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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bandkernen aus einer Legierung aus 45 bis 53 Gew.-%, insbesondere 47 bis 52 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, einschliesslich geringer Desoxydations-und Verarbeitungszusätze, wobei die erschmolzene Legierung zuerst heiss und dann unter Einschaltung wenigstens einer Zwischenglühung mit einem Schlussverformungsgrad von wenigstens 90% zu einem 0, 01 bis 0, 1 mm dicken Band kalt gewalzt, aus diesem Band ein Bandkern gewickelt, dieser einer wenigstens 1stündigen Schlussglühung bei wenigstens 900 C unterzogen und dann einer Anlassbehandlung in einem in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung des Bandes verlaufenden Magnetfeld unterworfen wird.
Es ist bekannt, Bandkerne aus Nickel-Eisen-Legierungen mit 48 bis 67 Gew.-% Nickel bei Temperaturen zwischen 1150 und 1200 C in reinem Wasserstoff einer etwa 5stündigen Schlussglühung und anschliessend einer Anlassbehandlung in einem Magnetfeld zu unterziehen, wobei dieses in der Bandebene parallel zur Walzrichtung des Bandes angelegt wird. Durch das Anlassen in einem solchen genannten magnetischen Längsfeld erhält man rechteckförmige Hystereseschleifen bzw. hohe dynamische Permeabilitäten bei kleiner Aussteuerung (Zeitschrift für Metallkunde 57 (1966), S. 240 bis 244).
Derartig behandelte Bandkerne eignen sich jedoch nicht für Anwendungen, bei denen ein grosser Induktionshub und eine grosse Impulspermeabilität erforderlich sind, also beispielsweise für Drosseln mit Gleichfeldvormagnetisierung der Impulsübertrager, die im unipolaren Betrieb arbeiten. Für solche und ähnliche Anwendungen werden bislang Bandkerne aus Nickel-Eisen-Molyb-
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einem Magnetfeld unterworfen werden, dessen Feldlinien in dem behandelten Gut quer zur Richtung des späteren magnetischen Flusses, also quer zur Walzrichtung des Bandes, verlaufen.
Solche Kerne, die sich durch sehr flache Hystereseschleifen auszeichnen, haben verhältnismässig hohe Impulspermeabilitäten, die in Abhängigkeit vom Induktionshub zunächst einen nahezu konstanten Verlauf zeigen, jedoch bei Einmündung in die Sättigung entsprechend Induktionshüben zwischen etwa 0, 4 und 0, 8 T rasch auf kleine Werte weit unterhalb von etwa 4000 abfallen (DE-PS Nr. 1558818 und Nr. 1558820).
Ferner ist noch bekannt, bei Eisen-Nickel-Basislegierungen durch kombinierte Verformungsund Glühbehandlungen eine Würfeltextur (100) < 001 > zu erzeugen und anschliessend den Werkstoff einer Anlassbehandlung in einem Magnetfeld zu unterwerfen, das quer zur späteren Arbeitsrichtung einwirkt (DD-PS Nr. 125713).
Aufgabe der Erfindung ist es, Bandkerne herzustellen, die auch noch bei höheren Induktionshüben von 1 T und mehr für die technische Anwendung ausreichende Impulspermeabilitäten besitzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäss im Bandmaterial durch die Erwärmung vor der Schlussverformung auf eine Temperatur zwischen etwa 600 und 700 C und eine Schlussglühung zwischen 1050 und 1200 C ein sekundärrekristallisiertes Gefüge erzeugt.
Durch das bei den erwähnten Legierungen mit höheren Nickelgehalten bereits an sich bekannte Anlassen in einem magnetischen Querfeld erhält man in Kombination mit den übrigen Verfahrensmassnahmen bei Legierungen aus 45 bis 53 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, bei Induktionshüben von 1 T und mehr Impulspermeabilitäten, die bei 4000 und teilweise noch weit darüber liegen.
Dies ist insbesondere deshalb überraschend, weil ausgehend von den eingangs erwähnten bekannten Legierungen mit hohen Nickelgehalten die durch Querfeldtemperung erzielbaren ausnutzbaren Induktionshübe und Impulspermeabilitäten mit abnehmendem Nickelgehalt unter gleichzeitiger Zunahme der Magnetisierungsverluste stark abnehmen, so dass beispielsweise Bandkerne aus Legierungen mit 56 Gew.-% Nickel, Rest Eisen, auch nach einer Querfeldtemperung, beispielsweise zur Anwendung in unipolar ausgesteuerten Bauelementen völlig ungeeignet wären. Da mit weiter sinkendem Nickelgehalt die Curietemperatur der Legierungen weiter absinkt, wäre an sich ein noch schlechteres Ansprechen der Legierungen mit Nickelgehalten unter 56 Gew.-% auf eine Querfeldtemperung zu erwarten gewesen.
In anderem Zusammenhang ist es zwar bekannt, auch Bänder bzw. Bandkerne aus Eisen- - Nickel-Legierungen mit etwa 50 Gew.-% Nickel in einem magnetischen Querfeld anzulassen, jedoch
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handelt es sich dabei in einem Fall (Zeitschrift für Physik 94 (1935), S. 504 bis 522) um eine rein wissenschaftliche Untersuchung an ebenen Streifen aus der Legierung und im andern Fall (US-PS Nr. 3, 125, 472) um einen Ringbandkern, der im Gegensatz zu den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kernen mit einem den Kern in radialer Richtung durchsetzenden Luftspalt versehen ist und bei dem die Permeabilität im Frequenzbereich bis 50 kHz konstant etwa 1200 bis 1500 beträgt.
Bezüglich der Eignung einer Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld zur Herstellung von Bandkernen mit hohen Impulspermeabilitäten bei grossem Induktionshub lassen sich aus diesem Stande der Technik keine Hinweise entnehmen.
Das erfindungsgemässe Verfahren führt im ganzen Legierungsbereich von 45 bis 53 Gew.-% Nickel zu technisch interessanten Impulspermeabilitäten bei Induktionshüben um 1 T, wobei be-
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von weniger als 0, 5 Gew.-%.
Einen Bandkern mit anisotropem Gefüge mit Vorzugsrichtung < 001 > in Walzrichtung kann man dadurch erhalten, dass die Schlussverformung wenigstens 90% beträgt und das Band vorher auf eine Temperatur oberhalb 6000C und unterhalb der mit wachsendem Schlussverformungsgrad ansteigenden Temperaturgrenze erwärmt wird, oberhalb der sich ein Gefüge bildet, aus dem bei der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge entsteht. Die Erwärmung vor der Schlussverformung kann durch eine Zwischenglühung nach einem vorhergehenden Kaltverformungsschritt erfolgen oder es kann die Wärme beim Heisswalzen vor der Schlussverformung durch Kaltwalzen ausgenutzt werden.
Die im Gefüge entstehende Textur hängt von der Temperatur der Schlussglühung ab. Bei einer Schlussglühung zwischen 900 und 10500C erhält man die Würfeltextur (100) < 001 > , bei einer Schlussglühung zwischen 1050 und 12000C ein grobkörniges, sekundärrekristallisiertes Gefüge. Falls vor der Schlussverformung auf eine Temperatur oberhalb etwa 700 C erwärmt wird, enthält das sekundärrekristallisierte Gefüge bevorzugt Körner in (210) < 001 > -Lage. Die Schlussglühung soll, wie bereits erwähnt, wenigstens 1 h, vorzugsweise wenigstens 2 h dauern.
Die Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld, durch welche eine atomare Überstruktur mit Vorzugsrichtung in Bandebene senkrecht zur Walzrichtung erzeugt wird, kann derart erfolgen, dass der Bandkern nach vorherigem Erwärmen über die Curietemperatur des Bandmaterials wenigstens 30 min lang in einem Temperaturbereich zwischen etwa 3000C und der Curietemperatur gehalten wird. Das Erwärmen über die Curietemperatur dient dabei in erster Linie zur Auslöschung eines etwa vorausgegangenen Anlasszustandes und kann gegebenenfalls auch entfallen.
Im einzelnen gibt es für die Anlassbehandlung verschiedene Möglichkeiten. So kann man etwa das Bandmaterial im Ofen von der Curietemperatur oder einer Temperatur oberhalb derselben mit Abkühlungsgeschwindigkeiten von 300 C/h und weniger auf etwa 2000C und anschliessend ohne Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit weiter abkühlen lassen.
Ferner kann man im Ofen zunächst von etwa 550 C, beispielsweise mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200 C/h, auf Anlasstemperatur abkühlen und die Bandkerne dann einige Stunden auf einer unterhalb der Curietemperatur liegenden Anlasstemperatur halten und schliesslich weiter im Ofen abkühlen.
Insbesondere bei Legierungen mit Nickelgehalten unter 49 Gew.-%, beispielsweise mit 47, 5 Gew.-%, bei denen die Curietemperatur und damit auch die Anlasstemperatur verhältnismässig niedrig liegen,
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wenigstens 1 h lang bei dieser Temperatur zu tempern und anschliessend durch schnelles Abkühlen ausserhalb des Ofens Überschussleerstellen einzufrieren. Die anschliessende Anlassbehandlung im magnetischen Querfeld kann dann beispielsweise bei Temperaturen von etwa 3000C bis 4500C erfolgen und vorzugsweise mehrere Stunden dauern.
Das bei der Anlassbehandlung angelegte magnetische Feld sollte das Bandmaterial vorzugsweise annähernd sättigen, wobei das innere Feld im Material wenigstens etwa 5 A/cm betragen sollte.
An Hand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Verlauf der bereits erwähnten Temperaturgrenze für die Erwärmungs-bzw. Zwischenglühtemperatur in Abhängigkeit vom Schlussverformungsgrad, U. zw. Fig. 1 für Schlussglühtemperaturen von 900 bis 1050 C und Fig. 2 für Schlussglühtemperaturen von 1050 bis 1200 C.
Zunächst soll an Hand der Fig. 1 und 2 die Gefügeausbildung kurz erläutert werden :
Bei polykristallinen Nickel-Eisen-Legierungen mit einem Nickelgehalt von 53 Gew.-% und weniger kann eine Textur erzeugt werden, bei der die Kristalle mit der Würfelebene parallel zur Walzebene und mit den Würfelkanten parallel und senkrecht zur Walzrichtung liegen. Da die Würfelkante eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit ist, hat die Würfeltextur (100) < 001 > daher längs und quer magnetische Vorzugsrichtungen.
Sie wird vorzugsweise nach hoher Kaltverformung von etwa 90 bis 99% und nach einer Schlussglühung im Temperaturbereich von 900 bis 1050 C erhalten, unter der Voraussetzung, dass die Erwärmungs- bzw. Zwischenglühtemperatur vor der Schlussverformung oberhalb 600 C, aber unterhalb der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Temperaturgrenze 1, also im Gebiet A liegt. In Fig. 1 und auch in Fig. 2 ist an der Ordinate die Erwärmungs-bzw.
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Caufgetragen. Die Schärfe der Würfeltextur wird im allgemeinen umso besser, je höher der Schlussverformungsgrad und je feinkörniger das Ausgangsgefüge vor der Schlussverformung ist, d. h. je näher Tz bei der Rekristallisationstemperatur von etwa 600 C liegt.
Wählt man eine Zwischenglühtemperatur im Gebiet B oberhalb der Temperaturgrenze 1, so erhält man nach der Schlussglühung ein feinkörniges isotropes Gefüge. Die Gebiete A und B lassen sich gegeneinander nicht völlig exakt abgrenzen, weshalb die Temperaturgrenze 1 schraffiert gezeichnet ist. Der Grenzbereich kann sich beispielsweise abhängig von der Menge der Schlackenteilchen in der Schmelze oder auch abhängig von Zusätzen, insbesondere geringen Mengen Aluminium und Molybdän, etwas verschieben.
Die Grundtendenzen bleiben dabei jedoch erhalten.
Glüht man ein Material, das bei Schlussglühtemperaturen von 900 bis 1050 C Würfeltextur zeigt, im Temperaturbereich von 1050 bis 1200 C, dann setzt eine die Würfellage zerstörende Sekundärrekristallisation mit starkem Kornwachstum ein. Die Temperaturgrenze für das Gebiet, in dem Sekundärrekristallisation auftritt, in Fig. 2 mit 2 bezeichnet, entspricht natürlich der Temperaturgrenze 1
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Reihe magnetisch ungünstiger Lagen auch magnetisch günstige Körner mit einer Orientierung (210) parallel zur Walzebene und < 001 > parallel zur Walzrichtung. Unter entsprechenden Bedingungen kann man vor allem bei dünnen Bändern mit einer Dicke von 0,05 mm und weniger bei der Sekundärrekristallisierung eine bevorzugte Bildung von Körnern in (210) < 001 > -Lage erreichen.
So ergibt sich im Gebiet C in Fig. 2 bei Wahl von Tz unterhalb der Temperaturgrenze 3, also zwischen 600 und etwa 700 C, zunächst bei der Schlussglühung eine normale Sekundärrekristallisation, wobei die Korngrösse mit dem Verformungsgrad ansteigt.
Wählt man Tz zwischen den Temperaturgrenzen 2 und 3 im Gebiet D, so wird bei der Schluss-
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Bei Tz im Gebiet B bildet sich bei der Schlussglühung wieder ein feinkörniges isotropes Gefüge. Ähnlich wie die Temperaturgrenzen 1 und 2 ist auch die Schlussglühtemperatur, bei der die Sekundärrekristallisation beginnt, ebenfalls von Verunreinigungen und von sauerstoff affinen Zusätzen, wie Aluminium, in der Schmelze abhängig. Insbesondere Aluminiumzusätze können die Sekundärrekristallisationstemperatur beträchtlich erhöhen.
Für das nachfolgende Ausführungsbeispiel wurde eine Nickel-Eisen-Legierung mit 50, 40 Gew.-% Nickel, 0, 39 Gew.-% Mangan, 0, 16 Gew.-% Silizium, Rest Eisen verwendet, deren Curietemperatur bei etwa 470 C liegt. Die erschmolzene Legierung wurde zunächst bis zu einer Dicke von 7 mm heissgewalzt, dann auf eine Dicke von 0, 05 mm kaltgewalzt, was einer Schlussverformung von 99, 3% entspricht. Das Heisswalzen vor dieser Schlussverformung ist einer Zwischenglühung bei etwa 650 C gleichzusetzen. Aus 15 mm breitem Band wurden dann Ringbandkerne mit einem Aussendurchmesser
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ein sekundärrekristallisiertes Gefüge.
Zur Anlassbehandlung wurde zunächst auf 550 C hocherhitzt, dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200 C/h im Ofen auf die Anlasstemperatur von 4800C abgekühlt und nach 4stündigem Tempern bei dieser Temperatur weiter im Ofen abkühlen gelassen.
Am fertigen Ringbandkern wurden folgende Grössen gemessen :
1. Mit einem ballistischen Verfahren die Induktion B5 bei 5A/cm (annähernd Sättigungsinduktion) und die Remanenz Br :
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sogenannte magnetische Feldkonstante oder Induktionskonstante mit dem Zahlenwert u. = 1, 257. 10 T. cm
A ist :
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