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Dokumentenidentifikation DE19650710A1 12.06.1997
Titel Magnetkörper aus einem Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder Hitachi Metals, Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Inui, Tsutomu, Yanago, JP;
Sunakawa, Jun, Yasugi, JP;
Shimizu, Masaki, Nagoya, JP;
Takeuchi, Keizo, Handa, JP;
Sugiura, Shinya, Kariya, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 06.12.1996
DE-Aktenzeichen 19650710
Offenlegungstag 12.06.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.06.1997
IPC-Hauptklasse H01F 1/00
Zusammenfassung Vorgeschlagen wird ein aus einem einzigen Material hergestellter magnetischer Körper mit einem ferromagnetischen Abschnitt von hohem Weichmagnetismus und einem nichtmagnetischen oder ähnlichem Abschnitt, der ausreichend niedrigmagnetisch (schwach magnetisiert oder nicht-magnetisch) ist und eine ausreichend niedrige MS-Temperatur aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Körpers. Der aus einem einzigen Material, nämlich aus einem nickelhaltigen, martensitischen rostfreien Stahl hergestellte magnetische Verbundkörper hat einen ferromagnetischen Abschnitt mit einer maximalen Permeabilität von nicht weniger als 200 und einer Koerzitivkraft von nicht mehr als 2000 A/m, sowie einen schwach magnetisierten Abschnitt mit einer Permeabilität von nicht mehr als 2 und einer MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C. Ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Verbundkörpers umfaßt die Schritte:
- lokale Erwärmung eines einzigen Materials, nämlich eines martensitischen rostfreien Stahles, mit einer bestimmten nickelhaltigen Zusammensetzung und einem Gefüge bestehend aus Ferrit und Karbiden, auf eine Temperatur höher als die Austenit-Umwandlungstemperatur des Stahls, und
- schnelles Abschrecken des lokal erwärmten Abschnitts, um eine Austenitstruktur in diesem erwärmten und abgeschreckten Abschnitt mit einer MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C auszubilden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkörper aus einem Verbundwerkstoff mit einem ferromagnetischen Abschnitt und einem schwach magnetisierten bzw. nicht-magnetischen Abschnitt (im folgenden nur als "schwach magnetisiert" bezeichnet), welcher als eine Betätigungseinrichtung (im folgenden als "Ölsteuereinrichtung" bezeichnet) oder ähnliches, die mit Kraftstoff für Autos oder Hydraulikflüssigkeit zu tun hat, geeignet ist. Die Erfindung bezieht sich desweiteren auf ein Verfahren zur Herstellung des Magnetkörpers.

Eine Betätigungseinrichtung, die für eine Ölsteuereinrichtung bei Kraftfahrzeugen Anwendung findet, hat einen Aufbau, bei dem in einem Abschnitt eines ferromagnetischen (im wesentlichen weichmagnetischen) Stators ein schwach magnetisierter Bereich ausgebildet ist, so daß ein magnetischer Fluß zu einem beweglichen Kern fließt, auf welche Weise der magnetische Fluß effektiv ausgenutzt wird.

Um den schwach magnetisierten Bereich in einem Abschnitt der ferromagnetischen Teile auszubilden, werden die ferromagnetischen Teile und die schwach magnetisierten Teile auf herkömmliche Weise durch einige Verfahren, wie z. B. Löten oder Laser-Schweißen, miteinander verbunden.

Im Gegensatz zu diesen Verfahren zum Verbinden verschiedener Materialien wurde neulich ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein einheitliches Material zur Ausbildung des ferromagnetischen Abschnitts durch Kaltverformung und des schwach magnetisierten Abschnitts durch Wärmebehandlung verwendet wird.

In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 6-140 216 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Körper aus einem allgemein metastabilen austenitischen rostfreien Stahl durch Auflösungsglühen bei hoher Temperatur leicht magnetisiert wird, und ein Teil des Körpers bei einer Temperatur zwischen einer Md-Temperatur und einer MS-Temperatur behandelt wird, um eine verformungsinduzierte Martensitumwandlung hervorzurufen, um dadurch den ferromagnetischen Teil auszubilden.

Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 6-74 124 offenbart einen Stator einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welcher durch ein Verfahren hergestellt wird mit den Schritten:

Durchführung einer intensiven Bearbeitung, um eine Ferromagnetisierung durch Umwandlung von Austenit in Martensit zu erreichen, und

Unterziehen eines Teils des ferromagnetischen Werkstoffs einer Wärmebehandlung, um Austenit zu erhalten und einen schwach magnetisierten Abschnitt auszubilden.

In dieser Veröffentlichung ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Austenit erzeugendes Element geschmolzen und einen Abschnitt des ferromagnetischen Körpers hinzugefügt wird, so daß dieser Abschnitt schwach magnetisiert wird, sowie ein anderes Verfahren, bei dem ein Ferrit erzeugendes Element geschmolzen und in einem Abschnitt einer austenitischen Legierung erzeugt wird, so daß dieser Abschnitt zu einem ferromagnetischen Abschnitt wird.

Im allgemeinen ist ein Schmelzen und Hinzufügen von Austenit erzeugenden, Ferrit erzeugenden und ähnlichen Elementen zu einem bestimmten Bereich eines Grundwerkstoffs nicht leicht zu erreichen. Die Erfinder haben einen Körper mit einem schwach magnetisierten oder ähnlichen Bereich in einem Teil bzw. Abschnitt eines ferromagnetischen Werkstoffs sowie ein Verfahren zur Herstellung des Körpers ausführlich untersucht und mit diesem experimentiert.

Im Ergebnis wurde ein ferromagnetischer Bereich durch Kaltverformung des metastabilen Austenits unter Erzeugung von Martensit erhalten, welcher Bereich eine maximale Permeabilität (µm) von 160 und eine Koerzitivkraft (Hc) von 2.500 A/m Härte, obwohl nach der Kaltverformung ein Spannungsfreiglühen zur Beseitigung von Spannungen durchgeführt wurde und dadurch eine ausgezeichnete Weichmagnetisierbarkeit erreicht werden konnte.

Autoteile werden in einigen Fällen niedrigen Temperaturen ausgesetzt, die -30°C erreichen. Im Fall, daß ein schwach magnetisierter Abschnitt einer Temperatur, die -30°C erreicht, ausgesetzt wird, tritt bei dieser Temperatur eine Martensitumwandlung ein, so daß der Abschnitt ferromagnetisch wird, mit dem Ergebnis, daß die Autoteile einer praktischen Verwendung nicht mehr zugeführt werden können. Mit anderen Worten ist es so, daß, wenn im Fall einer Ferromagnetisierung durch die obengenannte Kaltverformung eine Zusammensetzung verwendet wird, bei der die maximale Permeabilität des ferromagnetischen Abschnitts erhöht wird (der metastabile Austenit wird noch unstabiler), so wird die MS- Temperatur (die Temperatur, bei der die Umwandlung des nichtmagnetischen Austenits in ferromagnetischen Martensit einsetzt) des schwach magnetisierten Abschnitts nicht niedriger als -30°C, so daß die Teile praktisch nicht mehr verwendet werden können. Dementsprechend wurde festgestellt, daß es schwierig ist, in einem einzigen Werkstoff gleichzeitig einen weichmagnetischen Abschnitt mit hoher Permeabilität und niedriger Koerzitivkraft sowie einen schwach magnetisierten Abschnitt mit einer MS-Temperatur von nicht weniger als -30°C auszubilden.

Als Herstellungsverfahren für Metallteile mit einem magnetischen Abschnitt und einem schwach magnetisierten oder ähnlichen Abschnitt wurde in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 50-30 17 bereits ein Herstellungsverfahren für "Fabrikate vom einstückigen Aufbau und aus einem Metall, das während eines Alterungsschritts eine magnetische Struktur erlangen und diese nach einem Anlassen bei hoher Temperatur wieder verlieren kann" beschrieben. Die zuvor erwähnte Offenlegungsschrift Nr. 50-30 17 offenbart jedoch keine spezifische Anwendung. Eine magnetischen Legierung vom Typ C-(Co, Ni)-(Cr,V)-Fe mit 0,37C-0,6Si-0,4Mn-17Cr- 6,2Ni-0,5Ti-Fe (die Zahlen geben Gewichtsprozent an) von rostfreiem Stahl oder ähnlichem wird als ein Beispiel für die ausführliche Beschreibung der Erfindung angegeben. Ein mengenmäßiger Magnetwert des weichmagnetischen Abschnitts, insbesondere die MS-Temperatur dieses Abschnitts im rostfreien Stahl, ist jedoch nicht offenbart. Außerdem wurde die Bearbeitbarkeit unter Verwendung eines Materials untersucht, das durch Schmieden eines Gußblocks hergestellt wurde, wobei die Verformbarkeit dieses Materials unbekannt ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einziges Material mit einem ferromagnetischen Abschnitt, der ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften mit einer ausreichend hohen Maximal-Permeabilität um und einer ausreichend niedrigen Koerzitivkraft Hc aufweist, und mit einem schwach magnetisierten Abschnitt mit einer MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Materials.

Von den Erfindern wurde ursprünglich ein Verfahren anstelle eines herkömmlichen Verfahrens vorgeschlagen, bei dem ein einziges Material verwendet wird, bei dem eine Vielzahl von Teilen aus ferromagnetischem (weichmagnetischem) Material und schwach magnetisierbarem Material durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden werden, welches Verfahren bei einem magnetischen Kreis einer Autobetätigungseinrichtung gemäß der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 6-14 02 16 und der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 7-11 397 verwendet wird.

In diesem Fall wird der Ferromagnetismus jedoch durch eine verformungsinduzierte Martensitumwandlung erhalten, wobei jedoch ein Weichmagnetismus mit einer maximalen Permeabilität von 160 µm und einer Koerzitivkraft Hc von ca. 2.500 A/m unzureichend sind mit der Folge, daß dessen Anwendung beschränkt ist.

Durch Versuche wurde von den Erfindern festgestellt, daß ein Weichmagnetismus mit maximaler Permeabilität µm von ca. 600 und einer Koerzitivkraft Hc von ca. 880 A/m durch ein Gefüge von Ferrit und Karbid erhältlich ist. Dieses Gefüge kann durch Glühen eines martensitischen rostfreien Stahles aus einer Fe-Legierung mit Cr und C bei niedriger Temperatur erhalten werden, womit ein schwacher Magnetismus mit einer Permeabilität von µ < 2 durch Erwärmen eines Teils davon auf eine Temperatur von nicht weniger als 1100°C und anschließendes schnelles Abschrecken erreicht werden kann, wobei jedoch der rostfreie Stahl sich zu einer praktischen Anwendung in einem Auto nicht eignet, weil die MS-Temperatur dieses Bereiches bei -10°C liegt.

Die vorliegende Erfindung wurde durch weitere Untersuchungen bezüglich der Frage, wie die MS-Temperatur unter Beibehaltung der obengenannten magnetischen Eigenschaften ermöglicht werden kann, entwickelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen magnetischen Verbundkörper zu schaffen, der aus einem einzigen Material gefertigt ist und einen ferromagnetischen Abschnitt mit hohem Weichmagnetismus sowie einen schwach magnetisierten Abschnitt hat, der sowohl ausreichend schwachen Magnetismus als auch eine ausreichend niedrige MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundkörpers zu schaffen.

Die Erfinder haben festgestellt, daß in einem ferromagnetischen Abschnitt der Weichmagnetismus durch ein Ferritgefüge anstelle des verformungsbedingt aus dem metastabilen Austenit erhältlichen Martensit wesentlich erhöht wird und die MS- Temperatur eines durch Erwärmung eines Teils des ferromagnetischen Abschnitts bei hoher Temperatur und anschließende schnelle Abschreckung erhältlichen, schwach magnetisierten Abschnitts dann ausreichend erniedrigt wird, wenn eine geeignete Menge an Ni dem Grundmaterial im voraus hinzugefügt wird.

Mit anderen Worten besteht der magnetisch Verbundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem einzigen Material, nämlich aus einem martensitischen, Ni-haltigen rostfreien Stahl. Das Material hat zwei Abschnitte. Diese zwei Abschnitte sind ein ferromagnetischer Abschnitt und ein schwach magnetisierter Abschnitt. Der ferromagnetische Abschnitt hat eine maximale Permeabilität von nicht weniger als 200 und eine Koerzitivkraft von nicht mehr als 2.000 A/m. Der schwach magnetisierte Abschnitt hat eine Permeabilität von nicht mehr als 2 und eine MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C. Der martensitische rostfreie Stahl gemäß der Erfindung enthält vorzugsweise (in Massen-%) 0,35 bis 0,75% C, 10,0 bis 14,0% Cr, 0,5 bis 4,0% Ni, 0,01 bis 0,05% N, zumindest ein aus der Gruppe von Si, Mn und Al ausgewähltes Desoxidationsmittel in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 2,0%, als Rest Fe und begleitende Verunreinigungen. Der martensitische rostfreie Stahl enthält vorzugsweise (in Massen-%) 0,5 bis 4,0% Ni, 13,0 bis 25,0% eines Ni-Äquivalents (%Ni + 30% C + 0,5%Mn + 30%N), 10,1 bis 15,0% eines Cr-Äquivalents (%Cr + %Mo + 1,5%Si + 1,5%Nb), Rest aus Fe und unbedeutenden Verunreinigungen.

Ein Verfahren zur Herstellung des magnetischen Verbundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte:

Vorbereitung eines Einstoffmaterials, nämlich eines martensitischen rostfreien Stahles mit einem ferromagnetischen Gefüge, das aus Ferrit und Carbiden besteht, wobei der Stahl (in Massen-%) 0,35 bis 0,75% C, 10,0 bis 14,0%Cr, 0,5 bis 4,0% Ni, 0,01 bis 0,05% N, zumindest ein aus der Gruppe von Si, Mn und Al ausgewähltes Desoxidationsmittel in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 2,0% enthält, oder welcher Stahl (in Massen-%) 0,5 bis 4,0% Ni, 13,0 bis 25,0% Ni-Äquivalent (%Ni + 30%G + 0,5%Mn + 30%N) und 10,1 bis 15,0% Cr-Äquivalent (%Cr + %Mo + 1,5%Si + 1,5%Nb) enthält, Erwärmen eines Teils des Einstoffmaterials bei einer Temperatur nicht niedriger als die Austenit-Umwandlungstemperatur, und dann rasches Abschrecken des lokal erwärmten Bereichs, so daß dieser Bereich oder Teil seine Austenit- Struktur beibehält und eine MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C aufweist, wobei die MS-Temperatur als eine solche Temperatur definiert ist, bei welcher die Umwandlung des nichtmagnetischen Austenits in ferromagnetischen Martensit einsetzt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim Abkühlen eines ferromagnetischen, martensitischen rostfreien Stahls, der vorher geglüht wurde, um ein Ferritgefüge mit ausreichendem Weichmagnetismus zu entwickeln, und nach Erwärmen eines Teils des ferromagnetischen rostfreien Stahles auf eine bestimmte Temperatur, das Gefüge dieses Teilbereichs in Abschreck-Austenit (Rest-Austenit), der sowohl ausreichend schwachen Magnetismus, als auch eine ausreichend niedrige MS- Temperatur hat, umgewandelt wird.

Der martensitische rostfreie Stahl, der als Material für den Körper gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird vorzugsweise geglüht, um einen ausreichend hohen Ferromagnetismus für den Fall zu erhalten, in dem der Körper einem Kalt- oder Warm-Umformen ausgesetzt wird. Die geeignete Glühtemperatur bewegt sich zwischen 600 und 850°C, vorzugsweise von 750 bis 800°C. Die Abkühlung nach dem Glühen ist vorzugsweise eine allmähliche Abkühlung.

Die lokale Erwärmungstemperatur des Teilabschnitts ist vorzugsweise eine hohe Temperatur von 1000°C bis 1200°C, um dadurch die MS-Temperatur des Rest-Austenits ausreichend zu erniedrigen, wobei eine kurzzeitige Erwärmung wegen ihrer lokalen Einwirkung vorzuziehen ist. Um Austenit mit einer niedrigen MS-Temperatur zu erhalten, ist nach der Erwärmung eine schnelle Abschreckung zu bevorzugen, wobei auch die Verwendung eines dünnen oder schmalen Körpers vorzuziehen ist. Das für eine lokale Einwirkung geeignete Erwärmungsverfahren wird vorzugsweise unter Verwendung solcher Erwärmungsmittel durchgeführt, die eine hohe Energiedichte aufweisen, wie z. B. Induktionserwärmung, Laser, Elektronenstrahl oder ähnliches.

Im folgenden werden einige besondere Merkmale der Erfindung erläutert.

Der erfindungsgemäße Körper besteht aus einem ferromagnetischen Abschnitt und einem schwach magnetisierten Abschnitt.

Die maximale Permeabilität um ist nicht weniger als 200, und die Koerzitivkraft Hc beträgt nicht mehr als 2.000 A/m im ferromagnetischen Abschnitt, wobei die MS-Temperatur nicht mehr als -30°C im schwach magnetisierten Abschnitt ist. Diese Wertbereiche können erfindungsgemäß leicht erhalten werden und stellen darüber hinaus die bei einem Körper einer Ölregelvorrichtung oder ähnlichem geforderten Eigenschaften dar. Solche Eigenschaften wurden im Stand der Technik nicht erreicht, so daß darin eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Permeabilität nicht mehr als 2 in dem schwach magnetisierten Abschnitt. Letzteres geht darauf zurück, daß eine Permeabilität von mehr als 2 bei der Verwendung des schwach magnetisierten Abschnitts ungeeignet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es einfacher und vorteilhafter, wenn der ferromagnetische Bereich eine maximale Permeabilität von nicht weniger als 250 µ max und eine Koerzitivkraft Hc von nicht mehr als 1000 A/m hat, und der schwach magnetisierte Abschnitt eine Permeabilität µ von nicht mehr als 1,5, insbesondere von nicht mehr als 1,2 aufweist.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Zusammensetzungen werden im folgenden erläutert.

C ist ein wichtiges Element in der vorliegenden Erfindung und dient dazu, die mechanische Festigkeit des Körpers zu erhöhen und den nicht-magnetischen Austenit zu stabilisieren. Der C-Gehalt befindet sich vorzugsweise zwischen 0,35 und 0,75%. Bei einem C-Gehalt von weniger als 0,35% kommt es zu einer Verschlechterung der Stabilität von Austenit, und die MS- Temperatur im schwach magnetisierten Abschnitt steigt auf mehr als -30°C, wobei der schwach magnetisierte Abschnitt eine magnetische Permeabilität von nicht mehr als 2 µ bei einer schnellen Abschreckung von der hohen Temperatur aufweist. Deswegen beträgt der C-Gehalt vorzugsweise nicht weniger als 0,35%. Bei einem C-Gehalt von mehr als 0,75% wird die Verformbarkeit während der Kaltbearbeitung verschlechtert. Ein bevorzugter Bereich des C-Gehalts befindet sich zwischen 0,45 und 0,65%.

Cr dient zu einer effektiven Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Festigkeit des Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Cr-Gehalt befindet sich vorzugsweise im Bereich von 10,0 bis 14,0%. Ein Cr-Gehalt von weniger als 10,0% führt zu einer Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zum rostfreien Stahl. Bei einem C-Gehalt von mehr als 14,0% wird der Ferrit stabil mit dem Ergebnis, daß es schwierig wird, beim Abschrecken von der hohen Temperatur einen schwachen Magnetismus zu erhalten. Ein speziell bevorzugter Bereich des Cr-Gehalts befindet sich zwischen 12,0 und 14,0%.

Nickel ist ein Element, das für die effektive Erniedrigung der MS-Temperatur des schwach magnetisierten Abschnitts von Bedeutung ist. Ein bevorzugter Bereich des Ni-Gehalts befindet sich zwischen 0,5 und 4,0%. Bei einem Ni-Gehalt von weniger als 0,5% übersteigt die MS-Temperatur des schwach magnetisierten Abschnitts -30°C. Bei einem Ni-Gehalt von mehr als 4,0% übersteigt die Dehngrenze des geglühten Werkstoffs 60 kgf/mm², und es kommt zu einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit. Außerdem ist die Koerzitivkraft, selbst nach dem Glühen, ≤ 2000 A/m, so daß ein ausgezeichneter Weichmagnetismus schwer zu erhalten ist. Ein besonders bevorzugter Bereich des Ni-Gehalts befindet sich bei nicht weniger als 1%.

Als ein Austenit-erzeugendes Element wirkt sich N in ähnlicher Weise wie der Ni-Gehalt aus. N ist außerdem kostengünstig. Ein bevorzugter Bereich für den N-Gehalt befindet sich zwischen 0,01 und 0,05%. Bei einem N-Gehalt von weniger als 0,01% wird die MS-Temperatur des schwach magnetisierten Abschnitts nicht ausreichend erniedrigt, so daß ein teures Material, wie z. B. Ni, verwendet werden muß. Bei einem N-Gehalt von nicht weniger als 0,05% wird eine Behandlung zur Senkung des N-Gehalts während des Schmelzens notwendig, wobei auch die Dehngrenze und der Kaltverfestigungsgrad ansteigen, wodurch die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Ein bevorzugter Bereich des N-Gehalts befindet sich zwischen 0,015 und 0,040%.

Der Körper gemäß der vorliegenden Erfindung kann zumindest ein aus der Gruppe von Si, Mn und Al ausgewähltes Desoxidationsmittel von insgesamt nicht mehr als 2,0% zusätzlich zu den obengenannten C, Cr, Ni und N beinhalten.

W, Mo, Nb, Ti und/oder Cu usw. können dem Werkstoff des Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, um bestimmte Eigenschaften, wie z. B. die Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit oder ähnliches zu verbessern.

Der Bereich der bevorzugten Zusammensetzung des für den Körper gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten martensitischen rostfreien Stahls kann durch ein Ni- Äquivalent oder ein Cr- Äquivalent definiert werden.

Das Ni-Äquivalent ist definiert durch (%Ni + 30%C + 0,5%Mn + 30%N) und das Cr-Äquivalent ist definiert durch (%Cr + %Mo + 1,5%Si + 1,5%Nb) . Ein bevorzugter Bereich des Ni-Äquivalents befindet sich zwischen 13,0 und 25,0%. Bei einem Ni- Äquivalent von weniger als 13,0% kann die MS-Temperatur des schwach magnetisierten Abschnitts mit µ ≤ 2 kaum bei nicht mehr als -30°C bleiben, wenn von der hohen Temperatur abgeschreckt wird. Bei einem Ni-Äquivalent von mehr als 25,0% wird der Weichmagnetismus des ferromagnetischen Abschnitts während des Glühens so weit verschlechtert, daß kaum µm ≤ 200 erreicht werden kann. Ein bevorzugter Bereich für das Cr- Äquivalent befindet sich zwischen 10,1 bis 15,0%. Wenn das Cr-Äquivalent weniger als 10,1% beträgt, so wird die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert. Bei einem Cr-Äquivalent von mehr als 15% wird es notwendig sein, eine größere Menge an Austenit-erzeugenden Elementen Ni, C und N hinzuzufügen, um eine Permeabilität von nicht mehr als 2 nach dem schnellen Abschrecken von der hohen Temperatur zu erhalten, wodurch der Weichmagnetismus des ferromagnetischen Abschnitts sowie die Bearbeitbarkeit verschlechtert werden. Deswegen befindet sich die obere Grenze des Cr-Äquivalents bei 15%. Die bevorzugten Bereiche des Ni-Äquivalents und des Cr-Äquivalents erstrecken sich von 15,0 bis 23,5 bzw. von 12,1 bis 14,5%. Ein bevorzugter Bereich des Cr-Äquivalents erstreckt sich von 13,0 bis 14,5%.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ein ferromagnetischer Bereich und ein schwach magnetisierter Bereich wurden, um eine Koexistenz dieser Abschnitte in einem einzigen Körper zu vermeiden, in voneinander getrennten Probestücken oder nacheinander ausgebildet. Jedoch zielte der Prüfversuch darauf, eine Pseudo-Koexistenz des ferromagnetischen Abschnitts und des schwach magnetisierten Abschnitts nachzubilden, weil die Abkühlung des Probestücks nach der Erwärmung erst nach einer Luftabkühlung in Öl erfolgte.

Beispiel 1

In einem Fall, in dem ein martensitischer rostfreier Stahl nach Kaltwalzen bei 600 bis 850°C geglüht wurde, waren die weichmagnetischen Eigenschaften bei ca. µm = 600 und ca. Hc = 800 A/m. nach dem Abschrecken von der hohen Temperatur war jedoch die Permeabilität des geglühten Materials bei µ = 1,3, welches µ wenig höher als das vom schwach magnetisierten Material für elektronische Zwecke liegt. Außerdem war die MS-Temperatur höher als -30°C, so daß dieses Material einer praktischen Anwendung bei Autos nicht zugeführt wurde.

Von den Erfindern wurde die Auswirkung von Ni auf eine mögliche Absenkung der MS-Temperatur einer Legierung untersucht, die ein nicht-magnetisches Restaustenitgefüge aufweist und durch schnelle Abschreckung von hoher Temperatur hergestellt wurde; der Zweck bestand darin, eine hohe maximale Permeabilität in einem durch Glühen ausgebildeten und aus Ferrit und Karbiden bestehenden Gefüge zu erhalten.

Ein Block von 10 kg, in dem der Ni-Gehalt durch Vakuumschmelzen verändert worden war, wurde geschmiedet und warmgewalzt, um eine Platte mit 3,5 mm Dicke herzustellen. Die Platte wurde in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung bei einer Temperatur von 600 bis 850°C geglüht. Eine auf der Oberfläche der Platte ausgebildete Oxidschicht wurde entfernt. Sodann wurde die Platte kaltgewalzt, um ihre Dicke auf 1,5 mm zu reduzieren, und es wurden Untersuchungen durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Legierungszusammensetzungen der Probekörper gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die Zusammensetzung der Vergleichsprobekörper.



Prüfstücke von magnetischen Pingen mit 33 mm Innendurchmesser und 45 mm Außendurchmesser sowie solche von rechteckigen 15 mm-Platten wurden aus kaltgewalztem Material angefertigt. Jede Probe wurde bei einer Temperatur von nicht höher als der A1-Punkt geglüht. Daraufhin wurden die magnetischen Eigenschaften der Ringe gemessen. Gemessen wurde eine maximale Permeabilität um, Koerzitivkraft Hc A/in und magnetische Flußdichte B4000 [T] (magnetische Flußdichte bei einer Magnetisierungsintensität von H = 4000 A/m) . Die geglühte rechteckige 15 mm-Platte wurde 5 Sekunden lang in einem Heizofen bei einer Temperatur von 1200°C gehalten, anschließend für eine Sekunde luftgekühlt, und daraufhin zum Abschluß der Lösungsbehandlung in Öl abgekühlt. Die Permeabilität (gemessen mit einem Permeabilitätsmeßgerät) und die MS-Temperatur (gemessen mit einem Differentialkalorimeter) der Platte wurden gemessen. Tabelle 2 zeigt die magnetischen Eigenschaften der geglühten ferromagnetischen Proben sowie die magnetischen Eigenschaften der schwach magnetisierten Proben nach der Lösungsbehandlung.



Wie der Tabelle 2 zu entnehmen ist, werden bei einem steigenden Ni-Gehalt µm und B4000 der ferromagnetischen Proben (geglühtes Material) abgesenkt und der Hc dieser Proben erhöht, welches gleichbedeutend mit einer Verschlechterung des Weichmagnetismus ist, während die MS-Temperatur der schwach magnetisierten Proben (das einer Lösungsbehandlung unterzogene Material) mit Abnahme von µ effektiv gesenkt wurde.

Im Fall eines Ni-Gehalts von mehr als ca. 4% wurde bei einer metallografischen Untersuchung im geglühten Material das Vorhandensein von Bainit festgestellt, so daß der Weichmagnetismus des ferromagnetischen Abschnitts, wie oben dargelegt, verschlechtert wurde.

Andererseits wurde mit Erhöhung des Ni-Gehalts der Austenit stabil und die MS-Temperatur der schwach magnetisierten Probe effektiv erniedrigt. Wie die Tabelle 2 zeigt, betrug der Ni- Gehalt vorzugsweise nicht mehr als 4%, womit ein Weichmagnetismus von µm ≤ 200 und Hc ≤ 1600 A/m erreicht wurde.

Beispiel 2

Um die Wirkungen von C, Ni, Cr, N, Mo und Nb zu untersuchen, wurden die in der Tabelle 3 angegebenen Legierungen geschmolzen, daraus Probestücke nach den im Beispiel 1 angegebenen Schritten angefertigt und ihre Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Wie der Tabelle 4 zu entnehmen ist, wurde im Fall eines 4% übersteigenden Ni- Gehalts die maximale Permeabilität des geglühten Materials erniedrigt und ein ausgezeichneter Weichmagnetismus erreicht.

In dem Fall, in dem der C-Gehalt niedrig und der Cr-Gehalt hoch war, wie bei der Legierung Nr. 109, war µ relativ hoch, und es war unmöglich-, eine MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C zu erreichen, obwohl die Lösungsbehandlung angewendet wurde.





Wie oben dargelegt, können ein ferromagnetischer Abschnitt und ein schwach magnetisierter Abschnitt in einem einzigen Material erfindungsgemäß ausgebildet werden, d. h., in einer Art von Material, um einen Teil einer in einem Auto verwendeten Ölregeleinrichtung herzustellen, welches dann wegen des Aufbaus der magnetischen Kreise einen ferromagnetischen Abschnitt und einen schwach magnetisierten Abschnitt aufweisen muß. Der ferromagnetische Abschnitt gemäß der Erfindung hat einen höheren Weichmagnetismus als ein herkömmlicher, aus metastabilem Austenit erhältlicher ferromagnetischer Bereich. Der schwach magnetisierte Bereich gemäß der Erfindung hat eine niedrige Permeabilität und insbesondere eine niedrige MS-Temperatur.

Im Vergleich zum Mechanismus gemäß dem Stand der Technik, in welchem ein metastabiles austenitisches Material zur Umwandlung in Martensit einer Kaltbearbeitung (Kaltverformung) ausgesetzt wird, um einen ferromagnetischen Abschnitt mit einem Teilbereich zu erhalten, der anschließend in einen schwach magnetisierten Abschnitt durch Wärmebehandlung umgewandelt wird, hat der ferromagnetische Abschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ferrit- und Karbid-haltiges Gefüge mit weniger Verformung, mit dem Ergebnis, daß die Permeabilität des ferromagnetischen Abschnitts höher wird. Außerdem wird vorzugsweise dem Material gemäß der Erfindung eine bestimmte Menge an Ni zugesetzt, wodurch µ und insbesondere die MS-Temperatur im schwach magnetisierten Abschnitt abgesenkt werden. Ein solches einheitliches Material mit einem ferromagnetischen Abschnitt und einem schwach magnetisierten Abschnitt kann gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Stellgliedes eingesetzt werden, dessen Verwendung gemäß dem Stand der Technik eingeschränkt war. Dadurch können verschiedene Vorteile erreicht werden, wie z. B. eine Senkung der Herstellungskosten, Verbesserung seiner Leistungsfähigkeit und Erweiterung seines Einsatzgebiets.


Anspruch[de]
  1. 1. Magnetischer Verbundkörper, der aus einem einzigen Material ausgebildet und aus einem Ni-haltigen, martensitischen rostfreien Stahl hergestellt ist, und der zwei Teilabschnitte aufweist, wobei der erste Teilabschnitt einen ferromagnetischen Abschnitt und der zweite Teilabschnitt einen schwach magnetisierten Abschnitt darstellen, der ferromagnetische Abschnitt eine maximale Permeabilität von nicht weniger als 200 und eine Koerzitivkraft von nicht mehr als 2000 A/m hat, der schwach magnetisierte Abschnitt eine Permeabilität von nicht mehr als 2 und eine MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C hat, welche MS-Temperatur durch eine Temperatur definiert ist, bei welcher die Umwandlung eines nicht-magnetischen Austenits in ferromagnetischen Martensit einsetzt.
  2. 2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitische rostfreie Stahl in Massen-% 0,35 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,0 bis 14,0% Chrom, 0,5 bis 4,0% Nickel, 0,01 bis 0,05% Stickstoff, und zumindest ein aus der Gruppe von Silicium, Mangan und Aluminium ausgewähltes Desoxidationsmittel mit einem Gesamtanteil von nicht mehr als 2,0% enthält.
  3. 3. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitische rostfreie Stahl in Massen-% 0,5 bis 4,0% Nickel, ein durch die Gleichung Nieq = %Ni + 30%C + 0,5%Mn + 30%N definiertes Nickel-Äquivalent (Nieq) von 13,0 bis 25,0%, und ein durch die Gleichung Creq = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 1,5%Nb definiertes Chrom- Äquivalent (Creq) von 10,1 bis 15,0% enthält.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung eines aus einem einzigen Material ausgebildeten Verbundkörpers, gekennzeichnet durch die Schritte:

    Vorbereitung eines martensitischen rostfreien Stahles, welcher in Massen-% 0,35 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,0 bis 14,0% Chrom 0,5 bis 4,0% Nickel, 0,01 bis 0,05% Stickstoff und zumindest ein aus der Gruppe von Silicium, Mangan und Aluminium ausgewähltes Desoxidationsmittel mit einem Gesamtanteil von nicht mehr als 2,0% erhält, oder welcher in Massen-% 0,5 bis 4,0% Nickel, ein durch die Gleichung Nieq = %Ni + 30%C + 0,5%Mn + 30%N definiertes Nickel- Äquivalent (Nieq) von 13,0 bis 25,0, und ein durch die Gleichung Creq = %Cr + %Mo + 1,5%Si + 1,5%Nb definiertes Chrom-Äquivalent (Creq) von 10,1 bis 15,0% enthält, wobei der martensitische rostfreie Stahl ein ferromagnetisches Gefüge aus Ferrit und Karbiden aufweist,

    lokale Erwärmung des rostfreien Stahles auf eine Temperatur, die nicht niedriger als die Austenit-Umwandlungstemperatur diese Stahles ist, und

    Abschrecken des lokal erwärmten rostfreien Stahles nach der Erwärmung, so daß ein erwärmter und abgeschreckter Abschnitt des Austenits eine MS-Temperatur von nicht mehr als -30°C aufweist, welche MS-Temperatur die Temperatur ist, bei welcher die Umwandlung des nicht-magnetischen Austenits in ferromagnetischen Martensit einsetzt.






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