CH615225A5

CH615225A5 -

Info

Publication number: CH615225A5
Application number: CH1029675A
Authority: CH
Inventors: Christian Dr Radeloff; Horst Herrmann
Original assignee: Vacuumschmelze Gmbh
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1980-01-15
Also published as: NL176874C; US4002506A; NL176874B; DE2437921A1; JPS5120017A; NL7509366A; FR2281432A1; FR2281432B1; SE7507610L; GB1462577A; BE832087A; SE407590B; DE2437921B2; ATA608875A; DE2437921C3; AT346612B; ES439152A1; IT1039737B

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer magnetisch halbharten, in Glas einschmelzbaren Legierung auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis, eine durch dieses Verfahren erhaltene Legierung und Verwendung derselben, Zur Herstellung von Speichereinrichtungen und Schaltelementen, wie beispielsweise miniaturisierter Haftreedrelais, die ohne äusseren weichmagnetischen Rückschluss auskommen,

sind Werkstoffe erforderlich, die eine Koerzitivfeldstärke Hc von 16 bis 80 A/cm, ein Remanenzverhältnis Jr/Js von mindestens 0,80 sowie eine Remanenzflussdichte Br à ]r von mindestens 1,3 T besitzen und sich ausserdem durch ihre gute Ein-5 schmelzbarkeit auszeichnen.

Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Legierung herzustellen, welche die eingangs genannten Anforderungen an Werkstoffe für Speichereinrichtungen und Schaltelemente sowohl in magnetischer als io auch in mechanisch-technologischer Hinsicht vollends erfüllt; insbesondere soll diese Legierung keine störende Hysterese in ihrer Wärmeausdehnung aufweisen und sich für eine automatisierte Verschmelzung mit Glas eignen.

Diese Aufgabe wird bei einer Legierung auf Kobalt-Nickel-15 Titan-Eisen-Basis erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zusammensetzung dieser Legierung innerhalb des in der Figur 1 durch die Punkte A, B, C, D und E im Dreiecksdiagramm Kobalt-(Nickel-Titan + Zusatzmetall)-Eisen festgelegten Fünfecks liegt, wobei 20 A (45 % Co; 15 % (Ni+Ti+Me); 40 % Fe)

B (45 % Co; 30 % (Ni+Ti+Me); 25 % Fe)

C (80 % Co; 10 % (Ni+Ti+Me); 10 % Fe)

D (80 % Co; 3 % (Ni+Ti+Me); 17 % Fe)

E (75 % Co; 3 % (Ni+Ti+Me); 22 % Fe)

25 und wobei Me mindestens ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Wolfram, Molybdän, Vanadium und Chrom ist, mit der Massgabe, dass der Titan-Gehalt 1 bis 5 % und der Me-Gehalt 0,1 bis 4 % beträgt und die Summe der Ti- und Me-Gehaltes 2,2 bis 7 % ergibt und dass man diese Legierung bei 30 600 bis 1100 °C zwischenglüht, um mindestens 70 % kaltver-formt und einer 0,5- bis 4stündigen Schlussglühung bei 500 bis 700 °C unterwirft. Besonders günstig ist es, wenn die Schlussglühung 1 bis 3 Stunden dauert.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die 35 Zusammensetzung der Legierung innerhalb des in der Figur 1 durch die Punkte F, G, H und J im Dreiecksdiagramm Kobalt-(Nickel + Titan + Zusatzmetall)-Eisen festgelegten Vierecks liegt, wobei

F (53 % Co; 13 % (Ni+Ti+Me); 34 % Fe)

40 G(53%Co; 19%(Ni+Ti+Me);28%Fe)

H (65 % Co; 13 % (Ni+Ti+Me); 22 % Fe)

J (65 % Co ; 8 % (Ni+Ti+Me); 27 % Fe)

Vorzugsweise soll die Legierung 2 bis 4 % Titan und 1 bis 3 % Zusatzmetall (Me) aufweisen mit der Massgabe, dass die 45 Summe des Titan- und Me-Gehaltes 3 bis 5 % ergibt. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Gewichtsverhältnis von Zusatzmetall zu Titan im Bereich von 1 :5 bis 1 :1 gewählt wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die so erhaltene Legierung sowie auf deren Verwendung als Werkstoff für Schalteleso mente und Speichereinrichtungen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In einem Vakuumofen wurden insgesamt 13 Legierungen auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis hergestellt (Nr. 1 bis 13); 55 ihre chemische Zusammensetzung ist in der Tabelle 1 angegeben:

3

615 225

Tabelle 1

Legierungen auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis Zusammensetzung in Gewichtsprozenten

Legierung Nummer

Co

Ni

Ti

Fe*

AI

Cu

W

1

50,10

13,70

2,94

Rest

1,06

-

2

55,20

11,75

3,06

Rest

1,07

-

3

58,05

10,30

3,11

Rest

1,05

-

4

49,95

13,70

1,08

Rest

2,94

-

5

54,90

11,70

1,09

Rest

2,92

-

6

58,00

10,20

1,05

Rest

2,97

-

7

64,87

8,30

3,30

Rest

0,73

-

8

74,99

2,90

3,20

Rest

0,91

-

9

79,76

0,10

3,20

Rest

0,94

-

10

50,00

16,15

1,52

Rest

0,60

-

11

55,10

14,20

1,52

Rest

0,58

-

12

55,05

11,65

2,85

Rest

-

0,95

-

13

55,15

11,50

2,99

Rest

-

0,99

* Einschliesslich üblicher erschmelzungsbedingter Verunreinigungen und bis zu 1 Gew.-% Desoxydations- und Verarbeitungszusätze.

Nachdem Ausschmieden wurden die einzelnen Schmelz- lung bestimmt.

blocke auf 5,4 mm Dicke heissgewalzt, im Temperaturbereich von 600 bis 1100 °C geglüht, danach gebeizt und dann durch 2s Vorkommende Phasenänderungen wurden bezüglich ihres Ziehen um 64,84,93,5 bzw. 95 % kaltverformt. Aus dem so zeitlichen Ablaufes und ihres Ausmasses durch Messungen des gefertigten Draht wurden 100 mm lange Proben hergestellt, um elektrischen Widerstandes verfolgt. Diese Messungen wurden den Einfluss der Wärmeschlussbehandlung auf die magneti- durch Röntgen-Feinstruktur- und Gefüge-Untersuchungen sehen und mechanisch-technologischen Kenngrössen zu ermit- ergänzt. Zusätzlich wurden Einschmelzversuche vorgenom-teln. 30 men, um die Verschmelzbarkeit mit Weichgläsern zu ermitteln

An den drei Legierungen Nr. 1,2 und 3 wurde ausserdem und die elastischen Restspannungen in Abhängigkeit von der der Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von 20 bis Abkühlungsgeschwindigkeit nach der Verschmelzung zu 600 °C ermittelt und seine Abhängigkeit von der Vorbehand- bestimmen.

Tabelle 2

Magnetische und mechanisch-technologische Kennwerte der in der Tabelle 1 genannten Legierungen auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis in Abhängigkeit von deren Kaltverformung und Wärmeschlussbehandlung.

Leg.

Kalt-

Schluss

Koer-

Rema

Sätti-

Vickers-

Nr.

verf.

glühung zitiv-

nenz-

gungs-

härte (H

%

Temp. Zeit feld-

verh.

fluss-

(im hart-

(°C) (Std.)

stärke

Jr/Js dichte dichte ten Zu

(A/cm)

(T)

CO

stand)

1

95

600

2

53

0,89

1,49

1,68

490

2

95

500

2

30

0,90

1,50

1,67

495

2

95

600

2

52

0,89

1,45

1,63

-

2

95

750

2

12

0,83

1,30

1,57

-

2

93,5

550

2

36

0,90

1,50

1,67

470

2

84

550

2

36

0,84

1,38

1,65

415

2

64

550

2

36

0,78

1,30

1,67

380

3

95

550

2

37

0,91

1,51

1,60

450

3

95

600

2

50

0,90

1,43

1,60

-

4

95

550

2

32

0,92

1,53

1,67

500

4

95

600

2

40

0,89

1,47

1,65

-

5

95

550

2

24

0,93

1,53

1,65

500

6

95

600

2

18

0,89

1,50

1,68

495

7

95

600

2

42

0,83

1,31

1,57

360

8

95

650

2

22

0,83

1,34

1,61

350

9

95

650

2

18

0,81

1,31

1,60

360

10

95

550

2

24

0,74

1,27

1,72

340

11

95

500

2

21

0,70

1,22

1,74

340

12

95

600

2

38

0,84

1,49

1,77

470

12

95

500

2

20

0,90

1,58

1,75

470

13

95

500

2

18

0,87

1,51

1,73

465

13

95

650

2

48

0,82

1,38

1,68

465

615225

Aus den in der Tabelle 2 wiedergegebenen magnetischen Kennwerten ergibt sich für die erfindungsgemässen Legierungen (Nr. 1 bis 9,12 und 13), dass eine zu niedrige Kaltverformung (weniger als 70 %) zu einem Remanenzverhältnis führt, welches unterhalb des angestrebten Sollwertes von mindestens 0,80 liegt (Legierung Nr. 2, Zeile 7 in Tabelle 2) und dass eine zu hohe Schlussglühtemperatur eine unzureichende Koerzitivfeld-stärke (12 A/cm) zur Folge hat (Legierung Nr. 2, Zeile 4 in Tabelle 2). Werden hingegen die Verfahrensschritte zur Einstellung des magnetisch halbharten Zustandes erfindungsge-mäss vorgenommen, so liegen die charakteristischen magnetischen Kenngrössen innerhalb der erforderlichen Wertebereiche.

Ein zu niedriger Gehalt an Titan und Aluminium (kleiner als 2,2 %) bedingt indessen selbst dann ein zu niedriges Remanenzverhältnis, wenn eine hohe Kaltverformung und eine an sich günstige Schlussglühung vorgenommen werden (Legierungen Nr. 10 und 11).

Die in der Tabelle 2 wiedergegebenen Hc-Werte lassen ferner erkennen, dass für den Kobalt-Bereich von 50 bis 58 % unter gleichen Herstellungsbedingungen die Koerzitivfeldstärke mit steigendem Kobaltgehalt sich einerseits nur wenig ändert,

wenn der Titangehalt inmitten des Vorzugsbereiches liegt (Legierungen Nr. 1 bis 3), und sich andererseits verringert,

wenn der Titangehalt sich dem unteren Sollwert nähert (Legierungen Nr. 4 bis 6). Für den insgesamt erstrebten Wertebereich liefern somit die erhaltenen Daten auch eine Arbeitsregel zur speziellen Auswahl erfindungsgemäss zu verwendender Legierungen.

Tabelle 3

Ausdehnungskoeffizienten der Co-Ni-Ti-Fe-AI-Legierung Nummer 2 in Abhängigkeit von der Vorbehandlung

Vorbehandlung

Ausdehnungskoeffizient ( 1 /°C)

im Temperaturbereich von

0 bis 100 °C

stark kaltverformt

109 xIO"7

Glühung (1000 °C)

107 x 10-7

+ Abschreckung

Glühung (1000 °C)

108 X 10-7

+ Ofenabkühlung

Glühung (1000 °C)

106 x 10-7

+ Ofenabkühlung

+ Glühung

(22 Std., 560 °C)

Der magnetisch halbharte Zustand dieser Legierung hat, wie ergänzende elektronen-optische Untersuchungen ausweisen, deren feinteiligen Zerfall in Alpha- und Gamma-Teilchen zur notwendigen Voraussetzung. Insbesondere hängt die Koerzitivfeldstärke Hc der nach der Erfindung zur Verfügung gestellten Werkstoffe von der Grösse und Formanisotropie dieser Teilchen ab. Vorbedingungen für die erstrebte Remanenzflussdichte (Br ù Jr û 1,3 T) und die Rechteckförmigkeit der Hystereseschleife (Jr/Js û 0,80) sind hingegen das Auftreten einer Textur nach hoher Kaltverformung und eine geeignete Wärmebehandlung im Bereich mittlerer Temperaturen (500 bis 700 °C).

Dass die erfindungsgemäss hergestellten Legierungen auch hinsichtlich ihres Ausdehnungsverhaltens den Anforderungen vollauf genügen, ergibt sich einerseits aus der in Fig. 2 dargestellten Ausdehnungskurve und andererseits aus den in Tabelle 3 wiedergegebenen Ausdehnungskoeffizienten.

Fig. 2 zeigt die relative Längenänderung À1/1 der Legierung Nr. 2 im Temperaturbereich von 20 bis 600 °C. Die Ausdehnung erfolgt nahezu linear mit der Temperatur, und die dargestellte Kurve wird bei Aufheizung und Abkühlung reversibel durchlaufen. Diese Linearität der Ausdehnungskurve im Arbeitsbereich und die Reversibilität im Temperaturgang sind eine wesentliche Voraussetzung für einwandfreie Metall-GIas-Ver-schmelzungen.

Die in der Tabelle 3 wiedergegebenen Ausdehnungskoeffizienten belegen, dass das Ausdehnungsverhalten der erfindungsgemäss zu verwendenden Legierungen nahezu unabhängig von deren Vorbehandlung ist, obgleich im stark kaltver-formten Zustand überwiegend die kubisch-raumzentrierte Phase vorliegt und sich nach einer Hochtemperaturglühung und anschliessenden Abschreckung fast völlig die kubisch-flä-chenzentrierte Phase bildet. Demzufolge tritt auch bei unterschiedlichen Phasenanteilen keine störende Hysterese in der Wärmeausdehnung auf.

In Übereinstimmung mit den vorstehenden Ergebnissen weisen die an Einschmelzproben erhaltenen Messwerte aus, dass die Glasspannungen, ausgedrückt durch den optischen Gangunterschied, sowohl bei rascher als auch bei langsamer Abkühlung innerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass in den erfindungsgemässen Legierungen in nachteiligem Ausmass keine martensiti-sche Umwandlung erfolgt.

Auch hinsichtlich ihrer Verformbarkeit zeichnen sich die nach der Erfindung zur Verfügung gestellten Legierungen aus. Sie lassen sich beispielsweise gut zu Kontaktvorrichtungen Mit Kupfer als Zusatzmetall (Legierung Nr. 12) ist die Verformbarkeit selbst im magnetisch angelassenen Zustand noch beachtlich.

prägen. Infolge ihrer sehr günstigen magnetischen und mechanisch technologischen Eigenschaften, insbesondere ihrer grossen Koerzitivfeldstärke, ihres hohen Remanenzverhältnisses sowie ihrer hervorragenden Verschmelzbarkeit mit Glas und ihrer ausgeprägten Glas-Haftfestigkeit eignen sich die erfindungsgemäss ausgewählten und hergestellten Legierungen vornehmlich als Werkstoffe für Speichereinrichtungen und Schaltelemente. Sie ermöglichen einen vereinfachten Aufbau derartiger Vorrichtungen sowie eine hohe Funktionssicherheit.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

615225 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer magnetisch halbharten, in Glas einschmelzbaren Legierung auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung dieser Legierung innerhalb des in der Figur 1 durch die Punkte A, B, C, D und E im Dreiecksdiagramm Kobalt-(Nik-kel + Titan + Zusatzmetall>Eisen festgelegten Fünfecks liegt, wobei

A (45 % Co; 15 % (Ni+Ti+Me); 40 % Fe)

B (45 % Co; 30 % (Ni+Ti+Me); 25 % Fe)

C (80 % Co; 10 % (Ni+Ti+Me); 10 % Fe)

D (80 % Co; 3 % (Ni+Ti+Me); 17 % Fe)

E (75% Co; 3% (Ni+Ti+Me); 22% Fe)

und wobei Me mindestens ein Metall aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Wolfram, Molybdän, Vanadium und Chrom ist, mit der Massgabe, dass der Titan-Gehalt 1 bis 5 % und der Me-Gehalt 0,1 bis 4 % beträgt und die .Summe des Ti- und Me-Gehaltes 2,2 bis 7 % ergibt, und dass man diese Legierung bei 600 bis 1100 °C zwischenglüht, um mindestens 70 % kaltver-formt und einer 0,5- bis 4stündigen Schlussglühung bei 500 bis 700 °C unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung 1 bis 3 Stunden dauert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der Legierung innerhalb des in der Figur 1 durch die Punkte F, G, H und J im Dreiecksdiagramm Kobalt-(Nickel+Titan + Zusatzmetall)-Eisen festgelegten Vierecks liegt, wobei

F (53 % Co; 13 % (Ni+Ti+Me); 34 % Fe)

G (53 % Co; 19 % (Ni+Ti+ Me); 28 % Fe)

H (65 % Co; 13 % (Ni+Ti+Me); 22 % Fe)

J (65 % Co; 8 % (Ni+Ti+ Me); 27 % Fe)

ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Legierung ein Titangehalt von 2 bis 4 % und ein Zusatzmetallgehalt von 1 bis 3 % gewählt wird, mit der Massgabe, dass die Summe des Ti- und Me-Gehaltes 3 bis 5 % ergibt.

5. Durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 erhaltene magnetisch halbharte, in Glas einschmelzbare Legierung auf Kobalt-Nickel-Titan-Eisen-Basis.

6. Verwendung einer Legierung gemäss Anspruch 5 als Werkstoff für Schaltelemente und Speichereinrichtungen.