DE3741290A1 - Verfahren zur wiederherstellung der verformbarkeit von versproedeten amorphen legierungen - Google Patents
Verfahren zur wiederherstellung der verformbarkeit von versproedeten amorphen legierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederherstel
lung der Verformbarkeit von versprödeten amorphen Legie
rungen.
Es ist bekannt, daß amorphe Legierungen, die einer erhöh
ten Temperatur ausgesetzt sind, verspröden, wobei eine
Versprödung der amorphen Legierungen auch schon während
des Herstellungsprozesses eintreten kann. Um bestimmte
magnetische Eigenschaften der amorphen Legierungen zu
erreichen, werden diese bei bestimmten Temperaturen be
handelt. Diese Temperaturbehandlung hat jedoch zur Folge,
daß die Legierung versprödet mit der nachteiligen Folge,
daß magnetisch optimierte amorphe Legierungen nicht mehr
mechanisch bearbeitet werden können.
Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Art der Her
stellung von amorphen Legierungen besteht darin, daß bei
spielsweise aus den Legierungen hergestellte flache Bän
der oberhalb einer bestimmten Banddicke derart spröde
sind, daß sie nur noch bedingt verformbar sind, obwohl es
für bestimmte Anwendungszwecke wünschenswert wäre, daß
bei großer Banddicke dennoch eine gute Verformbarkeit
gewährleistet ist.
Zwar ist es bisher auch grundsätzlich schon möglich, bei
der Herstellung oder infolge thermischer Behandlung ver
sprödete amorphe Legierungen wieder verformbar zu machen,
indem diese einer Teilchenstrahlung aus Neutronen oder
leichten Ionen ausgesetzt wird, diese bekannte Methode
hat jedoch einen erheblichen Nachteil, da während der
Teilchenbestrahlung die amorphen Legierungen radioaktiv
werden, so daß eine Weiterverarbeitung praktisch nicht
mehr möglich ist. Für nahezu alle Einsatzarten der
amorphen Legierungen scheidet somit dieses Verfahren aus.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zu schaffen, mit dem auf sehr wirtschaftliche Weise sprö
de bzw. versprödete amorphe Legierungen ohne grundsätz
liche Veränderung ihrer Legierungseigenschaften und ohne
Beschränkung ihrer Verwendungsmöglichkeiten wieder ver
formbar gemacht werden können, wobei das Verfahren grund
sätzlich auf alle amorphen Legierungen anwendbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
die Legierung über ein bestimmtes Zeitintervall Δ t 1 einer
Temperatur T 1 ausgesetzt wird und nachfolgend über ein
bestimmtes Zeitintervall Δ t 2 schockartig einer Temperatur
T 2 ausgesetzt wird, wobei die Temperatur T 1 größer als
die Temperatur T 2 ist.
Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß amorphe Le
gierungen, die magnetisch optimiert wurden und dadurch
bisher irreversibel spröde wurden, nun nach der erfolgten
magnetischen Optimierung wiederum verformbar gemacht wer
den können, ohne daß die magnetischen Eigenschaften be
einflußt werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß die
Legierungen nach Ausführung des Verfahrens ohne Einbußen
mechanisch bearbeitet werden können, beispielsweise durch
stanzen, bohren, schleifen, biegen, wickeln usw. Mit dem
Verfahren können amorphe Legierungen wieder verformbar
gemacht werden, die während des Herstellungsprozesses
versprödeten. Alle genannten Vorteile sind von hohem
Nutzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legierung
die Temperatur T 1 unterschiedlich wählbar, wobei die Tem
peratur T 1 auch von der Zusammensetzung der Legierung
abhängt.
Vorteilhafterweise liegt in Abhängigkeit des Grades der
Versprödung der Legierung die Temperatur T 1 zwischen 200
und 600°C.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit des Grades der Versprö
dung der Legierung und/oder in Abhängigkeit der Tempera
tur T 1 das Zeitintervall Δ t 1 zwischen 10-1 und 3×103 s
eingestellt, wobei auch die Art der Zusammensetzung der
Legierung und dessen Vorbehandlung als ein Parameter zur
Bestimmung der Länge des Zeitintervalls Δ t 1 eingeht.
Wesentlich für eine erfolgreiche Durchführung des Verfah
rens bzw. zum Erreichen der angestrebten Verformbarkeit
ist es, daß die Änderung der Temperatur der Legierung von
T 1 auf T 2 mit einer hohen Rate erfolgt, vorzugsweise we
nigstens 100°K/min. Dabei ist in Abhängigkeit des Grades
der Versprödung der Legierung die Temperatur T 2 wiederum
unterschiedlich wählbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ver
fahrens liegt die Temperatur T 2 in Abhängigkeit des Gra
des der Versprödung der Legierung zwischen +150 und
-200°C, wobei die Temperatur T 2 bei vielen Legierungen
bei der Raumtemperatur liegt.
Grundsätzlich kann die Legierung auf jede erdenkliche
Weise auf die Temperatur T 1 gebracht werden, beispiels
weise in einem Ölbad, mittels Heißluft, in einem Heiß-
Schutzgas oder über Strahlungswärme. Vorzugsweise wird
jedoch die Legierung in einem Salzbad auf die Temperatur
T 1 gebracht.
Auch auf die Temperatur T 2 kann die Legierung auf belie
bige Weise gebracht werden, es eignet sich jedoch dazu
vorzugsweise ein auf die Temperatur T 2 gebrachtes Wasser
bad, in das die Legierung eingebracht wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfol
genden graphischen Darstellungen von Meßergebnissen an
hand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben.
Darin zeigen:
Fig. 1 die relative Bruchdehnung einer bandartig aus
gebildeten amorphen Legierung Fe Ni P nach iso
chroner Auslagerung (43 h) bei verschiedenen
Temperaturen
Fig. 2 die relative Bruchdehnung in Abhängigkeit der
Dauer einer Nachbehandlung bei zwei unter
schiedlichen Nachbehandlungstemperaturen und
Fig. 3 die relative Bruchdehnung in Abhängigkeit der
Dauer der Nachbehandlung einer weiteren Le
gierungsprobe.
Bevor auf das eigentliche Verfahren zur Wiederherstellung
der Verformbarkeit von versprödeten amorphen Legierungen
im einzelnen eingegangen wird, wird zunächst anhand der
Darstellung von Fig. 1 die relative Bruchdehnung ε f in
Abhängigkeit der Auslagerungstemperatur erläutert. Fig. 1
zeigt die relative Bruchdehnung ε f einer amorphen Legie
rung Fe40Ni40P20 bei verschiedenen Auslagerungstempera
turen. Die amorphe Legierung ist in Form eines Metall
bandes mit einer Dicke von 20µm ausgebildet. Proben die
ser Metallegierung, die bei unterschiedlichen Temperatu
ren ausgelagert wurden, wurden einem Biegetest unterwor
fen, bei dem die relative Bruchdehnung ε f der Proben be
stimmt wurde. Wie schon dargelegt, gibt ε f Auskunft über
die Verformbarkeit bzw. die Versprödung der Legierung.
Ist ε f=1, so kann das Legierungsband um 180° gebogen
werden, ohne daß es bricht. Ist ε f<1, so bricht das
Legierungsband beim Biegen und es bricht um so eher, je
kleiner ε f ist.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Legierungsband bis zu
einer Temperatur von ungefähr 210°C gut verformbar ist,
d. h. ε f=1. Mit Zunahme der Temperatur geht die Ver
formbarkeit mit gleichzeitig zunehmender Versprödung der
Legierung zurück, d. h. ε f<1. Im Bereich einer Tempera
tur von 230 bis 300°C wird ein Plateau erreicht, d. h. in
diesem Temperaturbereich ist die Verformbarkeit mit ε f<
1 nahezu konstant. In diesem Temperaturbereich ist die
Legierung allerdings schon sehr spröde. Eine weitere Ver
sprödung setzt oberhalb einer Temperatur von 300°C ein.
Diese zweite Stufe der Versprödung mündet in die Kristal
lisation der Legierung.
Gemäß dem Verfahren wird zur Wiederherstellung der Ver
formbarkeit der versprödeten amorphen Legierung diese
über ein bestimmtes Zeitintervall Δ t 1 einer Temperatur T 1
ausgesetzt (T 1=Erholungstemperatur). Nachfolgend wird
über ein bestimmtes Zeitintervall Δ t 2 die Legierung
schockartig einer Temperatur T 2 ausgesetzt (T 2=Ab
schreckungstemperatur). Die Temperatur T 1 liegt im Tempe
raturintervall zwischen einer Versprödungstemperatur T 3
(T 3=Versprödungstemperatur) und der unter diesen Bedin
gungen gültigen Kristallisationstemperatur.
Fig. 2 zeigt die Wiederherstellung der Verformbarkeit
einer Fe40Ni40P20-Probe, die zuvor bei T 3=251°C versprö
det worden war. Die Verformbarkeit der Probe ist in Fig.
2 bei zwei Erholungstemperaturen T 1, nämlich bei 303 und
372°C dargestellt. Das Zeitintervall Δ t 1 zur Wiederher
stellung einer relativen Bruchdehnung ε f=1 ist bei T 1
=303°C zwischen 10 und 3×102 Sekunden lang. Für T 1=
372°C ist das Zeitintervall Δ t 1 für die Nachbehandlung
zwischen 1 und 12 Sekunden lang. Grundsätzlich kann die
Verformbarkeit bei allen Temperaturen zwischen 303 und
372°C wiederhergestellt werden. Die Abschreckungstempera
tur T 2 entspricht in diesem Fall der Raumtemperatur. Fig.
3 zeigt die Wiederherstellung der Verformbarkeit der band
förmig ausgebildeten amorphen Legierung gemäß der Darstel
lung von Fig. 2, diese wurde jedoch bei einer Temperatur
T 3=265°C versprödet. Die Wiederherstellung der Verform
barkeit wurde dabei bei einer Temperatur von T 1=359°C
erreicht. Das Zeitintervall Δ t 1, in dem eine relative
Bruchdehnung von ε f=1 erreicht werden kann, ist zwischen
7 und 15 Sekunden lang.
Es sei erwähnt, daß die hier beispielhaft erwähnte amor
phe Legierung Fe40Ni40P20 eine typische Legierung aus der
Klasse amorpher Legierungen ist, die neben Übergangsme
tallatomen (Fe, Ni) einen Glasbildner enthalten (P). Das
Verfahren ist, wie Versuche gezeigt haben, grundsätzlich
für alle amorphen Legierungen anwendbar. So sind mit
gleich guten Ergebnissen amorphe Legierungen wie
Fe40Ni40B20 und Cu64Ti36 gemäß dem Verfahren erfolgreich
behandelt worden, so daß die angestrebte Verformbarkeit
nach Abschluß des Verfahrens erreicht wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß jetzt
zunächst große Mengen der amorphen Legierung magnetisch
optimiert werden können und die damit einhergehende Ver
sprödung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beseitigt werden kann, wobei dann aus der amorphen Legie
rung die verschiedensten Bauteile ohne Einschränkungen
hergestellt werden können. In einigen Fällen konnten bis
her die amorphen Legierungen bezüglich ihrer mechanischen
Eigenschaften, obwohl das grundsätzlich möglich gewesen
wäre, nicht optimiert werden, da die damit einhergehende
Versprödung der Legierung für eine weitere Verarbeitung
zu groß gewesen wäre. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfah
ren können jetzt Bauteile mit verbesserten Kenndaten her
gestellt werden. Außerdem können jetzt amorphe Bänder
größerer Dicke hergestellt werden, die zwar nach dem Her
stellungsprozeß spröde sind, durch dieses Verfahren je
doch verformbar gemacht werden können.
Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß bei
der Herstellung von Spulen bisher das Ausgangsmaterial
zunächst auf einen Spulenkörper gewickelt und danach die
fertige Spule zur Optimierung magnetischer Eigenschaften
thermisch behandelt wurde. Das bedeutet aber, daß das
Material des Spulenkörpers diese Temperaturbehandlung
ohne Veränderungen überstehen können mußte. Das erfin
dungsgemäße Verfahren gestattet es, daß das Ausgangsma
terial zunächst magnetisch optimiert wird, dann mittels
Anwendung des Verfahrens verformbar gemacht wird und an
schließend auf einen Spulenkörper gewickelt wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich daraus, daß jetzt die optimierten amorphen
Legierungen mit nicht-temperaturbeständigen Materialien
kombiniert werden können.
Bislang stellen die Hersteller amorpher Legierungen nur
zum Teil fertige Bauteile her. Ein großer Teil der Legie
rungen wird an weiterverarbeitende Betriebe verkauft.
Diese stellen dann Bauteile her und führen die magneti
sche Optimierung durch. Mit der vorliegenden Erfindung
kann der Hersteller bereits optimierte Legierungen anbie
ten.
Claims (10)
1. Verfahren zur Wiederherstellung der Verformbarkeit
von versprödeten amorphen Legierungen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Legierung über ein bestimmtes Zeitin
tervall Δ t 1 einer Temperatur T 1 ausgesetzt wird und nach
folgend über ein bestimmtes Zeitintervall Δ t 2 schockartig
einer Temperatur T 2 ausgesetzt wird, wobei die Temperatur
T 1 größer als die Temperatur T 2 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legie
rung die Temperatur T 1 unterschiedlich wählbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legie
rung die Temperatur T 1 zwischen 200 und 600°C liegt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des
Grades der Versprödung der Legierung und/oder in
Abhängigkeit der Temperatur T 1 das Zeitintervall Δt1
zwischen 10-1 s und 3×103 s liegt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Tem
peratur der Legierung von T 1 auf T 2 mit einer Rate von
wenigstens 100°K/min erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des
Grades der Versprödung der Legierung die Temperatur T 2
unterschiedlich wählbar ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit des Grades der Versprödung der Legie
rung die Temperatur T 2 zwischen +150 und -200°C liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur T 2 die Raumtemperatur ist.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung in einem
Salzbad auf die Temperatur T 1 gebracht wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung durch
Eingabe in ein Wasserbad schockartig auf die Temperatur
T 2 gebracht wird.
Priority Applications (3)
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