DE2626268C2

DE2626268C2 - Verwendung einer Magnetkopf-Legierung

Info

Publication number: DE2626268C2
Application number: DE19762626268
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Setagayaku Tokio/Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1975-06-12
Filing date: 1976-06-11
Publication date: 1985-04-18
Also published as: JPS5210819A; GB1488230A; JPS5617409B2; NL7606382A; FR2314568A1; FR2314568B1; DE2626268A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Aluminium-Silizium-Niob/Tantal-Eisen-Magnetkopf-Legierung.

Gewichtsmäßig 4 bis 8% Aluminium, 6 bis 11% Silizium und Rest Eisen enthaltende Legierungen sind als ausgezeichnetes weichmagnetisches Material mit einer hohen Permeabilität, einer gewünschten Härte und einem hohen elektrischen Widerstand bekannt. Wegen dieser Eigenschaften sind sie z. B. für Magnetkopfkernmaterialien, insbesondere mit Hochfrequenzeingängen und dort, wo Abriebfestigkeit wesentlich ist, sehr geeignet. Wegen ihrer Härte und Sprödigkeit haben diese Legierungen jedoch den Nachteil, daß sie nicht plastisch verformbar bzw. bearbeitbar sind. Aus diesem Grund besteht die bisher zur Erzeugung von Blättchen oder Flocken dieser Legierungen übliche Praxis darin, mechanisch einen Gußblock aus der Legierung in Scheiben zu unterteilen und dann jede Scheibe bis zur gewünschten Dicke zu schleifen. Wegen der Sprödigkeit der Legierung können jedoch diese Verfahren unvermeidlich Anlaß zum Splittern und zu Abfall geben, und infolgedessen war die Produktausbeute relativ niedrig. Ein anderes in die Praxis eingeführtes Verfahren besteht darin, einen- Gußblock in ein Pulver einer teilchengröße von beispielsweise der Größenordnung von lü μΐη zu unterteilen und dann eine Masse des Pulvers mit einem Bindemittel unter Einwirkung von Druck zu kontaktieren, der so hoch wie 18 bis 21 kbar sein muß, um ein gewünschtes Erzeugnis der Legierung zu erhalten. Diese Verfahren sind auch verhältnismäßig kompliziert und machten die Erzeugnisse aufwendig bzw. teuer.

Auch ist aus eier DD-PS 105 833 bekannt, Eisen-Legierungen mit 4 bis 8% Al, 5 bis 12% Si und bis zu 16% Cu, Ti, Mn, Nb, Co, W, Ge, Iv, Ti, 'If, Ta und/oder Pb für Magnetköpfe zu verwenden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung einer verbesserten AIuminium-Silizium-Eisen-Magnetlegierung vorzuschlagen, ν -.bei die erwähnten Nachteile überwunden werden, d. h. die sich im Gegensatz zu den bekannten Legierungen dieses Typs schmieden und walzen läßt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist die Verwendung einer Magnetkopf-Legierung auf der Basis einer Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung mit 3 bis 8% Aluminium, 4 bis 8% Silizium, 0,1 bis 1% Niob und/oder Tantal, Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen als Werkstoff zur Herstellung

40 von Gegenständen durch Schmieden oder Walzen.

Vorzugsweise liegt der Eisengehalt dieser zu verwendenden Legierung im Bereich von 85 bis 92%. Es wurde gefunden, daß der Zusatz des Niob- und/oder Tantalgehalts zum Basislegierungssystem, in welchem die Aluminium-und Siliziumgehalte etwas geringere Anteile als in der herkömmlichen Legierungszusammensetzung dar^ stellen, hochgradig zur Erreichung der Eigenschaft wirksam ist, daß die Legierung schmiedbar und walzbar wird,

45 ohne daß deren wirksame Permeabilität für Hochfrequenzströme sinkt.

Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Tabelle 1 zeigt die magnetischen Eigenschaften und die Schmiedbarkeitsgrade verschiedener bekannter Aluminium-Silizium-Eisen-Legierungszusammensetzungen, und die Tabelle 2 zeigt solche verschiedene derartiger Legierungszusammensetzungen, denen noch 0,5 Gew.% Niob zugesetzt ist, wobei sämtliche Legierungszusammensetzungen nach einem herkömmlichen Gießverfahren hergestellt wurden. In beiden Tabellen bedeutet der Hinweis »ausgezeichnet« in der Schmiedbarkeitsspalte Probelegierungszusammensetzungen, die mit einer Verringerung des Querschnitts von nahezu 100% gewalzt werden konnten, während der Hinweis »schlecht« Probelegierungszusammensetzungen anzeigt, die als Folge der Bildung von Rissen nach 1 bis 5 Stichen des Walzvorganges zum Walzen ungeeignet waren. Der Hinweis »gut« bedeutet Probelegierungs-

55 zusammensetzungen, deren Walzbarkeit zwischen den vorgenannten beiden Gruppen liegt.

In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Zusammensetzungsdiagramm, das die Schmiedbarkeiten herkömmlicher, in der Tabelle 1 angegebener Aluminium-Silizium-Eisen-Zusammensetzungen zeigt, und Fig. 2 ist ein ähnliches Diagramm, das eine Verschiebung der Walzbarkeitsgrenzlinie bei den Aluminium-Silizium-Eisen-Zusammensetzungen mit 0,5% Niobzusatz zeigt, die in der Tabelle 2 aufgeführt sind.

In Fig. 1 sind in der Tabelle 1 angegebene Legierungszusammensetzungen, die walzbar sind, mit einem Kreis markiert, und nicht walzbare Legierungszusammensetzungen sind mit einem Kreuz markiert, wobei jeweils die zugehörige Probenummer angegeben ist. Weiter stellt eine gestrichelt gezeichnete Kurve 51 die Schmiedbarkeitsgrenzlinie dar, die darunter den Bereich von Zusammensetzungen Zl (höheren Aluminium- und höheren Siliziumgehalts) definiert, die nicht einmal warmwalzbar sind.

Insbesondere sieht man, daß nur zwei Zusammensetzungen in der Tabelle I, und zwar die Probe Nr. 1, die eine als »Al 16« bekannte binäre Aluminium-Eisen-Legierung darstellt, und die Probe Nr. 2, die eine ternäre, 13,5% Aluminium, 2,5% Silizium und Rest Eisen enthaltende Legierung ist, walzbar sind. Alle anderen tcrnären Probezusammensetzungen in der Tabelle 1 mit einer Dicke von 10 mm wurden nach 1 bis 5 Stichen des Warmwalzvor-

ganges bei einer Temperatur von 1000 bis I300°C rissig, wobei jeder Walzstich eine Querschnitts- oder Dickenverringerung von 0,1 bis 0,2 mm brachte, und diese Probezusammensetzungen waren daher zum Walzen ungeeignet

Das Zusammensetzungsdiagramm in Fig. 2 läßt erkennen, daß infolge des Zusatzes von Niob eine Verschiebung der Schmiedbarkeitsgrenzlinie Al in die Lage Bl auftritt, so daß die Zone walzbarer Zusammensetzungen erweitert wird. Probezusammensetzungen, die mit einem Kreuz und einem dieses umgebenden Kreis markiert sind, sind zum Walzen ungeeignet und, wie man erkennt, in einer Zone mit höherem Aluminium- und höherem Siliziumgehalt und maximal 87% Eisen verteilt Mit einem doppelten Kreis markierte Probezusammensetzungen in F i g. 2, die walzbar sind, weisen gemäß der Tabelle 2 gleichzeitig Hochfrequenzeigenschaften auf, die mit denen der bekannten Legierungen vergleichbar sind. Man findet weiter, daß die mit einem geschwärzten Kreis markierte Probezusammensetzung zwar walzbar, jedoch von schlechteren magnetischen Eigenschaften ist.

Weitere Versuche zeigten, daß im Fall eines Niobzusatzes von weniger als 0,1 Gew.-% keine merkliche Verschiebung der Schmiedbarkeitsgrenzlinie auftritt und daß bei höherem Niobzusatz als 1 Gew.-% ungünstige Wirkungen auf die magnetischen Eigenschaften verstärkt auftreten, obwohl die walzbare Zone erweitert wird. Es wurde auch beobachtet, daß die Walzbarkeitszone der Zusammensetzungen bei geringerem Zusatz an Niob !5 in einem niedrigeren Aluminium- und niedrigeren Siliziumbereich liegt und bei Steigerung des Niobzusatzes einen Bereich mit höherem Aluminium- and höherem Siliziumgehalt umfaßt. Der Eisenanteil für die walzbare Legierung hat nach den Befunden über 92 Gew.-% zu sein, wenn kein Niob zugesetzt wird (Fig. 1), über 90 Gew.-°/> zu liegen, wenn der Niobzusatz 0,1 bis 0,2 Gew.-% beträgt, über 87 Gew.-% bei einem Niobzusatz von 0,5 Gew.-% und über 85 Gew.-% bei einem Niobzusatz von 0,8 bis 1,0 Gew.-% zu sein. In der oben erwähnten walzbaren Zusammensetzungszone findet man weiter die Optimalzusammensetzungszone gemäß der Erfindung, in der 3 bis 8 Gew.-% Aluminium und 4 bis 8 Gew.-% Silizium vorliegen und ermögliche-.. daß die Legierungszusammensetzungen gute auf Hochfrequenz ansprechende Permeabilitäten aufweisen.

Man sieht, daß die Legierungszusammensetzungen der Proben Nr. 6a bis Nr. 9a innerhalb dieser Optimalzone liegen und insbesondere die Probe Nr. 7a eine weit höhere effektive Permeabilität als die herkömmliche Legierung für Eingänge von 100 kHz und 4 MHz zeigt, obwohl sie für Eingänge im Niederfrequenzbereich (4 kHz) etwas unterlegen ist.

Man stellt ebenfalls fest, daß die Härte der Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung so hoch wie 479 bis 574 Vickers-Härte bleibt und so das Verschleißwiderstandsverhalten der Legierung auf ausgezeichnetem Niveau hält.

Die Erfindung wurde überwiegend anhand der Wirkung des Zusatzes von Niob zur Aluminium-Silizium-Eisen-Basislegierung erläutert, es soll jedoch noch besonders daraufhingewiesen werden, daß derNiobbestandteil teilweise oder ganz auch durch Tantal ersetzt sein !--ann. Insbesondere liegt in der Natur affinitätsmäßig eine Koexistenz von Niob und Tantal vor, und diese Elemente haben gleichartige physikalische und chemische Eigenschaften. Tatsächlich enthielt auch das in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendete Niobmaterial 2 bis 3 Gew.-% Tantal, Rest Niob. Gegenwärtig ist es ziemlich aufwendig, reineres Niob oder Tantal als das erwähnte zu erzeugen. Es wurde jedoch bestätigt, daß im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhältlich sind, wenn man statt des fm den Ausfuhrungsbeispielen beschriebenen Niobzusatzes ein Tantalmaterial zusetzt, das seinerseits einige Gcw.-% Niob enthält. Demgemäß ist der erfindungsgemäße Zusatz von 0,1 bis 1 Gew.-% als Gesamtmenge von Niob und/oder Tantal zu verstehen.

Tubelle I	üewichtsuntcil '	Si	<i	Nb	Wal/verfahren	Qucrschnitt-	Abwalz-	0,5 X 2 40	Schmied-	Magnetische Eigenschaften Märte Bemerkungen	Maximal	Koerzitiv- Remanenz Effektive Permeabilität ^Wv	Nj On
Prob«	ΛΙ			Walz	verringerunt	gracl	91,6	barkeit	Anfangs-	permea	*kraft Br(G)* μ,,,**	SJ
Nr.				te mp.		(mm/Strich)X(Siriche) %			permea-	bilität	^//l(Oe) 4 kHz 100 kHz 4 MHz	On OO
				^QC			-		bilität	μΠΙ
		0	0		0,125 X5-	-	gut	μί	55,000	0,04 »Alperm«
	16	2,5	0	U0&	0,1 X 100	-	ausge	3,000
1	13,5			1200		-	zeichnet
2		5	0		0,1 X 8	-	schlecht
	11	5,5	0	1200	0,1	-	schlecht
3	8	10	0	1200	0,125 X 3	-	schlecht		120,000	0,02 3,600 550 60 574 »Sendust«
* 4	6	5,5	0	1000	0,1 X 2	-	schlecht	30,000
5	4	5,5	0	1200	0,2 x 1		schlecht
6	6	5,5	0	1300	0,1 X 1		schlecht
7	7	6,5	0	1300	0,1 X 2	schlecht
8	6	7,5	0	1200	0,1 X 2	schlecht
9	6		Die Dicke der Proben	1200	Walzen: etwa 4	bis 12 mm (nicht konstant).
10	Hemcrkung 1):	Die Verringerung des	vor dem	Querschnitts (der Dicke)	bei jedem Walzenstich		(Dicke vor jedem StichW Walzenspalt).
	Bemerkung 2):	Abwalzgrud		(Anfangsdicke - Enddickel/lAnlangsdicke) X 100%.
Bemerkung 3):		Kondltionierungswiirmebehundlung: Probe Nr.		Proben wurden nach und nach von 1000° C eine Stunde abgekühlt.
Bemerkung 4):			1 wurde von 600⁰C abgeschreckt, und die anderen

Tabelle 2

Probe	Gewichtsanteil	Si	/(I	Nb	Wulzverl'ahren	Querschnitt	Abwalz-	Schmied-	Magnetische Eigenschaften	Maximal	Koerzitiv	Remanenz	Effektive	Permeabilität	4 MHz	Harte Bemerkungen
Nr.	Al			WuIz-	verringerung	grad	barkeit	Anfangs-	permea	kraft	Br(G)				Hv
				temp.	(mm/Strich) x (Striche)	%		permea	bilität	Wc(Oe)		4 kHz	100 kHz
				°C				bilität	μίτι
		0	0,5		ο,ι	_	gut	μ'
Ια	16	5	0,5	1100	0,1	-	schlecht
3a	11	5,5	0,5	1200	0,1	-	schlecht							63
4a	8	10	0,5	1200	ο,ι	-	schlecht
5a	6	5,5	0,5	1200	0,1 X 20-0,15 X 10	84,2	ausge		8,000	0,40	4300	2040	397	75
6a -	4			1200	-0,1 X 15		zeichnet	450							479
		5,5	0,5		0,15 X 10	84,6	ausge		9,500	0,27	5200	3451	583	55
7a	6			1200	-0,1X35		zeichnet	650							497 Werkstoffe
		5,5	0,5		0,15X20	84,1	ausge		1,150	0,84	2000	3060	518	45	gemäß der
8a	7			1200	-0,1X26		zeichnet	300							495 Erfindung
		6,5	0,5		0,1 X 55-0,15 X 10	85,2	ausge		5,100	0,35	4300	3000	500
9a	6			1200	-0,1 X 0,25		zeichnet	300							574
		7,5	0,5		0,1 X 7	-	schlecht
10a	6	7,8	0,5	1200	0,1 X 10-0,15 X 20	85,7	ausge		500	0,86	825
11a	2,7			1200	-0,1 X 25		zeichnet	0						574

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Magnetkopf-Legierung, bestehend aus

3 bis 8% Aluminium

4 bis 8% Silizium

0,1 bis 1% Niob und/oder Tantal Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,

ίο als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen durch Schmieden oder Walzen.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß sie 85 bis 92% Eisen enthält.