NL7905311A - Fe-cr-co permanente magnetische legering en de werk- wijze ter verkrijging van de legering. - Google Patents

Description

1 Λ VO 7864 **

Western Electric Company, incorporated New York, Verenigde Staten van Amerika.

Fe-Cr-Co permanente magnetische legering en de werkwijze ter verkrijging van de legering.

De uitvinding heeft betrekking op Fe-Cr-Co magnetische materialen.

Magnetische materialen die geschikt zijn voor het gebruik van relais, bellen en electro-akoestische transducenten zoals 5 luidsprekers en telefoons bezitten een hoge waarde van de magnetische coercitiekracht, de remanentie en het energieprodukt.

' Onder bestaande legeringen met geschikte magnetische eigenschappen zijn Al-Ni-Co-Fe en Cu-Ni-Fe legeringen, die laden zijn van een groep legeringen, die geacht worden een spinodale microstructuur.

10 Onlangs zijn legeringen, die Fe, Cr en Co bevatten, onderzocht met betrekking tot hun mogelijke geschiktheid voor de fabricage van permanente magneten. In het bijzonder zijn bepaalde temaire Fe-Cr-Co legeringen beschreven in de publikatie van H. Kaneko et al, "New Ductile Permanent Magnet of Fe-Cr-Co systems", AIP Conference Proceedings No. 5, 1972, blz.

15 1088 en het Amerikaanse octrooischrift 3.806.336. Kwatemaire legeringen bevattende ferrietvormende elementen, zoals bijv. Ti, Al, Si, Nb of Ta naast Fe, Cr en Co zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.954,519, 3.989.556, 3.982.972 en 4.075.437.

Het gebruik van ferrietvormende elementen, zoals bijv.

20 Ti, Al, Si, Nb of Ta in kwatemaire legeringen is in het bijzonder bij hogere Co niveau*s of bij de aanwezigheid van verontreinigingen zoals bijv. C, N of O bepleit om de produktie van een voorafgaande fijn korrelige alpha-fasestructuur door lage temperatuurverhitting te vereenvoudigen.

25 De uitvinding is een in wezen temaire Fe-Cr-Co magneti sche legering, waarvan de korrelafmeting voldoende klein is om te resulteren in tenminste drieduizend korrels per mm^ en die een coercitiekracht bezit in het gebied van 30Q-6QQ Oersted, een remanentie in het gebied van 3000-13000 Gauss en een maximum magnetisch energieprodukt in 30 het gebied van 1-6 MGOe.

7905311 * 2 ’Γ * ' . De legering bestaat in vezen uit 25-29 gev.$ Cr, 7-12 gev.$ Co en de rest Fe en kan op geschikte vijze geproduceerd vorden door bijv. een proces, dat oplos singsgLoei en cmvat bij een temperatuur in het gebied van 650-1000°C om een fijn korrelige, in vezen eenfase alpha-structuur 5 te produceren, gevolgd door koud vormen en veroudering. Magneten gemaakt uit dergelijke legeringen kunnen bijv. gebruikt vorden in elektro-acoustische transducenten, zoals luidsprekers en telefoonostvange-re, in relais en in bellen.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader beschreven 10 vorden onder vervijzing naar de tekening, hierin toont: figuur 1 fasediagrammen van tvee Fe-Cr-Co legeringssystemen, bevattende resp. 9 gev.$ Co en 11 gev.$ Co; figuur 2 een microfoto, die 100 maal vergroot de korrelstructuur toont van een Fe-Cr-Co magnetisiie legering,bevattende 28 % 15 Cr en 11 gev.$ Co en die oplossingsgegloeid verd bij 900°C; en figuur 3 een microfoto-, die, 100 maal vergroot, de korrelstructuur toont van een Fe-Cr-Co magnetische legering, bevattende 28 gev.% Cr en 11 gev.$ Co en die oplossingsgegloeid verd bij 1300°C.

Overeenkomstig de uitvinding is vervezenlijkt, dat Fe-Cr-Co 20 legeringen die Cr bevatten in een voorkeursgebied van 25-29 gev.%, Co in een voorkeursgebied van 7-12 gew.% en de rest in vezen Fe zo geproduceerd kunnen vorden, dat zij tegelijkertijd een maximum energieprodukt in het gebied van 1-6 MGOe bezitten en een korrelgrootte die overeen- 3 komt met tenminste 3000 korrels per mm , vaarbij een dergelijke korrel-25 structuur bijzonder voordelig is vanneer de legering koud gevormd moet vorden. Een smaller gebied voor de Cr inhoud kan de voorkeur genieten, en in het belang van het optimaliseren van de vormbaarheid van de legering kan een bovengrens van 28 gev.% en, in het belang van het optimaliseren van de magnetische eigenschappen een benedengrens van 26 gev.$ 30 Cr de voorkeur genieten.

Legeringen volgens de uitvinding kunnen bijv. toebereid vorden door het gieten uit een smelt van de een bedanddeel vormende elementen Fe, Cr, Co of hun legeringen in een smeltkroes of oven zoals bijv. een inductieoven. Anderzijds kan een metalen lichaam met een sa-35 mensteliing binnen het gespecificeerde gebied toebereid vorden door 790 53 1 1 i’ » 3 poedermetallurgie. De toebereiding van een legering en in het bijzon-der de toebereiding door net giéten uit een smelt vraagt een bepaalde zorg ter bescherming tegen het insluiten van bovenmatige hoeveelheden verontreinigingen, die voort kunnen komen uit ruwe materialen, uit de 5 oven of uit de atmosfeer boven de smelt. Als- daarvoor gezorgd wordt en als in het bijzonder voldoende gezorgd wordt voor het minimaliseren van-de aanwezigheid van verontreinigingen zoals bv.stikstof, kan de toevoeging van ferriet'vormende elementen achterwege gelaten worden. Om oxydatie of een bovenmatige insluiting van stikstof te minimaliseren, is- het ge— 10 wenst om een smelt toe te bereiden met een bescherming tegen slakken, in een vacuum of in een inerte atmosfeer, zoals bijv. een argonatmosfeer. Be niveau's van specifieke verontreinigingen worden hij voorkeur gehouden beneden 0,05 gew.# C, 0,05 gew.# IT, 0,2 gew.% Si, 0,5 gew.# Mg, 0,1 gew.# Ti, 0,5 gew.# Ca, 0,1 gew.# Al, 0,5 gew.# Mn, 0,05 gew.# ST en ‘5 0,05 gew.# 0.

De behandeling van de legering na het gieten is in het bijzonder als volgt. De legering wordt geweekt bij een temperatuur, waarbij de legering in een tweefase, alpha plus gamma toestand is gedurende een periode van 1—1C uur, waarbij temperaturen in het gebied wan 1100— 20 1300°C in het algemeen voor dit doel geschikt zijn. Meer specifieke voorkeursgrenzen voor een dergelijke temperatuur overeenkomend met legeringen die resp.g cew.% Co en 11 gew.% Co bevatten, kunnen uit figuur 1 verkregen worden. De legering wordt dan in een dergelijke tweefase toestand heet bewerkt, bijv. door heet walsen, smeden of extrusie 25 om de ophouw, zoals deze gegoten is, af te breken en indien gewenst, kan de legering gevormd worden door koude bewerking. Om een uniforme fijne korrelstructuur te ontwikkelen, wordt de legering dan oplossings— gegloeid bij een temperatuur waarbij de legering in een in wezen een— fase alpha-toestand is en welke in het'algemeen gelegen is in hst ge— bied van 650-1000°C. Yocrkeursbovengrenzen voor de verhittingstempera-tuur voor specifieke legeringen kunnen op geschikte wijze verkregen worden door een benaderende lineaire interpolatie tussen de volgende waarden: 9502C voor eenlegering, bevattende 25 gew.# Cr en 7 gew.# Co, 375 voor een legering, bevattende 25 gew.# Cr en 12 gew.# Co, 11QGcC voor een legering, bevattende 29 gew.# Cr en 7 gew.# Co en 975°C voor 7905311 ‘<r k s' .

een legering bevattende 29 gev.% Cr en 12 gew.$ Co en dienen verder in het belang van de minimalisering van de korrelgroei de 1Q00°C niet te boven te gaan. Terwille van de verbeterde kinetica genieten benedengren -zen van 800°C de voorkeur en terville van het minimaliseren van de gamma-5 fase worden de voorkeursbovengrenzen verkregen dooreen benaderende lineaire interpolatie tussen de respectievelijke "waarden van 925°C, 850°C, 1075°C en 950°C en ook onder de verdere voorwaarde, dat de verhittings-temperatuur de 1000°C niet te boven gaat.

Als de legering koud bewerkt is, kan oplossingsgloeien om 10 de legering in hoofdzaak te rekristalliseren en te homogeniseren van 10 minuten tot 2 uur duren,afhankelijk van de verhittingstemperatuur en de afmeting van de staaf. Meer in het, bijzonder is de benodigde tijd gelegen in het gebied van 30-90 minuten. Oplossingsgloeien kan in lucht of, terwille van het minimaliseren van de oppervlakteccqrdatie, 15 met buitensluiting van zuurstof uitgevoerd worden.

Het oplossingsgloeien wordt beëindigd door snel afschrikken door bijv. water of afschrikken in een zoutoplossing of in het geval van dunne stroken door af schrikken in lucht, zodat bij voorkeur een koelsnelheid van 1000°C/minuut in de gehele legering plaatsvindt. Op dit 20 punt is de legering op of nabij kamertemperatuur, d.w.z. een temperatuur welke de 100°C niet te boven gaat en bezit‘een in wezen uniforme fijne korre laf me ting, welke de 70 micrometer niet te boven gaat (over-

O

eenkomend met tenminste 3000 korrels per nmr). Een dergelijke korrelstructuur wordt in.figuur 2 getoond en kan vergeleken worden met de 25 grove structuur,die verkregen wordt door het verhitten bij een hoge temperatuur, zoals getoond door figuur 3.

Bij een temperatuur die de 100°C niet te boven gaat, kan de legering dan koud gevormd worden door bijv. buigen, draadtrekken, diep trekken of smeden. De fijn korrelige structuur biedt in het bijzonder 30 voordelen als de legering koud gevormd moet worden door draadtrekken, dieptrekken of buigen, d.w.z. door een techniek, welke tenminste een plaatselijke trekdeformatie veroorzaakt. Vanwege de uniform fijne korrelstructuur van de legering, die verhit en af geschrikt is-, kan het trekken plaatsvinden in een mate, die overeenkomt met een wezenlijke 35 verkleining van het dwars oppervlak, van tenminste 50%. Op gelijke wijze 7905311 5 ï-* * kan buigen resulteren in een riehtingsverandering van tenminste 30°, waarbij de resulterende kromtestraal zo is, dat deze geen waarde te boven gaat, die evenredig is met de riehtingsverandering, welke voor een riehtingsverandering van 30° gelijk is aan de dikte van het gebogen 5 deel, en voor een riehtingsverandering van 90° gelijk is aan h maal de dikte van het gebogen deel.

De bovenbeschreven behandeling omvat als karakteristiek een stap waarbij de legering gehouden wordt op een temperatuur die overeenkomt met een in wezen eenfase alpha-toestand. Sen andere zo gekarakteri-10 seerde behandeling kan bijv. plaatsvinden door een warme bewerking met een eindtemperatuur in een in wezen eenfase alpha-gebied, afkoelen en vormen. Bovendien kan het vormen uitgevoerd worden in stappen met tussenliggend extra oplossingsgloeien en afschrikken. Extra behandelings-trappen zoals bijv. bewerking door boren, draaien of frasen voor of 15 na het vormen, zijn niet uitgesloten.

De gevormde legering wordt uiteindelijk onderworpen aan een verouderingsbebande ling om een magnetische harding te ontwikkelen. Een dergelijke verouderingsbehandeling kan elk van een aantal schema's volgen, zoals bijv. beschreven in het Amerikaanse octrooischrift U.075-^37 20 welke de produktie mogelijk maken van magneten met een magnetische re- manentie van 8000-13000 Gauss, een magnetische coercitiekracht van 300-600 Oersted en een magnetisch energieprodukt van 1-6 mega Gauss-Oersted. Bijgevolg kunnen dergelijke legeringen na magnetisering in een magnetisch veld dienen als magneten in relais, bellen en elektro-acous·-25 tische transducenten, zoals luidsprekers en teiefoonontvangers.

Bij de volgende voorbeelden werden de fasestructuur en de kor-relafneting bepaald door röntgendiffractieanaiyse, hardheidsmetingen en metallografische analyse van de microstructuur na oplossingsgloeien en afschrikken, maar voor het koud vormen. De gemiddelde korrelgrootte 30 lag in het gebied van 25-^0 micrometer, zoals getoond in tabel I. In ta- .

bel I zijn ook getoond de magnetische remanentie B , coercitiekracht H, en energieprodukt (BH) , , die bepaald werden na de veroudering van de legeringen.

Voorbeeld I

35 Een staaf van een legering, bevattende 26,3 gew.% Cr, 9,i gew.5 7905311 W' 6 * .

Co en de res.t in vezen Fe verd uit een smelt gegoten. De staafafmetingen varen : een dikte van 31,8 mm, een breedte van 127 mm en een lengte van 30h,3 mm. De gegoten staaf verd verhit tot een temperuur van 1250°C heet gevalst tot een plaat van 6,k mm en met vater gekoeld. Delen van de 5 plaat verden koud gerold bij kamertemperatuur tot stroken met een dikte van 2,5 mm en een breedte van 15,9 mm. De stroken verden bij 900°C gedurende 30 minuten verhit en met vater gekoeld. De stroken verden op-nieuv verhit tot 630°C, gedurende 1 uur op deze temperatuur gehouden, gekoeld met een in vezen constante snelheid van 15 C/uur tot een tem-peratuur van 555°C, gedurende 3 uur op 5^0°C gehouden en gedurende uur op 525°C gehouden.

Voorbeeld II

Stroken van een legering, bevattende 27,7 gev.$ Cr, 10,9 gev.% Co en de test in vezen Fe verden toebereid door gieten, heet beverken, 15 afschrikken, oplossingsgloeien, koelen en rollen, zoals beschreven in voorbeeld I. De stroken verden opnieuv vervarmd tot Ö35°C, gedurende 3 minuten op deze temperatuur gehouden, gekoeld met in vezen constante snelheid van 15°C/uur tot 555°C, gedurende 3 uur op 5^0°C gehouden en gedurende b uur op 525°C gehouden.

20 Voorbeeld III

Stroken van een legering, bevattende 27,3 gev~,% Cr, 7,2 gav.% Co en de rest in vezen Fe., verden toebereid als: EesrEreven in voorbeeld I. De stroken verden opnieuv vervarmd tot o20°C, op deze temperatuur gehouden gedurende 1 uur, af gekoeld met een in vezen constante snel— heid van 15°C/uur tot 555°C, gedurende 2 uur op.555°C geEouden, gedurende. 3 uur op 5^0°C en gedurende 16 uur op 525°C.

Voorbeeld IV

Stroken van een legering, bevattende 26.,8 gev.$ Cr, 10.,6 gexr.% Co en de rest in vezen ijzer verden toebereid zoals: beschreven in voor— ^ beeld I. De stroken varen zacht en buigbaar en konden gemakkelijk, in iedere richting over 90° gebogen vorden over een suEerpe rand met een kromtestraal van 0,08 mm of getrokken vorden, hetgeen resulteerde in een oppervlaktereductie van 99%· De stroken verden verouderd door de legering gedurende 30 minuten op een temperatuur van 680°C te. Eouden, snel 35 af te koelen met een eerste snelheid van 1^0°C/uur tot 615°C en daarna 7905311 7 s.* •m af te koelen met exponentieel afnemende snelheden van 2Q-2°C/uur tót een temperatuur van 525°C.

Voorbeeld 7

Staven met een diameter van 17,8 mm van een legering, hevat-5 tende 27,9 gew./£ Cr, 10,7 gev'.% Co en de rest Fe werden toebereid door gieten, heet bewerken, oplossingsgloeien en afschrikken. De staven werden koud getrokken tot draad met een diameter van 1,78 mm (met een met 99% gereduceerd oppervlak van de dwarsdoorsnede), oplossingsgegloeid bij 930°C gedurende 30 minuten en afgekoeld tot kamertemperatuur. Een 10 verouderende warmtebehandeling werd uit gevoerd door de getrokken draad gedurende 30 minuten op 700°C te houden, af te koelen tot 6l5°C met een snelheid van 30°C/uur in een magnetisch veld van 1000 Oersted en af te koelen tot een temperatuur van 1+80°C met exponentieel afnemende snelheden van 20-2°C/uur.

15 TABEL I

korrel- 3r Hc (BH)

Cr Co afmeting max

Voorbeeld gev.% gew.$ ^um 0 0e MGOe . .

I 26,8 9 Λ 30 10010 380 1,55 20 II 27,7 10,9 25 9750 1+00 1,72 III 27,3 7,2 U0 9280 300 1,10 17 26,8 10,6 l+o 10010 370 1,76 7 27,9 10,7 30 12750 570 5,03 7905311

Claims (6)

1. Voorwerp, Bevattende een lichaam uit een Fe—Cr-*Co magae.-*· tische legering, met Bet Kenmerk., dat de legering Bestaat Tilt 25-2%T Bij voorkeur 26-28 gew\% Cr, 7-12' gev,% Co en de rest met uitzorlderihg van 5 een kleine hoeveelheid onopzettelijke verontreinigingen, in wezen Fe o' en met tenminste 3000 korrels, met mm' , een' coercitlekracKt In het ge-s* bied van 300-600 Oersted, een remanentie in Bet gebied van 8000.-^30.00. Gauss en een magnetisch, energieprodukt in Bet gebied van 1-6 MGOe.,

2. Voorwerp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten-=-10 minste de volgende van de onopzettelijke verontreinigingen Beperkt zijn tot tenminste 0,05 gew.% C, 0,05 gew.% N, 0,2 gev.% Si, 0,5” gev.^Mg, 0,1 gew.% Ti,· 0,5 gew.% Ca, 0,1 gev.% Al, 0,5 gew.% Mn, 0,05 gew.% S'en 0,05 gew.% 0.

3. Werkwijze voor het produceren van het voorwerp volgens: 15 conclusie 1 of 2, omvattende de behandeling van een lichaam van Fe~ Cr-Co legering met stappen, welke koud vormen en veroudering omvatten, gekenmerkt door het onderwerpen van een legering, bestaande uit 25— 29 gew,% Cr, 7-12 gew.% Co en de rest, met uitzondering van de kleine hoeveelheid onbedoelde verontreinigingen Fe, aan de volgende Behandeling: 20 (1) het blootstellen van het lichaam aan een verhittingstemperatuur die gekozen is om in een legering een gemiddelde, korrelgrootte t e verkrij-? gen, die de 70 micrometer niet te boven gaan, welke verhi'ttingstempera— tuur de 1000°C niet te boven gaat en die In Bet gebied gelegen Is-van (a) 650-950°C wanneer de legering 25 gew.% Cr bevat en 7 gew.% Co, 25 (b) 650-875°C wanneer de legering 25 gew.% Cr en 12 gew.% Co bevat, (c) 650-1100°C wanneer de legering 29 gew.% Cr en 7 gew.% Co bevat, (d) 650-795°C wanneer de legering 29 gew.% Cr en 12 gew.% Co Bevat en (e) in een gebied waarvan de grenzen verkregen zijn door een Benaderende, lineaire interpolatie bij tussengelegen niveau*s van Cr-en Co, 30 (2) Bet vormen van het lichaam in een gewenste vorm bij een temperatuur die de 100°C niet te boven gaat, hetzij door draadtrekken ofdieptrekken in een mate, die overeenkomt met een reductie van het oppervlak, van de dwarsdoorsnede van tenminste 50% of door dieptrekken of buigen, hetgeen resulteert ineen richtingsverandering^an tenminste 30°, waarbij de re— 35 sulterende kromtestraal zo Is, dat deze geen waarde te boven gaat 7905311 ¢. *" . die evenredig is. met de richtingsverandering, en die voor een richtings-verandering van 30° gelijk i's aan de dikte van Set gedogen deel en' voor een richtingsverandering van 90° gelijk, is: aan vi.er keer de. dikte van het gebogen deel, en 5 (3) het verouderen van de legering. h. Werkwijze volgens: conclusie 3, net Set kenmerk-, dat de ver-^ hittingstemperatuur bij voorkeur in het gebied van 80.0-2.25° C, 80.0-850° C, 800-1075°C en 800-950°C is, voor resp. de legeringssamenstellingen volgens (a), (b), (c) en (d)..

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of k, gekenmerkt door het verwezenlijken van stap (1) op tenminste een van de volgende wijzen: (a) oplossingsgloeien of (b) heet bewerken eindigend bij de verhittingstemperatuur.

6. Werkwijze volgens conclusie 3, of gekenmerkt door 15 het voorafgaand aan stap (1)_ additioneel behandelen van de. legering op tenminste een van de volgende wijzen: (a) het weken van de legering bij een temperatuur in Set gebied van 1100-1300°C; of (b) na het weken het extra heet bewerken van de legering bij een tempera— 20 tuur in het gebied van 110.Q-1300°C; of (c) na het heet bewerken het extra koud bewerken van het lichaam.

7. Werkwijze volgens, conclusie 3, k, 5 of gekenmerkt door vormen het in fasen uitvoeren van het / met extra tussenliggend oplossings-gioeien en afschrikken. 25 δ. Werkwijze volgens een der conclusies 3—7S gekenmerkt door het uitvoeren van de behandeling door a}_ afkoelen met een in wezen constante snelheid of (b). afkoelen met een eerste, snelle gemiddelde snelheid, gevolgd door afkoelen met een tweede langzamer gemiddelde snelheid. 30 9· Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, gekenmerkt door het uitvoeren van de veroudering in de aanwezigheid van een magnetisch veld. jQ. rterrwi,;ze volgens een der voorgaande, conclusies., gekenmerkt door het extra bewerken van het lichaam al na stap (1}_ en voor star (2) 3p sn/cf (b}_ na stap (2). en voor stap (3).. 7905311