Korrosionsbeständige weichmagnetische Eisen-Nickel-Chrom-Legierung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige weichmagnetische Eisen-Nickel-Chrom-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke von max. 2,5 A/m bei einer Sättigungsflußdichte von größer als 0,75 T, die gekennzeichnet ist durch (in Masse-%)

38,0 bis 42,0 % Ni,

7,5 bis 9,5 % Cr,

max. 1,0 % Mn,

max. 0,3 % Si,

Rest Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen

und ihre Verwendung für Relaisteile.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige weichmagnetische Eisen-Nickel-Chrom-Legierung, insbesondere für Relaisteile.

[0002] Es ist bekannt, daß weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierungen Anwendung als Kern- und Joch-Werkstoff für elektromagnetische Relais finden. Die Hauptanforderungen, die an Kern- und Joch-Werkstoffe für elektromagnetische Relais gestellt werden, sind eine hohe Permeabilität und eine schmale Hystereseschleife. Eine hohe Permeabilität und eine mit der schmalen Hystereseschleife einhergehende niedrige Koerzitivfeldstärke werden gefordert, weil eine kleine magnetische Feldstärke, d.h. ein geringer erregender Strom im Luftspalt eine hohe Flußdichte erzeugen soll, damit eine hohe Anziehungskraft auf den Anker ausgeübt wird. Außerdem ermöglicht eine niedrige Koerzitivfeldstärke ein leichtes Öffnen des Relais bei Unterbrechung des erregenden Stromes.

[0003] Den Stand der Technik für weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierungen als Kern- und Joch-Werkstoff für elektromagnetische Relais gibt hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften die Tabelle 1 wieder, die der Norm DIN 17405 "Weichmagnetische Werkstoffe für Gleichstromrelais" bezüglich der Werkstoffgruppe der Nickellegierungen entnommen sind.

[0004] Die Norm DIN 17745 "Knetlegierungen aus Nickel und Eisen" nennt als Ausgangswerkstoffe für die Sorte RNi 5 die Legierungen NiFe16CuCr (Werkstoff-Nr. 2.4511), NiFe16CuMo (2.4531) und NiFe15Mo (2.4551) sowie für die Sorte RNi 2 die Legierungen NiFe16CuCr (Werkstoff-Nr. 2.4515), NiFe16CuMo (2.4535) und NiFe15Mo (2.4555). Die Tabelle 2 stellt einen Auszug aus der Norm DIN 17745 dar.

[0005] Aus diesen Beschreibungen geht hervor, daß für die Eisen-Nickel-Relaiswerkstoff-Sorten RNi 5 und RNi 2, die eine Sättigungsflußdichte Bs von etwa 0,75 T aufweisen, hochnickelhaltige Legierungen mit Beimengungen von Mo und/oder Cu und Cr genannt werden. Hierbei ist zu beachten, daß im Fall der Legierung NiFe16CuCr der Chromgehalt nur bei Werten zwischen 1,5 und 2,5 Masse-% liegt.

[0006] Daneben sind in Tabelle 1 noch die Sorten RNi 24, RNi 12 und RNi 8 mit 36 bzw. etwa 50 Masse-% Ni genannt.

[0007] Die letzteren unterscheiden sich von den hoch nickelhaltigen Legierungen darin, daß sie weniger Nickel enthalten, frei sind von wesentlichen weiteren Legierungselementen und gemäß Tabelle 1 insbesondere eine höhere magnetische Induktion bei einer Feldstärke von 4000 A/m, welche der Sättigungsinduktion entspricht, besitzen. Sowohl die hochnickelhaltigen Legierungen als auch die zweite Gruppe der Eisen-Nickel-Werkstoffe mit mittlerem Nickelgehalt sind anfällig gegen Korrosion durch Luftfeuchtigkeit, insbesondere in küstennahem Klima.

[0008] Es war deshalb die Aufgabe gestellt, eine neue weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierung zu finden, welche die sehr niedrige Koerzitivfeldstärke und die Sättigungsinduktion der hoch nickelhaltigen Legierungen verbindet mit gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber Luftfeuchtigkeit.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Legierung bestehend aus (Angabe in Masse-%):

38,0 bis 42,0 % Nickel

7,5 bis 9,5 % Chrom

max. 1,0 % Mangan

max. 0,3 % Silizium

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen

[0010] Die erfindungsgemäße Eisen-Nickel-Chrom-Legierung erzielt überraschenderweise nahezu die Normwerte der magnetischen Eigenschaften der Relaiswerkstoffsorten RNi 5 und RNi 2. In Anbetracht des niedrigen Nickelgehalts waren eher magnetische Eigenschaften zu erwarten, welche denen der Werkstoffsorten RNi 8, 12 und 24 gemäß Tabelle 1 ähneln. Dem ist aber nicht so. Die Sättigungsflußdichte Bs der erfindungsgemäßen Fe-Ni-Cr-Legierung beträgt etwa 0,79 T. Die Koerzitivfeldstärke Hc ist mit etwa 1,5 A/m niedriger als der in der Norm DIN 17405 für die Werkstoffsorte RNi 2 geforderte maximale Grenzwert von 2,5 A/m. Diese Werte sind mittels statischen Magnetisierungsmessungen, die an gestanzten Ringen aus 1 mm Banddicken durchgeführt wurden, bestimmt worden.

[0011] Die erfindungsgemäße Fe-Ni-Cr-Legierung ist unter betrieblichen Bedingungen in einem 30 t Lichtbogenofen erschmolzen und nach einer Block- und Warmbandwalzung mit weiteren Verarbeitungsschritten zu Band der Prüfdicke 1,0 mm kaltgewalzt worden.

[0012] Die Testringe waren vor der Messung der magnetischen Eigenschaften einer Glühbehandlung unter reiner Wasserstoffatmosphäre 6h lang bei 1100 °C unterzogen worden. Die Abkühlung erfolgte bis etwa 450 °C im Ofen mit einer darauf folgenden Abkühlung an Luft. Die magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung E, deren chemische Zusammensetzung Tabelle 3 enthält, sind in der Tabelle 4 aufgeführt im Vergleich zu den Werten der Werkstoffen RNi2 und RNi5, die den Stand der Technik beschreiben.

[0013] Aufgrund des hohen Chromgehalts weist die erfindungsgemäße Fe-Ni-Cr-Legierung eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als die niedrignickelhaltigen Fe-Ni-Legierungen ohne Chrom. Sie weist eine zu den hochnickelhaltigen Fe-Ni-Legierungen vergleichbare Beständigkeit auf. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung im Vergleich zu den hochnickelhaltigen weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierungen ist der wesentlich geringere Nickelgehalt und damit ein deutlicher Kostenvorteil bei vergleichbaren guten magnetischen Eigenschaften.

Ansprüche

1. Korrosionsbeständige weichmagnetische Eisen-Nickel-Chrom-Legierung mit einer Koerzitivfeldstärke von max. 2,5 A/m bei einer Sättigungsflußdichte von größer als 0,75 T,
gekennzeichnet durch (in Masse-%)

38,0 bis 42,0 % Ni,

7,5 bis 9,5 % Cr,

max. 1,0 % Mn,

max. 0,3 % Si,

Rest Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

2. Verwendung der weichmagnetischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung gemäß Anspruch 1 als Werkstoff für Joche und Anker von korrosiven Medien ausgesetzten elektromagnetischen Relais.