen Ansprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung naher anhand der beigefugten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Relais für einen Fehlerstromschutzschalter;
Figur 2 einen geteilten Stator eines Schrittschaltmotors für ein Uhrenlau werk;
Figur 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Korrosionsbeständigkeit vom Cr-Gehalt darstellt; und
Figur 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Sattigungs- induktion vom Cr-Gehalt zeigt.
Figur 1 ist die Darstellung eines Relais 1 für einen Fehlerstromschutzschalter, das einen Anker 2 und ein Joch 3 aufweist. Sowohl der Anker 2 als auch das Joch 3 sind aus einer Legierung auf der Basis von Eisen und Nickel hergestellt. Ein Dauermagnet 4 ist mit dem Joch 3 verbunden und erzeugt einen magnetischen Fluß, der den Anker 2 am Joch 3 festhalt. Durch eine Auslosespule 5 wird ein magnetischer Fluß erzeugt, der vom Fehlerstrom abhängig ist und dem Fluß des Dauermagne- ten 4 entgegenwirkt. Infoigen dessen zieht eine Rückzugfeder 6 den Anker 2 vom Joch 3 ab und unterbricht den zu überwachenden Stromkreis.
Üblicherweise werden bei der Herstellung des Relais 1 Funkti- onsflachen 7 des Jochs 3 und Funktionsflachen 8 des Ankers 2 geschliffen, um eine präzise Funktion des Relais 1 mit möglichst geringer Ausloseleistung zu gewahrleisten. Wesentlich für eine präzise Funktion des Relais 1 ist weiterhin, daß die Funktionsflachen 7 und 8 frei von Verunreinigungen sind und bleiben. Falls sich jedoch aufgrund der Korrosion auf den
Funktionflachen 7 und 8 Verunreinigungen ausbilden, kommt es aufgrund der unvermeidbaren Relativbewegung zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3 zu lokalen Materialaufwerfungen zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3. Dadurch kann sich der Luftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3 verandern, so daß die Ausloseleistung des Relais 1 verändert wird.
Ahnlich liegen die Verhaltnisse bei Uhrenlaufwerken. Figur 2 stellt einen Schrittschaltmotor 9 für ein Uhrenlauf erk dar, der einen geteilten Stator 10 aufweist. Der Stator 10 umfaßt einen U-formigen Spulenkern 11, der von einem Ruckschlußteil 12 abgeschlossen ist. In einem der Schenkel des Spulenkerns 11 ist eine kreisförmige Rotoroffnung 13 ausgebildet. Durch Kerben 14 im Bereich der Rotoroffnung 13 ist der Querschnitt des Spulenkerns 11 weiter reduziert. Typischerweise betragt der Querschnitt des Spulenkerns 11 an dieser Stelle nur noch etwa 0,5 x 0,5 mm2. Dadurch wird der Stator sozusagen magnetisch geteilt. Die Teilung des Stators kann auch mechanisch durch Unterbrechungen oder Lucken ausgeführt sein. In der Ro- toroffnung 13 befindet sich ein in Figur 2 nicht dargestellter Rotor aus einem Dauermagneten. Auf dem Spulenkern 11 ist ferner eine Erregerspule 15 aufgebracht, durch die ein magnetischer Fluß im Spulenkern 11 im Stator 10 erzeugt wird. Im Bereich der Kerben 14 geht der Stator 10 schnell in Sättigung, so daß der Magnetfluß im Be- reich der Kerben in die Rotoroffnung 13 eintritt. Dadurch wird der Rotor in Drehung versetzt.
Falls sich im Bereich der Kerben 14 korrosionsbedingte Verunreinigungen ausbilden, verändert sich der in die Rotoroffnung 13 eintretende Magnetfluß, was die Funktionsfahigkeit des Uhrenlaufwerks 9 beeinträchtigt. Das gleiche gilt, wenn sich Verunreinigungen in Ausbuchtungen 16 der Rotoroffnung 13 ausbilden oder überhaupt im Bereich der Rotoroffnung auftreten.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, verbessert sich die Korrosionsbeständigkeit einer Legierung auf der Basis von Eisen und Nikkei mit zunehmendem Chromgehalt.
In Figur 3 sind die Ergebnisse von Versuchen dargestellt. Da- be wurden 0,7 mm dicke Streifen aus einer NiFeCr-Legierung verschiedenen Tests unterzogen.
Zum einen handelt es sich dabei um einen Klimatest der Ge- saπtdauer von 48 Stunden mit abwechselnd drei Stunden bei 55°C mit 95 % relativer Luftfeuchtigkeit und drei Stunden bei 20 °C mit 45 % relativer Luftfeuchtigkeit.
Bei dem Salznebeltest handelt es sich um einen Test, bei dem die Streifen über einer zuvor aufgekochten 20 %ιgen NaCl- Salzlosung für 24 Stunden in einem Exsikkator gelagert werden.
In Figur 3 ist der Prozentsatz der im jeweiligen Test mit Rostpunkten angefallenen Teile als Funktion des Cr-Gehalts aufgetragen. Es ist eine deutliche Abhängigkeit der Korrosionsbeständigkeit vom Cr-Gehalt der Legierung feststellbar, wobei ab einem Cr-Gehalt von etwa 1,5 % Korrosionsbeständigkeit in diesen Tests besteht.
Durch den zunehmenden Cr-Gehalt wird jedoch die Sattigungsm- duktion erniedrigt.
Figur 4 zeigt den Verlauf der Induktion Bio und B20 bei einer Magnetfeldstarke von 10 A/cm und 20 A/cm. Bis zu einem Cr- Gehalt von < 6 Gew.-% kann die Sattigungsmduktion oberhalb von einem Tesla gehalten werden. Unterhalb eines Cr-Gehalts von 3 % liegt die Sattigungsmduktion oberhalb von 1,35 Tesla. Dies ist ausreichend für ein funktionsfähiges Uhrenlaufwerk.
Um die bereits oben erwähnten Verunreinigungen und Aufbluhun- gen zu verhindern, ist es ferner notwendig, die Konzentration von Calcium, Magnesium und Schwefel in der Legierung zu begrenzen. In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse verschiedener Versuche zusammengestellt. Die Legierung AI ist ein erstes Vergleichsbeispiel, das nochmals verdeutlicht, daß der Chromgehalt für eine hohe Korrosionsbeständigkeit eine Mindestgrenze nicht unterschreiten darf. Die Legierungen Bl bis B5 stellen bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele mit einem optimalen Nickelgehalt dar. Legierungen Cl bis C4 sind weitere Ver- gleichsbeispiele, bei denen die Konzentrationen an Ca, Mg und S über die zulassige Obergrenze hinaus erhöht wurden. Die Legierungen Dl bis D4 sind weitere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung, mit vom optimalen Nickelgehalt abweichenden Nickel- konzentrationen. Dabei ergeben sich im Vergleich zu den Le- gierungen Bl bis B5 teilweise schlechtere magnetische Eigenschaften. Bei einem hohen Nickelgehalt, wie im Ausfuhrungs- beispiel Dl, beruht dies darauf, daß bei einem höheren Nik- kelgehalt jenseits des optimalen Nickelgehalts die erzielbare Induktion abnimmt. Bei einem Nickelgehalt unter dem optimalen Nickelgehalt ist es dagegen notwendig, hohe Konzentration ar Cr zu wählen, um die erforderliche Korrosionsbeständigkeit :a erhalten. Ein hoher Chromgehalt wirkt sich jedoch auf die Sattigungsinduktion nachteilig aus. Bei Nickelgehalten oberhalb von 55 Gew.-% verschlechtert sich außerdem die Sattigungsinduktion allein aufgrund des hohen Nickelgehalts auf für viele Anwendungen ungenügende Werte. Dies wird insbeson- dere anhand der Ausführungsbeispiele D3 und D4 deutlich. Wahrend beim Ausführungsbeispiel D3 aufgrund des Cr-Gehalts von 2,97 Gew.-% der Salznebeltest negativ war, erwies sich die Legierung gemäß dem Ausführungsbeispiel D4 aufgrund des hohen Cr-Gehalts von 5,9 Gew.-% sowohl im Klimatest als auch im Salznebeltest als korrosionsbeständig.
Neben den in Tabelle 1 angegebenen Konzentrationen in Gew.-% enthalten die Legierungen jeweils 0,4 - 0,6 Gew.-% Mangan und 0,1 - 0,3 Gew.-% Silicium, Rest Fe . Die magnetischen Eigen- schaffen wurden an Stanzringen mit einem Außendurchmesser von 28,5 mm und einem Innendurchmesser von 20 mm der Dicke 0,7 mm nach Schlußgluhung bei 1150°C für fünf Stunden unter Wasserstoff bestimmt. Die so hergestellten Stanzringe wurden auch für die Beurteilung der Korrosionsbestandikeit herangezogen. Der Reinheitsindex wurde an Schliffen von schlußgegluhten Legierungsproben bestimmt, wobei die Bestimmung des Summenkennwerts K0 nach DIN 50602 vorgenommen wurde.
In der DIN 50602 wird die Prüfung auch nichtmetallischer Ein- Schlüsse in Form von Oxiden und Sulfiden beschrieben. Dazu muß ein metallographischer Langsschliff der zu untersuchenden Legierung angefertigt werden. Zur Auswertung gelangt ein Flache von mindestens 100 qmm. Beim Verfahren K werden dazu die Einschlüsse ab einer festgelegten Einschlußgroße erfaßt und der Reinheitsgrad der Legierung durch einen zusammenfassenden, den Flacheninhalt der Einschlüsse kennzeichnenden Kennwert K angegeben, der einer gewichteten Summe des gesamten Flacheninhalts der einzelnen Arten von Einschlüsse entspricht. Die Prüfung nach K0 ist dabei die empfindlichste Prüfung. Um eine sichere Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Permeabilität, insbesondere eine hohe Maximalpermeabilitat μma oberhalb von 80.000 zu erzielen, müssen die Konzentrationen an Ca, Mg und S begrenzt sein. Es ergeben sich folgende Ober- grenzen:
Für Kalzium 0,0025 Gew.-%, vorzugsweise 0,0015 Gew.-%; für Magnesium 0,0025 Gew.-%, vorzugsweise 0,0015 Gew.-%; für Schwefel 0,004 Gew.-%, vorzugsweise 0,002 Gew.-%.
Legierung, die diese Grenzwerte einhalten, zeigen eine sichere Korrosionsbeständigkeit und eine große Maximalpermeabilitat. Denn durch die Begrenzung der Konzentration der scharfen Desoxidationsmittel Ca und Mg wird die Ausbildung von hygro- skopischen Oxiden herabgesetzt, so daß es nicht zur Ausbildung von Korrosionszentren auf der Oberflache von mit diesen Legierungen hergestellten Werkstucken kommt. Durch den geringen Gehalt an S werden auch nur wenig korrosionsauslosende Sulfide gebildet. Außerdem wird durch die geringe Konzentra- tion an Oxiden und Sulfiden die Verschiebung der Blochwande erleichtert, was eine hohe Permeabilität zur Folge hat.
Wesentlich ist auch die Freiheit von groben Verunreinigungen wie nichtmetallischen Einschlüssen und Schlackenresten. Bei dem Relais 1 für Fehlerstromschutzschalter werden die Funktionsflachen von Joch 3 und Anker 2 geschliffen. Wenn dabei derartige Verunreinigungen angeschliffen werden, fuhrt dies in der Regel zu einer verminderten Lebensdauer des Relais 1. Aufgrund der unvermeidbaren Relativbewegung zwischen Anker 2 und Joch 3 beim Offnen und Schließen des Relais 1 kommt es beim Vorliegen derartiger Verunreinigungen zu lokalen Materialaufwerfungen zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3. Dadurch wird der Luftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3 verändert und damit die Ausloseleistung des Relais 1. Die ge- wünschte Schaltspielzahl von beispielsweise 4000 Schaltspie- len mit einer Veränderung der Ausloseleistung von weniger als ± 20 % kann dann nicht mehr erreicht werden. Um die Tauglichkeit der in der Tabelle 1 aufgeführten Legierungen zu testen, wurde aus der Legierung B3 mit 47,5 Gew.--: Ni, 1,77 Gew.-% Cr, 0,48 Gew.-% Mn, 0,20 Gew.-% Si, 0,002 Gew.-% S und < 0,001 Gew.-% Mg, < 0,001 Gew.-% Ca,
< 0,001 Gew.-% AI, Rest Fe sowie unvermeidbaren Verunreinigungen jeweils 20 Anker 2 und Joche 3 gefertigt. Bei einer Messung mit einer Gleichstrom-Vormagnetisierung von 0,45 Tesla wurde an den 20 Paaren von Anker 2 und Joch 3 bei einem Prufstrom von Ieff =10 mA ein Spannungsabfall über die
Wicklung von im Mittel 17 ± 1 mV erzielt. Zum Vergleich wurde die gleiche Messung mit einer Standardlegierung der Zusammensetzung 47,5 Gew.-% Ni, 0,5 Gew.-% Mn, 0,2 Gew.-% Si, Rest Fe und herstellungsbedingten Verunreinigungen durchgeführt. Es ergab sich ein Spannungsabfall von 17,5 ± 1,5 mV. Dies zeigt, daß mit der Legierung B3 Teile für empfindliche Fehlerstromschutzschalter hergestellt werden können, welche in Bezug auf die magnetischen Eigenschaften den Fehlerstromschutzschaltern mit Standardlegierungen nicht nachstehen.
Die in der Tabelle 1 aufgeführten Legierungen Bl bis B5 eignen sich auch als Material für den Stator 10 in den Schritt- schaltmotoren 9 für Uhrenlaufwerke, wenn besondere Korrosionsbeständigkeit gefordert ist.
Dabei ist es insbesondere möglich auf die bisher übliche vor der Korrosion schutzende Beschichtung des Stators 10 zu verzichten.
XI (0 H Im Zusammenhang mit dem Relais 1 für Fehlerstromschutzschalter kann die Lebensdauer des Relais 1 durch Ausbilden einer harten Oberflachenschicht durch Nitrieren wesentlich verbessert werden.
Denn nach der für die Einstellung der weichmagnetischen Eigenschaften des Ankers 2 und des Jochs 3 notwendigen Schluß- gluhungen bei Temperaturen oberhalb 1000 °C ist das Material sehr weich. Üblicherweise liegt die Vickers-Harte HV um 100. Wie bereits erwähnt, werden die Funktionsflachen 8 des Ankers 2 und des Jochs 3 anschließend geschliffen, um eine präzise Funktion des Relais 1 zu gewährleisten. Da aber die Funktionsflachen 8 durch die letztlich unvermeidbare Relativbewegung zwischen dem Anker 2 und dem Joch 3 abgenutzt werden, wird der Luftspalt zwischen den Funktionsflachen 8 verändert. Die dadurch verursachte Veränderung der Scherung der Hystereseschleife verändert die effektive Permeabilität des Magnet- kreises und damit die Empfindlichkeit des Relais 1. Die Aus- loseleistung verändert sich daher mit zunehmender Zahl der Schaltspiele . Wenn eine Veränderung von +/- 20 % der ursprunglich eingestellten Ausloseleistung überschritten wird, ist das Relais 1 nicht mehr brauchbar. Unter dem Begriff Lebensdauer wird daher die Zahl der Schaltspiele verstanαen, nach denen die Ausloseleistung maximal um 20 % von der an- fangs eingestellten Ausloseleistung abweicht.
Die Verwendung einer chromhaltigen Nickel-Eisen-Legierung, wie beispielsweise eine Legierung mit 47,5 Gew.-* Ni, 1,9 Gew.-% Cr, 0,45 Gew.-% Mn, 0,15 Gew.-% Si und einem begrenz- ten Gehalt an Ca, Mg und S bringt zunächst den Vorteil einer veroesserten Korrosionsbeständigkeit. Durch das Legieren mit Cr eröffnet sich aber zusätzlich die Möglichkeit einer gezielten Oberflachenhartung durch Nitrieren. Damit lassen sich Oberflacnenharten mit einer Vickers-Harte HV oberhalb von 20C einstellen. Dabei darf die durch Nitrieren ausgebildete Verbindungsschicht nicht zu dick werden, da sie im Magnetkreis des Relais 1 als Luftspalt wirken wurde. Außerdem erhöht sιc° die Koezitivfeidstärke Hc durch das Nitrieren. Wenn die Verbindungsschicht allerdings dünner als 25 μm, vorzugsweise 10 μm, ist, halt sich die Zunahme der Koezitivfeidstarke Hc jedoch in vertretbaren Grenzen.
Tabelle 2:
In Tabelle 2 sind Ausfύhrungsbeispiele von Teilen aus einer Legierung auf einer Basis von Nickel, Eisen und Chrom zusammengestellt, deren Oberflache durch Nitrieren behandelt worden ist.
Es sei angemerkt, daß sich durch Nitrieren in einem Tempera- turbereich 400 bis 800 °C, vorzugsweise zwischen 480 und
600 °C, Schichtdicken unterhalb von 10 μm erzielen lassen.
Ferner sei angemerkt, daß neben Nitrieren mit Hilfe von NH3 eine zusatzliche C- oder O-Aktivitar im Prozeßgas, also Nir- tocarboπeren oder Oxinitrieren, in Frage kommt. Durch die Oberflachenbehandlung mit Nitrieren wird die Lebensdauer des Relais 1 wesentlich erhöht. So können etwa 5000 Schaltspiele mit weniger als +/- 20 % Änderung der Ausloseleistung durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Legierung auf der Basis von Nickel und Eisen mit einem Nickelgehalt von 40 b s 55 Gew.-% und einem Chromgehalt zwischen 0,5 und 6 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Ca, Mg und S zusammen weniger als
0,009 Gew.-% betragt.
2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von
Ca < 0,0025 Gew.-%,
Mg < 0,0025 Gew.-%, S < 0,004 Gew.-%.
3. Legierung nach Anspruch 2, ge kenn zeichnet durch einen Gehalt von Ca < 0,0015 Gew.-%,
Mg < 0, 0015 Gew.-%, S < 0,002 Gew.-%.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge kenn ze ichnet durch einen Gehalt von O < 0,01 Gew.-%, N < 0,005 Gew.-%, C < 0,02 Gew.-%.
Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von Mn < 1 Gew.-% und einem Gehalt von Si < 1 Gew.-%.
6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge kennzeichnet durch einen Gehalt an Cr > 1,5 Gew.-%.
7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge kennzeichnet durch einen Gehalt an Cr < 3 Gew.-%.
8. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge kennzeichnet durch einen Gehalt an Ni > 45 Gew.-%.
9. Legierung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Ni-Gehalt zwischen 46,5 Gew.-% und 48,5 Gew.-%.
10. Teil aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflache des Teils eine Nitride enthaltende Verbindungsschicht mit einer Dicke co 25 μm aufweist.
11. Teil nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet , daß die Dicke der Oberflachenschicht ω 10 μm ist.
12. Relais für ein Fehlerstromschutzschalter mit einem Joch (3) und einem das Joch (3) abschließenden Anker (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (2) und/oder das Joch (3) aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt sind.
13. Schrittschaltmotor für Uhrenlaufwerke mit einem Stator (10) , dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (10) wenigstens abschnittsweise aus einer Legierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist .
14. Verfahren zur Behandlung der Oberflachen eines Teils aus einer Legierung nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberflache des Teils wenigstens teilweise durch Nitrieren in einer NH3 enthaltener Atmosphäre eine Verbindungsschicht mit einer Schichtdicke unterhalb von 25 μm ausgebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsschicht mit einer Schichtdicke unterhalb von 10 μm ausgebildet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Koezitivfeidstarke Hc durch das Ausbilden der Verbindungsschicht auf 300 mA/cra begrenzt ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Koezitivfeidstarke auf weniger als 100 mA/cm begrenzt ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflachenbehandlung im Temperaturbereich von 400 bis 800 °C durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflachenbehandlung im Temperaturbereich von 480 bis 600 °C durchgeführt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch ge kennzeichnet , daß die Oberflache nitrocarburiert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberflache oxinitriert wird.
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