DD217242A5 - Verfahren zur waermebehandlung von dauermagnetlegierungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Waermebehandlung von ausscheidungshaertenden anisotropen Dauermagnetlegierungen, in dessen Verlauf das Material im Temperaturbereich der einphasigen Loesung bei 1 200-1 300 C homogenisiert, hiernach schnell abgekuehlt und darauffolgend angelassen wird, wobei gegebenenfalls zwischen der Homogenisierung und dem Anlassen bei einer Temperatur von 800-850C eine isothermische Magnetfeld-Waermebehandlung vorgenommen wird. Gemaess der Erfindung wird das Anlassen waehrend der Abkuehlung von der Homogenisierungstemperatur kontinuierlich in der Weise vorgenommen, dass das Material von der Temperatur von 650-700 C auf die Temperatur von 500 C mit einer Geschwindigkeit von 20-50 C/h im Ofen abgekuehlt wird und das Abkuehlen zwischen den Homogenisierungstemperatur und der oberen Temperaturstufe des Anlassens unter Anwendung von Luft oder Schutzgas in einem Magnetfeld erfolgt.
Description
ι '· . ; ..-. ' ' ' . _ -J
15 970 56
legierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von ausscheidungshärtenden anisotropen Dauermagnetlegierungen, in dessen Verlauf das Material im Temperaturbereich einer einphasigen Lösungcc . bei 1200 -1300 C homogenisiert, hiernach schnell abgekühlt und danach angelassen wind, wobei gegebenenfalls zwischen der Homogenisierung und dem Anlassen bei einer Temperatur von 800 - 85O0C eine isothermische Magnetfeld-Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Bekanntlich werden magnetische Werkstoffe nach der Koerzitivfeldstärke in
- magnetisch weiche Legierungen und
- magnetisch harte Legierungen oder Dauermagnete
unterteilt.
10. e.84-01 Oi n-/-< :
Zu den am häufigaten verwendetene durch Auaecheidungshärtung hergestellten harten magnetischen Legierungen gehören die unter den Bezeichnungen Alnico und Ticonol bekannten Werkstoffe.
Bei derartigen Dauermagnetlegierungen auf Fe-Ni-Co-Al-Basis wurden die besten magnetischen Eigenschaften bisher durch eine Wärmebehandlung erreicht, in deren Verlaufe das Material bei einer Temperatur von 1200 - 13OQ0C im Temperaturbereich einer einphasigen (a*.Phase) Lösung zwecks Homogenisierung unter Luft- oder Schutzgasatmosphäre geglüh-4 und hiernach im Interesse der Vermeidung der Ausscheidung der Phase ψ schnell bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird, wobei in dem die Phase ^ bereits nicht enthaltenden (zusammensetzungsabhängigen) Temperaturbereich eine etwa 10 Minuten andauernde Magnetfeldbehandlung erfolgt« Bei Legierungen mit hohem Kobaltgehalt wird diese Behandlung bei konstanter Temperatur und bei Legierungen mit niedrigem Kobaltgehalt einfach durch eine Magnetfeldkühlung vorgenommen.
Im Verlaufe des im Magnetfeld erfolgenden Zerfalls bilden sich aus der Phase ·*' die Phasen <*C \ ""d ^C 2* von denen sich die ferromagnetische Phase <& ^ in Richtung des äußeren Mangetfeldes orientiert· Die letzte Phase der Wärmebehanldung ist das Anlassen, während dessen bis zum Erreichen der endgültigen Zusammensetzung Änderungen der Gitterparameter und der MikroZusammensetzung zwischen den Phasen X1 und -^2 vor sich gehen.
Oas Anlassen wird im allgemeinen in mehreren Stufen über etwa 25 -40 Stunden vorgenommen.
Grundlegender Nachteil des beschriebenen Wärmebehandlungsverfahrens ist die außerordentlich lange Anlaßzeit-
dauer sowie der Umstand, daß für sämtliche Legierungsarten unterschiedliche Anlaßprogramme verwendet werden müssen, die die Temperaturregelung des Ofens außerordentlich erschweren. Gleichzeitig können die magnetischen Eigenschaften in einem wesentlichen Teil sämtlicher Fälle nicht reproduziert werden. Die Temperatur der ersten Stufe des in mehreren Stufen erfolgenden An* lasaens muß außerordentlich genau eingehalten werden, da bereits eine Verschiebung von einigen Graden eine Verschiebung der magnetischen Parameter mit sich bringt.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Mängel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehandlungstechnologie zu entwickeln, die schneller, wirtschaftlicher und einfacher als die früher angewandten Wärmebehandlungen ist, wobei gleichzeitig die mit ihrer Hilfe erreichbaren Ergebnisse reproduzierbar sein müssen und eine Regelung bzw. Verbesserung der magnetischen Parameter ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Anlassen kontinuierlich während des Abkühlens von der Homogenisierungstemperatur erfolgt, wobei das Material von einer Temperatur von 650 - 7000C auf eine Temperatur von 50O0C mit einer Geschwindigkeit von 20 - 50°C/h in einem Ofen abgekühlt wird und das Abkühlen zwischen der Homogenisierungstemperatur und der oberen Temperaturstufe des Anlassens in einer Luft- oder Schutzgasatmosphäre in einem Magnetfeld erfolgt. Das Material wird
zweckraäßig zusammen mit dem Ofen auf Homogenisierungstemperatur erwärmte Die Wärmebehandlung kann in einer Luft- oder Schutzgasatmosphäre erfolgen* Die Zeitdauer der Wärmehaltung ist in Abhängigkeit von den Abmessungen der Werkstücke bzw. der Prüflänge festzulegen.
Das Abkühlen von der Homogenisierungstemperatur auf die obere Temperaturstufe des Anlassens erfolgt zweckdienlicherweise mit einer Geschwindigkeit von 20 - 1500C/ Minute» Ist auch eine isothermische Behandlung vorgesehen, wird das Abkühlen zwischen der Homogenisierungstemperatur und dor isothermischen Behandlung mit einer Geschwindigkeit von 80 - 140°C/Minute vorgenommen« Zwischen der isothermischen Behandlung und der oberen Grenze des Anlassens beträgt die Abkühlgeschwindigkeit des Materials vorteilhafterweise 60 - 100°C/Minute. Unter der unteren Anlaßtemperaturstufe beträgt die Abkühlgeschwindigkeit100 -.120°C/h...
Gemäß der Erfindung kann also das^nlassen der durch Ausscheidung härtenden anisotropen DauermagiRetlegierungen während 3 - 8 Stunden durchgeführt werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch den im ersten Stadium des Anlassens erfolgende Zerfall, der bei einer temperatur von 650 - 700°C in einem Magnetfeld mit der zum vollständigen Ablauf des Vorganges erforderlichen Abkühlgeschwindigkeit von 60°C/Minute erfolgt, eine Verkürzung derjknlaßzeitdauer im zweiten Stadium des Zerfalles möglich wird· Die Abkühlung von der Homogenisierungstemperatur auf die obere Temperaturstufe des Anlassens wird bei gleichzeitiger Einwirkung eines Magnetfeldes vorgenommen. Da hierfür keine gleichmäßige Temperaturaufnahme im gesamten Volumen der Werkstücke zu Beginn denWärmebehandlung erforderlich ist, kann die
Verwendung von Salz- bzw« Metallbädern bei der isothermischen Magnetfeld-Wärmebehandlung entfallen.
Di© Erfindung soll nachstehend an einem Äusführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: das Wärmebehandlungsdiagrainm der "'·*' Legierung ALNICO nach dem erfin-
. dungsgeraäßen Verfahren;
.1^' · " . . :.
Fig» 2: das Diagramm der herkömmlichen Wärmebehandlung der gleichen Legierung;
Fig. 3: das Wärmebehandlungsdiagrainm einer auf pulvermetallurgischeta Wege hergestellten ALNICO-Legierung;
Fig· 4: das Diagramm der herkömmlichen Wärmebehandlung des gleichen Materials;
Fig· 5: das Wärmebehandlungsdiagramm der Le-. gierung TICONAL nach dem erfindungs-
gemäßen Verfahren;
Fig. 6: das Piagramm der herkömmlichen Wärmebehandlung der gleichen Legierung;
Fig. 7: das Wärmebehandlungsdiagrämm der auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten TICONAL-Legierung;
Fig* 3: das Diagramm der herkömmlichen Wärmebehandlung des gleichen Materials.
- 6 -
Es wurde eine ALNICO-Legierung folgender Zusammensetzung mit niedrigem Kobaltgehalt hergestellt?
| Aluminium | — Gt & ^? fsb |
| Kobalt'' | ,- 24 % |
| Kupfer | - 3 ^ |
| Niobium | - ι % |
| Eisen | Res |
Die Charge wurde in einem Induktionsofen geschmolzen« Nach Schlackenbehandlung und zusätzlicher Desoxydation erfolgte das Gießen»
Zwecks Homogenisierung wurden die Prüflinge bei einer Temperatur von 13000G 30 Minuten lang unter Luftatmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen« Hiernach wurden die Proben in einem Magnetfeld unter Verwendung eines Luftstromes mit einer Geschwindigkeit von 50°C/Minute auf eine Temperatur von 6500C abgekühlt» Das darauf folgende Anlassen wurde kontinuierlich bei einer Abkühlung von 6500C auf 5OQ0C durchgeführt· Die Geschwindigkeit dee Abkühlens betrug 300C/h6 Von 5000C an wurde das Material in einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Minute auf Raumtemperatur abgekühlt· Die Wärmebehandlung veranschaulicht das erste Diagramm»
Die durchschnittliche magnetische Energie des so erhaltenen Materials betrug 42,4 kO/m ·
. ' '· ' . Seispiel 2 .' '. " ;. ' '·' '
Nach der im Beispiel 1 dargelegten Technologie wurden Proben der gleichen Zusammensetzung hergestellt und diese einer herkömmlichen Wärmebehandlung unterworfen.
Die Homogenisierung wurde bei einer Temperatur von 130O0C 30 Minuten lang vorgenommen, Anschließend wurde das Material zwischen 900 und 6000C in einem Magnetfeld abgekühlt. Hiernach erfolgte ein mehrstufiges Anlassen. In der ersten Stufe des Anlassens wurde das Material auf eine Temperatur von 65O0C gehalten. Hiernach wurde das Material in der zweiten Stufe 24 Stunden lang bei einer Temperatur von S50°C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Abkühlen erfolgte gemeinsam mit dem Ofen." ' ' . ' r ' . . " ' . ' ' ' y" ·.- ' ....
Die durchschnittliche magnetische Energie des erhaltenen Materials betrug 40,4 kJ/m . Der Ablauf der Wärmebehandlung ist in Fig. 2 dargestellt.
Das in den Beispielen 1 und 2 dargestellte Material wurde auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt· Das Material wurde bei einer Temperatur von 130O0G 30 Minuten lang unter Schutzgasatmosphäre homogenisiert, dann im Magnetfeld unter Schutzgasatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 50°C/Minute auf 650°C abgekühlt. Ab 65O0C erfolgt das Anlassen mit einer kontinuierlichen Abkühlgeschwindigkeit von 50°G/h auf eine Temperatur von 500°C«
Das Abkühlen auf Raumtemperatur erfolgte zusammen mit dem Ofen» wobei die Abkühlgeschwindigkeit 100°C/h betrug.
Die Art und Weise der Wärmebehandlung zeigt Diagramm Di© durchschnittliche magnetische Energie der erhaltenen Legierung betrug 41,6 k3/m .".: .·
· ' ·'. ·' ,Beiapiel 4 : ·.'..
Mit der im Beispiel 1 dargelegten Zusammensatzung und der im Beispiel 3 angeführten Technologie wurden Prüflinge vorbereitet« Diese wurden nach herkömmlicher Technologie einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Homogenisierung bei einer Temperatur von 130O0C über 30 Minuten erfolgte» Oann wurde das Material auf die im Beispiel 2 dargelegte Weise auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend ein in mehreren Stufen erfolgendes Anlassen vorgenommen· Im Verlaufe des Anlassens wurde das Material in der ersten Stufe; .6 Stunden lang auf einer Temperatur von 65O0C gehalten und dann in der zweiten Stufe die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 550°C 24 Stunden lang durchgeführt. Hiernach wurde das Material erneut zusammen mit dem Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt» Die Wärmebehandlung ist in Diagramm 4 veranschaulicht« Die durchschnittliche magnetische Energie des so erhaltenen Materials betrug 38*4 kO/m *
Es wurde eine TICONAL-Legierung der nachstehenden Zusasn mensetzung mit einem höhen Kobaltgehalt hergestellt:
| Aluminium | - 7,5% |
| Kobalt | -.. 35 % |
| Kupfer | -' 3e5 % |
| Niobium | -. O9S % |
| Nickel | - 15 % |
| Eisen | - Rest |
Die Charge wurde nach der im Beispiel 1 dargelegten Technologie geschmolzen und gegossen. Anschließend wurden die Prüflinge erfxndungsgemäß wie folgt behandelt:
Die Homogeoisierungstemperaturbetrug 12500C, die Zeitdauer 30 Minuten· Hiernach würde das Material unter Verwendung eines Luftstromes in einem Magnetfeld mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Minute auf eine Temperatur von 810°C abgekühlt.
Bei 810°C wurde ebefalls im Magnetfeld eine etwa 10 Minuten andauernde Wärmehaltung durchgeführt und dann im Magnetfeld die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 80°C/Minuten bis zu einer Temperatur von 6500C fortgesetzt. Von dieser Temperatur wurde mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 30°C/h ein kontinuierliches Anlassen bis auf eine Temperatur von 50Q°C vorgenommen. Von 50O0C an wurde das Material zusammen mit dem Ofen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 100°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt. Den Ablauf derfwärmebehandlung zeigt Diagramm 5.
Die durchschnittliche magnetische Energie des so erhaltenen Materials betrug 46,4 kO/m .
W
Beispiel 6
Nach der im Beispiel 5 dargelegten Technologie wurden erneut Prüflinge mit der gleichen Zusammensetzung hergestellt »und einer Wärmebehandlung nach herkömmlicher Technologie unterzogen. Der Verlauf der Wärmebehandlung ist in Fig. 6 dargestellt.
Die Homogenisierung erfolgte bei einer Temperatur von 125O0C für eine Zeitdauer von 30 Minuten. Dann wurde das Material im Luftstrom auf 8500C abgekühlt, anschließend
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in ein Salzbad mit einer Temperatur von 810°C gelegt und hier 10 Minuten lang in einem Magnetfeld gehaltene Nach Herausnahme aus dem Salzbad wurden die Prüflinge unter Luftatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt und dann auf die, erste Stufe der AnlaStemperatur erhitzt« In der ersten Stufe erfolgte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 650 G 2 Stunden lang* Die Temperatur der zweiten Stufe betrug 650°C* ihre Zeitdauer 4 Stunden und die der dritten Stufe 55O0C und 24 Stunden. Das Material wurde hiernach erneut im Salzbad auf Raumtemperatur abgekühlt«
Die durchschnittliche magnetische Energie des Materials betrug im Ergebnis 40 kO/m .
'".' ' ' .Beispie lr.7.
Prüflinge mit der in Beispiel 5 dargelegten Zusammensetzung wurden auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt« Ihre Wärmebehandlung erfolgte erfindungsgemäß auf die im Diagramm 7 dargestellte Weise«
Die Homogenisierung erfolgte bei einer Temperatur von 12500C 30 Minuten lang« Anschließend wurde im Magnetfeld ein© Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 130 C/ Minute vorgenommen. Das Abkühlen erfolgt in einem Luftstrom bis zu einer Temperatür von 800 C8 Bei dieser Temperatur erfolgte eine 10 Minuten andauernde Wärme» haltung» die ebenfalls in einem Magnetfeld vorgenommen wurde ο Hieran anschließend wurde das Material im Ofen unter Einfluß eines Magnetfeldes bis auf eine Temperatur von 6700C weiter abgekühlt» Die Kühlgeechwindigkeit betrug 90°C/Minu te.
Das kontinuierliche Anlassen begann bei 6500C und wurde mit einer Geschwindigkeit von 40°C/h bis zu einer Temperatur von 5000C durchgeführt.
Nach dem Anlassen wurde das Material zusammen mit dem Ofen bei einer Abkühlgesc Raumtemperatur abgekühlt
Die durchschnittliche magnetische Energie des Materials betrug nach vorstehend dargelegter Wärmebehandlung 43,2 kO/m3..
Die mit einer Zusammensetzung und Technologie nach Beispiel 7 hergestellten Prüflinge wurden einer herkömmliehen Wärmebehandlung unterzogen. Demgemäß betrug die Temperatur derjwärmehaltung 125O0C, ihre Zeitdauer 30 Minuten. Die Abkühlung auf 8500C erfolgte im Luftstrom und die 10 Minuten dauernde Wärmehaltung wurde in einem Salzbad unter Magnetfeldeinfluß durchgeführt. Hiernach wurde das Material unter Verwendung eines Luftstromes auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Anlassen erfolgte auf die im Beispiel 6 dargelegte Weise. Die Art und-Weise der Wärmehaltung ist in Fig. 8 dargestellt.
Die durchschnittliche magnetische Energie des so erhaltenen Materials betrug 39,4 k3/m .
In den Figuren wurde die Magnetbehandlung mit einer Doppellinie dargestellt. ·
Aus vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen, daß mit der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung bessere Ergebnisse als mit der herkömmlichen Technologie erzielt werden
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können, wobei das Verfahren nach der Erfindung wesentlich einfacher,' kürzer und preisgünstiger ist« Bei der in einem Magnetfeld erfolgenden isothermischen Wärmebehandlung ist kein. Salz- bzwo Metallbad erforderlich, was ebenfalls eine Vereinfachung der Technologie bedeutet»
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können die Ergebnisse mit Sicherheit reproduziert und die amgn@tisch©n Eigen- ' schäften geregelt und verbessert werden« Zur Illustration dieser Tatsache wurden die mit den in den einzelnen Beispielen vorgeführten Technologien erreichten Ergebnisse in folgender: Tabelle zusammengießt.
: TICONAL ALNICO
BH/ max« fCO/ra3
! j nach mehrstufigem nach mehrstufigem
kontinuierlichem kontinuierlichen U-. Anlassen Anlassen
gegossenes Material 40 46y4 40,4 42,4
auf pulverraetallur- !
gischem Wege herg©- '''.:', " ' ' ·. [
.3 teil tee Material 39,4 43,2 38,4 41,6
Eine andere grundlegend vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß das Anlassen der unterschiedlichen Kobaltgehait aufweisenden Dauerraagnetlegierungen im wesentlichen auf die gleiche Weise vorgenommen werden kann« Dies bedeutet, daß die Temperaturregelung des Ofens vereinfacht werden kann und dadurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht wird.
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Claims (6)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von ausscheidungshärtenden anisotropen Dauermagnetlegierungen, In dessen Verlauf das Material im Temperaturbereich einer einphasigen Lösung bei 1200 - 1300°C homogenisiert, hiernach schnell abgekühlt und darauffolgend angelassen wird, wobei gegebenenfalls zwischen der Homogenisierung und dem Anlassen bei einer Temperatur von 800 - 850°C eine isothermische Magnetfeld-Wärmebehandlung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen während der von der Homogenisierungstemperatur erfolgenden Abkühlung kontinuierlich in derjweise vorgenommen wird, daß das Material bei einer Temperatur von 650 - 70O0C im Ofen mit einer Geschwindigkeit von 20 - 50°C/h auf eine Temperatur von 500°C abgekühlt wird, und das Abkühlen zwischen der Homogenisierungstemperatur und der oberen Temperaturstufe des Anlassens unter Anwendung von Luft oder Schutzgas in einem Magnetfeld erfolgt.
2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abkühlen zwischen der Homogenisierungstemperatur und der oberen Temperaturstufe des Anlassens mit einer \_/ Geschwindigkeit von 20 - 150°C/Minute vorgenommen wird*
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung zwischen der Homogenisierungstemperatur und der isothermischen Behandlung mit einer Geschwindigkeit von 80 - 140°C/Minute vorgenommen wird·
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung zwischen der isothermischen Behand-
\ lung und der oberen Temperaturstufe des Anlassens mit
einer Geschwindigkeit von 60 - 100°C/Minute vorgenommen
. ' ' ' · '.' ''-wird'· '.
::' " ^ .' ' " . ;- . ; - - 14 -
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung unter der unteren Tesnperaturstufe des Anlassens mit einer Geschwindigkeit von 100 - l20°C/h vorgenommen vairdo
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlassen während einer Zeitdauer von 3-8 Stunden vorgenommen wirdi
7c Verfahren nach ©inem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnets daß die Homogenisierung und/oder die Abkühlung in einer Schutzgasatmosphäre bzw« mittels Schutzgas vorgenommen wird«
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen -
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| DD26208284A DD217242A5 (de) | 1983-04-29 | 1984-04-18 | Verfahren zur waermebehandlung von dauermagnetlegierungen |
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| PL247443A1 (en) | 1985-01-02 |
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| CS317684A2 (en) | 1988-07-15 |
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