DE2018462B2

DE2018462B2 - Martensitaushärtender Stahl mit erhöhter Koerzitivfeldstärke

Info

Publication number: DE2018462B2
Application number: DE2018462A
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. Detert; Hans-Jochen Dipl.-Ing. Lipp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-04-17
Filing date: 1970-04-17
Publication date: 1974-10-10
Also published as: NL7105017A; GB1351180A; US3971676A; FR2092320A5; DE2018462A1

Description

Die Erfindung betrifft einen martensitaushärtendcn Stahl auf Eisen-Nickel-, Eisen-Chrom- oder Eisen-Mangan-Basis mit hoher Festigkeit und Zähigkeit und erhöhter Koerzitivfeldstärkc.

In Hysteresemotoren imit hoher Umdrehungszahl, wie sie beispielsweuse für Gas-Ultrazentrifugen verwendet werden, wird für den Rotor ein Werkstoff benötigt, der neben guten magnetischen Eigenschaften auch hohe Festigkeit und Zähigkeit haben soll. Gefordert wird eine Koerzitivkraft < 40 Oe, eine Festigkeit von Mindestens 150 kp/mm' Streckgrenze und eine lolche Zähigkeit, daß der Rotor bei kleinen Werk- »toffehlern nicht auseinanderplatzt. Der Rotor wird beispielsweise als Ringscheibe ausgebildet.

Es ist bekannt, als Werkstoff für die Ringscheiben eine kobalthaltige Legierung (Vicalloy) zu verwenden. Bei diesem Material sind die geforderten Festigkeiten jedoch nur bei starker Kaltverformung zu erreichen, so daß sich die Verwendung dieses Materials lediglich auf relativ dünne Scheiben beschränkt (Stärke etwa 1,8 bis 2,5 mm), die aus kalt verformten Bändern hergestellt sind, deren Zähigkeit jedoch außerordentlich gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zu schaffen, der neben der erforderlichen Festigkeit die notwendige Zähigkeit und Koerzitivkraft hat.

Es ist bereits ein Verfahren zur magnetischen Sta= bilisierung eines aus einer lufthärtbaren, martensitischen, ferromagnelischen Fe-Cr-Legierung mit 11,5 bis 18% Chrom, bis 2%, vorzugsweise höchstens 0,15% Kohlenstoff, bis 1,25% Mangan, bis 0,06% Phosphor, bis 1%, vorzugsweise mindestens 0,15% Schwefel, bis 1% Silizium, bis 0,75% Molybdän, bis 0,6% Zirkon und Rest Eisen bestehenden Magnetkernes bekannt, dessen !magnetische Eigenschaften sich in einem Temperaturbereich von —200 bis + 540° C höchstens um 0,,008% pro Grad Celsius ändern sollen. Um die;, /u erreichen, erfolgt eine Temperaturwechselbehandlung bei mindestens 54»" C und mindestens einer Stunde Glühdauer, und nach jeder Glühung wird mindestens S Minuten lang unter

- I '5" C abgekühlt. Der Magnetkern ist Bestandteil eines mechanisch-elektrischen Umformers, der in Kernreaktoren eingesetzt wird und Temperaturen von etwa 540' C und radioaktiver Strahlung ausgesetzt ist (deutsche Patentschrift I 268 642). Es handelt sich um

ίο einen Magnetkern für ein Meßgerät, Anforderungen an Zähigkeit und Festigkeit werden nicht gestellt; von der Wärme- und Kältebehandlung wird beim Erfin dungsgegenstand kein Gebrauch gemacht.

Es ist auch ein Dauermagnet mit einem (BH)_1n^-

Wert von mindestens 1 500 000 bekannt, der aus einer Legierung besteht, die 13 bis 22% Nickel, 8 bis 30", Kobalt, 8 bis 0,5% Titan, 4 bu 11,5% Aluminium. gegebenenfalls bis 5% Kupfer, Rest F.isen enthält mti der Maßgabe, daß die Summe von Titan und Alm:n

an nium 9 bis \>^r'c, vorzugsweise etwa Wr. betraf. diese Legierung wird mit einer mittleren Geschwindigkeit von höchstens 8^r C je Sekunde von niv_f Temperatur von etwa 12(U)' C bis auf etwa 65u C abgekühlt. Fine weitere Verbesserung laßt sich mn-

stens erreichen, wenn die Legierung nach Abkühlen auf Temperaluren von etwa 600" C während einiger Stunden angelassen und danach in beliebiger Weise abgekühlt wird (deutsche Auslegeschrift 1079OKKj Es handelt sich nicht um einen martensitaushärteriden Stahl, von der Wärmebehandlung wird beim Frfi idungsgegcnstand kein Gebrauch gemacht.

Es ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines permanenten Magneten aus einer Legierung mit H) bis 30 ^r£ Nickel, 7 bis 15% Aluminium, bis 16% Ko halt, bis 6^ri Kupfer und Rest Eisen bekannt; die Legierung wird durch Strangpressen bei Temperaturen von 1140 bis 1240° C zu einem Strang bzw. Knüppel vom Querschnitt des herzustellenden Magneten verformt. Um die (BH)_muj-Werte weiter zu verbessern,

kann sich eine Wärmebehandlung anschließen, die aus einer Erhitzung der Legierung auf 1100⁰C, Abschrecken im Wasser bei 90" C und 3stündiges Aushärten bei 650° C besteht (deutsche Patentschrift

1 248 078). Die Legierung ist kein martensitaushärtender Stahl, ihre Zähigkeit und Festigkeit entspricht

nicht den zu stellenden Anforderungen; die Wärmebehandlung ist von der des Erfindungsgegenstandes abweichend.

Es ist schließlich ein magnetisch anisotropes Bauelement für den Hystereseeffekt ausnutzende Rotationsgeräte mit verhältnismäßig hohem Drehmoment, wie Hysteresemotoren, Bremsen, Kupplungen, bekannt, welches aus einer Legierung mit 7 bis 9% Aluminium, 20 bis 26% Kobalt, 11 bis 17% Nickel, 0,3 bis 3% Silizium, 0 bis 3% Zirkon, Rest Eisen besteht: nach der Erschmelzung wird die Legierung zu Bauclementkörpern vergossen und zur magnetischen Härtungeiner Abkühlung im Magnetfeld ausgesetzt, worauf er nach Abkühlen auf Umgebungstemperatur einer zweifachen Alterungsbehandlung unterworfen wird, bei welcher der Legierungskörper zuerst auf über 650° C, vorzugsweise auf 700 bis 775° C, erhitzt und bei dieser Temperatur V₂ bis 1V₂ Stunde behalten wird und anschließend bei einsr Temperatur zwischen

«5 550 und 600° C während einer Zeitdauer von 1 bis

2 Stunden gehalten wird (deutsche Auslegeschrift 1 215 376). Es handelt sich nicht um einen martensitaushärtendcn Stahl, die Zähigkeit und Festigkeit ist

2013462

Koer/iiivfeldstarke Hc
Härte HV K)
Streckgrenze Λ 0.2
Bruchfestigkeit rt„
Dehnung ε
Einschnürung ψ

IN bis 20 Oe

- 560 kpmm

- 175 kp mm^;

- IW kp/mm^:

- y bis 10%

- 53 ^c'c

Dieses Material hat /war durch die Ausscheidungshärtung bei 480° C die notwendige Festigkeit und auch Zähigkeit, j »doch nicht die erforderliche Koerzitivkraft.

Wird das Material nun zusaiz,,ch einer Wärmebehandlung unterworfen, so v,ird d? lurch eine Vergrößerung der Koerzitivkraft erzielt, so daß das Material nunmehr auch als hochfester Magnetwerkstoff eingesetzt werden kann.

Beispiel 1
Werkstoff: martensitaushärtender 18% Ni-Stahl

Analyse:

0,015% C.
8,0 % Co.

4,95 % Mo.
0,1 % Al.

17,85% Ni, 0,36 % Ti

zu gering (181 kg/mm), von der Wärmebehandlung wird beim hrfindungsgegenManU kein Gehrauch gemacht. ⁶

... ^Dicsf, Aufgabe wird erfindungsgcmäß dadurch gelost, daß der Stahl zur Verbesserung seiner magnetischen Eigenschaften zusätzlich zur Aushärtungsglühung cider ausschließlich einer Wärmebehandlung oberhalb 500' C unterworfen wird.

Zweckdienliche Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen naher erläutert.

Die übliche Behandlung eines bekannten martensitaushärtenden !8''',-Ni-, Wt-Co-, 5%-Mo-Stahles besteht zusammengefaßt darin, daß der Stahl nach dem Walzen eine Stunde bei 810° C austenitisiert wird und die hohe Festigkeit durch eine dreistündige Aushärtung bei 480° C und anschließende Abküh lung an Luft erzielt wird. Fs ergeben sich dabei folgende Eigenschaften:

Ausgangszustand: I h bei 810" C austenitisiert
Zusätzliche Glünbehandlung: 30 min bei 600° C
Eigenschaften: Koerzitivfeldstärke Hc = 50 Oe

Härte HV IO
Streckgrenze ö,_n
Bruchfestigkeit 6
Dehnung δ
Einschnürung ψ

470 kp/mnv
150kp/mm³
155 kp/mm'
13,2%
38%

Beispiel 2

der gleiche Werkstoff mit der gleichen Zusammen-Setzung

Glühbehandlung: 45 min bei 600° C + 16 h bei 450° C

Eigenschaften:

Koerzitivfefdstärke Hc
Härte HV lü
Hruchfestigkeit <b_B

= 62 Oc

= 511 kp/mirr

= -170 kp/mnr

Durch die erfindungsgemäße Glühhehandiung bei Temperaturen oberhalb 500° C wird erreicht, daß neben der zur Erzielung der hohen Festigkeit erforderlichen Ausscheidungshärtung ein diffusionsbedingter Zerfall des Marter-sits bewirkt wird. Die feinen Teilchen des Austenits in der ferritischen Grundmatrix bewirken die Erhöhung der Koerzitivkraft.

Eine optimale Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierung wird durch folgende Legierungsgehalte erzielt:

Co 10 bis 20%
Fe Rest

Ni kann teilweise oder vollständig durch Cr oder Mangan ersetzt werden.

Eine weitere Verbesserung ck.r magnetischen Eigenschaften kann durch folgende Zusätze allein oder in Kombination erzielt werden: Titan, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram. Vanadin, Beryllium, Aluminium.

Claims

Patentansprüche:

1. Martensitaushärtender Stahl auf Eisen-Nikkei-, Eisen-Chrom- oder Eisen-Mangan-Basis mit hoher Festigkeit und Zähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zur Verbesserung seiner Koerzitivf eidstärke zusätzlich zur Aushärtungsglühung oder ausschließlich einer Wärmebehandlung oberhalb 500° C unterworfen wird.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zusammensetzung folgende Legierungsgelialte gewählt sind:

Ni zwischen 12 und 16%
Co 10 bis 20%
Fe Rest

3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ni teilweise oder vollständig durch Cr oder Mn ersetzt ist.

4. Werkstoff nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Zusätze allein oder in Kombination verwendet sind: Titan, Niob, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadin, Beryllium, Aluminium.