Magnetismus und Rostfreier

Edelstahl

02

UGITECH bietet Ihnen ein umfassendes Know-how sowie ein vielfältiges Sortiment von nichtrostenden Stählen für Verwendungszwecke in der Elektrotechnik an:

• Austenitische Werkstoffe für nichtmagnetische Teile• Ferritische Werkstoffe für weiche, resistive Kerne• Martensitische Werkstoffe für mechanische Beanspruchungen• Duplexstähle für hohe Korrosionsanforderungen

Ein komplettes Angebot: Rund- oder SechskantstahlSpezielle Profile und Durchmesser auf AnfrageMetallurgischer Zustand und Ausführungen:• gezogen• gezogen, geschliffen• gezogen, magnetisch weichgeglüht, geschliffen (ferritische Werkstoffe)

Zur Qualifizierung von ferromagnetischen Werkstoffen setzt UGITECH verschiedene genormte Instrumente für magnetische Messungen ein: Permeameter (IEN 60604-4/ ASTM A341/A341M), Koerzimeter (IEN 60604-7), Gaussmeter, Sigmameter.

3000

2500

2000

1500

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500

200 400 800 1000 12000

RP 0,2 (MPa)

µmax

FerritischeWerkstoffe

MartensitischeWerkstoffe

Duplexstähle

Maximale relative Permeabilität / koerzitive Feldstärke in Abhängigkeit vom Grenzwert

2500

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1500

1000

500

200 400 800600 1000 12000

RP 0.2 (MPa)

Hc

(A/m

)

FerritischeWerkstoffe

MartensitischeWerkstoffe

Duplexstähle

03

4

3

2

1

0

10

20

30

Kaltve

rfest

igun

gsgra

d (ua)

Rel

ativ

e P

erm

eab

ilitä

t

303 Ima 304 304L + Cu Ima 305-2

Für nichtmagnetische Anwendungen:Austenitische Stähle von UGITECHViele Verwendungszwecke setzen stabile nichtmagnetische Eigenschaften voraus. Hier bieten sich austenitische Werkstoffe aufgrund folgender Merkmale an:• Korrosionsbeständigkeit, mechanische Eigenschaften,• sehr niedrige Permeabilitätswerte.

Vorsichtsmaßnahmen bei der Werkstoffauswahl und VerarbeitungManche austenitische Werkstoffe können bei der Kaltumformung eine martensitische Phase mit ferromagnetischen Eigenschaften bilden. Die Auswahl des geeigneten Werkstoffs ist deshalb wichtig. UGITECH bietet für diese Verwendungszwecke verhältnismäßig transparente Werkstoffe an: UGI 305-2 (1.4303) oder UGI 202N.

Beispiele für die Veränderung der relativen Permeabilität bei Draht je nach Werkstoff und Kaltverfestigungsstufe.

GütenKaltverfestigungsstufe

0 10 20 30

305-2 1.004 1.004 1.004 1.005

304L + Cu Ima 1.005 1.005 1.012 1.082

304 1.012 1.046 1.626 3.09

303 Ima 1.003 1.05 1.62 3.42

04

Für magnetische Anwendungen:Ferritische Stähle von UGITECH

UGITECH bietet eine spezifische Werkstoffauswahl für magnetische Anwendungen an.

Ugiperm 12FM: • Nichtrostender ferritischer Stahl mit 12 % Chrom, mit oder ohne Schwefelgehalt• Die Werkstoffreferenz mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften : sehr gute Permeabilität

und niedrige Koerzitivfeldstärke• Ausreichende Korrosionsbeständigkeit für die Automobilindustrie (Kraftstoffe)• Hohe Sättigungsinduktion und hoher spezifischer Widerstand Der Werkstoff ist besonders für anspruchsvolle Anwendungen mit kurzen Reaktionszeiten geeignet: Elektroeinspritzung, Magnetventile, Magnetsensoren, Magnetbremsen.

UGI 4105Si: • Aufgeschwefelter nichtrostender Stahl mit 17 % Chrom und 1,5 % Silicium entsprechend der

Legierung 2 der Norm ASTM A838/838M• Kompromiss zwischen Korrosionsbeständigkeit und magnetischen Eigenschaften• 2 magnetische Stufen bei geglühten Stäben je nach Bedarf des Kunden Der am häufigsten eingesetzte Werkstoff in Einspritzsystemen von Kraftfahrzeugen, z.B. für Magnetventile.

IMRE: • Aufgeschwefelter nichtrostender Stahl mit 18 % Chrom, 1,5 % Silicium und 1,5 % Molybdän• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in wässerigen, insbesondere chloridhaltigen Medien• Magnetismus ähnlich wie UGI4105SiWird häufig zur Herstellung von Magnetventilen verwendet.

UGI 4016L:• Nichtrostender Stahl mit 17 % Chrom und niedrigem Schwefelgehalt• Magnetische Eigenschaften ähnlich wie UGI 4105Si, geringerer spezifischer Widerstand, jedoch

höhere mechanische EigenschaftenWerkstoff für Anwendungen in der Automobilindustrie

UGI 4511:• Niobstabilisierter nichtrostender Stahl mit niedrigem Schwefelgehalt• Ein Chromgehalt von 17 % ermöglicht den Einsatz in aggressiveren Medien• Magnetische Eigenschaften ähnlich wie bei Ugiperm 12FM• Optimaler Kompromiss von Korrosionsbeständigkeit und magnetischen EigenschaftenWerkstoff für Anwendungen in der Automobilindustrie – Herstellung von Magnetventilen

4105Si

+ Schweißbarkeit+ Höhere Korrosionsbeständigkeit+ Magnetismus- Zerspanbarkeit

+ Magnetismus

+ Höhere Korrosionsbeständigkeit

+ Mechanische Eigenschaften+ Höhere Korrosionsbeständigkeit- Zerspanbarkeit

UGIPERM12FM

IMRE 4511

4016L

05

Beispiel : Positionierung nach maximaler Permeabilität / spezifischem elektrischem Widerstand

Diagramm Maximale relative Permeabilität einiger ferritischer Werkstoffe in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand

60 70 80 90 100

3000

2500

2000

1500

1000

0

Spezifischer Widerstand (µΩ.cm)

Max

imal

e P

erm

eab

ilitä

t

1.4511Ugiperm

12FM

IMRE 1.4724

1.4114

1.4105BUgiperm17

1.4105Si

Allgemeine Eigenschaften der Werkstoffe für magnetische Anwendungen

IMRE UGI 4105Si Ugiperm 12FM Ugiperm 17 UGI 4511

Sättigungsfeld (T) 1.60 1.60 1.70 1.65 1.67

Koerzitivfeld stärke* (A/m) 150 bis 200 130 bis 200 100 bis 125 150 bis 200 100 bis 150

Maximale Permeabilität 1100 bis 2000 1200 bis 2200 2000 bis 3000 1000 bis 2000 2000 bis 3000

Remanente Magnetisierung* (T) 0.25 bis 0.8 0.5 bis 0.9 0.5 bis 0.7 0.5 bis 1 0.5 bis 1

Spezifischer elektrischer Widerstand (µΩ.cm) 76 77 78 60 60

Geeignete Umgebung

Kraftstoffe, wässerige Medien mit mittlerem

ChloridgehaltBeispiel :

Getränkemaschinen

Kraftstoffe,wässerige Medien

mit mittlerer Aggressivität und geringem Chloridgehalt

Kraftstoffe, wässerige Medien

mit mittlerer Aggressivität und geringem Chloridgehalt

Kraftstoffe, chloridhaltige

wässerige Medien mit mittlerer Aggressivität

Kraftstoffe, chloridhaltige

wässerige Medien mit mittlerer Aggressivität

(Beständigkeit in schweißbaren Zonen)

Zerspanbarkeit verbessert verbessertverbessert oder

StandardStandard Standard

* Messung bei Sättigung des Werkstoffs

UGITECH stimmt den metallurgischen Zustand seiner Werkstoffe auf die Anforderungen Ihres Produktes ab.Um ein weiches ferromagnetisches Verhalten zu erzielen, müssen entweder die Stäbe oder die bearbeiteten Teile einer magnetischen Glühung unterzogen werden.

Die Wärmebehandlung wird auf den betreffenden Werkstoff sowie die erforderlichen magnetischen Eigenschaften abgestimmt, um ein optimiertes metallurgisches Gefüge zu erhalten.

Folgendes Mikrogefüge desselben Werkstoffs mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften nach zwei unterschiedlichen Behandlungen.

Dieses Beispiel verdeutlicht den Einfluss der Korngröße auf die Koerzitivfeldstärke.

Schliffbild des Werkstoffs 1.4511, mit magnetischer Glühung bzw. unbehandelt. Einfluss auf die Koerzitivfeldstärke.

A/ Nicht behandelt - Hc = 350 A/m

B/ Behandelt - Hc = 140 A/m

200 µm200 µm

A/ B/

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Der Kompromiss: Martensitische Stähle Nichtrostende martensitische Stähle zeichnen sich durch gute magnetische Eigenschaften sowie hohe mechanische Werte aus. Die Magnetisierung und Entmagnetisierung dieser Stähle ist jedoch schwieriger als bei ferritischen Werkstoffen. Ihr Einsatz kann bei bestimmten Teilen, z.B. Dauermagneten, sinnvoll sein.

Allgemeine Eigenschaften einiger nichtrostender martensitischer Stähle von UGITECH

UGI 4005 UGI 4313 UGI 4418 UGI 4542

Sättigungsfeld (T)* 1.75 1.6 1.3 bis 1.5 1.3 bis 1.5

Koerzitivfeldstärke * (A/m) 850 bis 1000 1200 bis 1500 1650 bis 2600 1800 bis 3400

Maximale Permeabilität* 180 bis 380 200 bis 300 100 bis 200 50 bis 200

Remanente Magnetisierung * (T)

0.9 bis 1.2 0.7 0.5 bis 0.7 0.4 bis 0.7

Spezifischer elektrischer Widerstand (µΩ.cm)

57 60 80 70 bis 80

Mechanische Eigenschaften (MPa)*

Rp0.2 : 570-700Rm : 730-830

Rp0.2 : 800Rm : 1000

Rp0.2 : 930Rm : 1020

Rp0.2 : 800 bis 1200Rm : 800 bis 1300

* je nach Wärmebehandlung

Die intermediäre Lösung: UGIPLEXDuplexstähle stellen eine interessante Lösung in aggressiven Umgebungen dar.Eine nichtmagnetische austenitische Phase verringert die Sättigungsinduktion sowie Werte wie µ, Hc im Vergleich zu nichtrostenden ferritischen Stählen.

Allgemeine Eigenschaften einiger UGIPLEX Werkstoffe

UGI 4362 UGI 4462 UGI 4507

Sättigungsfeld (T) 0.55 0.55 0.50

Koerzitivfeldstärke* (A/m) 600 700 750

Maximale Permeabilität 50 40 30

Remanente Magnetisierung (T)

0.05 0.04 0.03

Spezifischer elektrischer Widerstand (µΩ.cm)

80 80 85

Geeignete UmgebungWie bei UGI 4404

(AISI 316)

Duplexstahl mittlerer Güte für die chemische Industrie, Erdölchemie, Papierindustrie sowie Meerwasserentsalzung

Hochwertiger Duplexstahl für kritische Bedingungen in

folgenden Bereichen: chemische Industrie, erdölverarbeitende

Industrie, Papierindustrie; Meerwasserentsalzung,

Umweltbelastung

*Messung bei Sättigung

07

Wie entsteht Magnetismus?Indem die in einem Werkstoff vorhandenen Elektronen auf ein erzeugtes äußeres magnetfeld (Solenoid, Magnet) reagieren, verleihen sie diesem Werkstorf spezifische magnetische Eigenschaften.

MessgrößenDiese Reaktion wird durch die Induktion B (Luft + Werkstoff) oder die magnetische Polarisation J des Werkstoffs gemessen.

Um den Einfluss des Werkstoffs zum bestimmen, kann man seine Wirkung mit der des Vakuums B0 vergleichen, wenn beide demselben Feld H ausgesetzt sind : - im Werkstoff: B(H) = µ(H).H - im Vakuum : B0 = µ0.HDer Werkstoff ist durch seine relative magnetische Permeabilität µr gekennzeichnet, die µ/µ0 entspricht.

Rostfreier Edelstahl von UGITECH: Definition von zwei GruppenMan unterscheidet zwei Gruppen mit unterschiedlicher relativer Permeabilität:• Paramagnetische Stähle* (µr ≥1), die sich unter dem Einfluss des Felds H

kaum verändern. Sie werden für Teile verwendet, die gegenüber einem angewendeten Feld „transparent“ bleiben müssen. Zu dieser Gruppe gehören nichtrostende austenitische Stähle. Damit ein solcher Stahl unabhängig von den Bearbeitungsbedingungen und der Wärmebehandlung paramagnetisch bleibt, muss der Austenit sehr stabil sein.

*oder nichtmagnetische Stähle

• Ferromagnetische Stähle (µr >> 1). Zu dieser Gruppe gehören nichtrostende ferritische, martensitische und Duplexstähle. Die Polarisation des Metalls neigt dazu, sich an das externe Feld an zu gleichen, es zu kanalisieren und zu verstärken. Diese Werkstoffe können als Feldverstärker (Magnetkerne) und/oder Feldkanalisatoren (magnetische Abschirmung) verwendet werden.

Welche Rolle spielt der spezifische elektrische Widerstand?Nichtrostende Stähle bieten aufgrund ihrer zahlreichen Legierungselemente in dieser Hinsicht besonders günstige Voraussetzungen.

Wenn ein ferromagnetisches Teil einem variablen Feld ausgesetzt wird, entstehen Wirbelströme. Um eine schnelle Reaktion auf die Anwendung des Felds zu erzielen, reichen die magnetischen Eigenschaften allein manchmal nicht aus. Hier können Werkstoffe mit einem hohen elektrischen Widerstand Abhilfe schaffen. Der spezifische elektrische Widerstand kann in bestimmten Fällen ebenso entscheidend sein wie die herkömmlichen magnetischen Eigenschaften.

Typischer elektrischer Widerstand verschiedener Werkstoffe bei 25°C

Werkstoff VerhaltenSpezifischer Widerstand

(µΩ.cm)

Nichtrostender austenitischer Stahl, Typ AISI 304 (1.4301), AISI 316 (1.4401)

Nichtmagnetisch 72 bis 74

Elektrostahl

Ferromagnetisch

13

Stahl mit 2,5 % Silicium 40

Nichtrostender martensitischer Stahl UGI 4005 57

Nichtrostender ferritischer Stahl UGI 4016L, UGI 4511 60

Nichtrostender ferritischer Stahl UGI 4105Si, IMRE, Ugiperm 12FM

76 bis 78

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Stabstahl

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Walzdraht

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Gezogener Draht

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