Сплав 27КХ

Сплав 27КХ — прецизионный магнитно-мягкий сплав системы Fe–Co–Cr, входящий в группу I прецизионных сплавов по ГОСТ 10994-74 (сплавы с высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой). Цифра «27» в маркировке обозначает среднее содержание кобальта (~27 %), буква «К» — кобальт, «Х» — хром.

Технические условия на поставку ленты, листов, прутков и проволоки регламентирует ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия». По характеру магнитных свойств сплав 27КХ входит в подгруппу высокоиндукционных Fe–Co материалов наряду с марками 49КФ, 49К2ФА и 49К2Ф.

Определяющие особенности 27КХ: высокая магнитная индукция в средних и сильных полях, точка Кюри 940 °C, повышенная пластичность и механическая прочность по сравнению с пермендюрами на основе ~49 % Co.

Химический состав сплава 27КХ по ГОСТ 10994-74

Химический состав регламентируется ГОСТ 10994-74, таблица 1. Согласно п. 2.2 того же стандарта, для сплавов I группы состав является факультативным: если магнитные свойства готового проката соответствуют требованиям ГОСТ 10160-75, допускаются незначительные отклонения от нормированных значений. Содержание примесей (S, P, Ni, Si) контролируется изготовителем периодически, не реже одного раза в год.

Элемент	Массовая доля, %
Co (кобальт)	26,5–28,0
Cr (хром)	0,3–0,6
Mn (марганец)	0,2–0,4
Ni (никель)	≤ 0,3
Si (кремний)	≤ 0,25
C (углерод)	≤ 0,04
S (сера)	≤ 0,015
P (фосфор)	≤ 0,015
Fe (железо)	остальное

Роль легирующих элементов

Кобальт (~27 %) — основной функциональный легирующий элемент: двойные сплавы Fe–Co обладают значительно более высокой индукцией насыщения, чем чистое железо, и этот эффект заметен уже при 27 % Co. Хром (0,3–0,6 %) повышает удельное электрическое сопротивление, снижая потери на вихревые токи при работе на переменных частотах, а также несколько улучшает обрабатываемость сплава. Марганец (0,2–0,4 %) — раскислитель; связывает серу, предотвращая красноломкость при горячей деформации.

Физические свойства сплава 27КХ

Данные приведены для температуры 20 °C согласно приложению 2 ГОСТ 10160-75 (справочные значения).

Параметр	Значение
Плотность	7,98 г/см³
Удельное электрическое сопротивление	0,20 Ом·мм²/м
Температура точки Кюри (θc)	940 °C
Магнитострикция насыщения (λs)	35 × 10−6

Точка Кюри 940 °C — одна из ключевых характеристик 27КХ: сплав сохраняет ферромагнитные свойства при значительном нагреве. Для сравнения: у электротехнической кремнистой стали точка Кюри составляет около 740 °C, у никелевых пермаллоев (50Н, 79НМ) — 450–500 °C. Это позволяет использовать 27КХ в магнитопроводах, работающих при температурах, недоступных для указанных материалов.

Магнитострикция насыщения λ_s = 35 × 10⁻⁶ — величина значительная. При проектировании магнитопроводов переменного тока из сплава 27КХ её необходимо учитывать: знакопеременная магнитострикция создаёт виброакустические нагрузки на конструкцию и при резонансных условиях может увеличивать потери.

Механические свойства сплава 27КХ

Данные по приложению 2 ГОСТ 10160-75 для температуры 20 °C. Значения в числителе — нагартованное состояние (лента до термообработки), в знаменателе — после отжига на магнитные свойства.

Параметр	Нагартованное состояние	После отжига
Временное сопротивление σв, МПа	1080	590
Предел текучести σ0,2, МПа	—	295
Относительное удлинение δ5, %	2	20
Модуль упругости E, ГПа	220	220
Твёрдость	HRC 40	HRB 90

Повышенная прочность в отожжённом состоянии (σ_в = 590 МПа) по сравнению с пермаллоями и электротехническими сталями позволяет применять 27КХ в роторах и статорах, испытывающих центробежные и вибрационные нагрузки. Пластичность после отжига (δ₅ = 20 %) достаточна для штамповки и намотки тороидальных сердечников. Нагартованное состояние (σ_в = 1080 МПа) используется только для транспортировки и хранения; до монтажа изделия проходят финальный вакуумный отжиг.

Магнитные свойства сплава 27КХ по ГОСТ 10160-75

Магнитные параметры нормируются ГОСТ 10160-75 и определяются на образцах после отжига на магнитные свойства. Приведены значения для класса I (открытая выплавка); классы II и III (вакуумная и специальные методы выплавки) имеют более высокие гарантированные показатели.

Обозначения: B₂₅₀₀ — индукция при H = 2500 А/м; B₁₅₀₀₀ — индукция при H = 15 000 А/м; P_1,5/400 — удельные потери при B = 1,5 Тл и f = 400 Гц.

Вид продукции	B2500, Тл, не менее	B15000, Тл, не менее	P1,5/400, Вт/кг, не более
Холоднокатаные листы и ленты	1,80	2,15	80–100
Прутки горячекатаные и кованые	1,75	2,05	—

Индукция насыщения Fe–Co сплавов с содержанием Co от 25 до 50% практически одинакова и составляет около 2,35–2,40 Тл — значительно выше, чем у электротехнической кремнистой стали (~2,0–2,15 Тл) и пермаллоев (<1,6 Тл). Именно поэтому 27КХ, 49КФ и 49К2ФА объединяют в одну подгруппу высокоиндукционных прецизионных сплавов.

Режим термообработки для получения нормированных магнитных свойств

Сплав 27КХ не рекомендуется подвергать предварительной термической обработке перед финальным отжигом на магнитные свойства (примечание к таблице режимов термообработки ГОСТ 10160-75). Это требование распространяется также на марки 49КФ, 49К2ФА, 49К2Ф и 16Х.

Режим отжига класса I по ГОСТ 10160-75: вакуум (остаточное давление не выше 10⁻³ мм рт. ст.), температура нагрева 850 ± 10 °C, выдержка 3 ч, охлаждение до 400 °C со скоростью не более 100 °C/ч, далее произвольно под вакуумом до температуры ниже 150 °C перед вскрытием камеры.

Отожжённые образцы не должны подвергаться ударам, изгибам, рихтовке и шлифовке — механические воздействия после отжига ухудшают магнитные свойства.

Формы поставки проката из сплава 27КХ

Прокат из сплава 27КХ изготовляется по ГОСТ 10160-75. Размеры и предельные отклонения ленты — по ГОСТ 4986-79; прутков горячекатаных — по ГОСТ 2590-2006; прутков кованых — по ГОСТ 1133-71.

Вид продукции	Толщина / диаметр, мм	Ширина, мм
Лента и лист холоднокатаные	0,2–0,7	10–250
Прутки горячекатаные и кованые	75–100	—

Лента поставляется в рулонах (бухтах), прутки — мерной или немерной длины. В условном обозначении при заказе указывают класс сплава по способу выплавки: суффикс «-ВИ» означает вакуумно-индукционную выплавку (класс II или III). Класс I изготовляется методом открытой выплавки без специального суффикса.

Применение сплава 27КХ

Основная область применения 27КХ — магнитопроводы электрических машин, работающих при обычных и повышенных температурах в условиях механических нагрузок.

Область применения	Обоснование выбора 27КХ
Роторы и статоры электродвигателей и генераторов	Высокая индукция насыщения сокращает объём и массу магнитопровода при заданной мощности; σв = 590 МПа после отжига допускает высокие окружные скорости ротора
Магнитопроводы, работающие при температурах до 800–850 °C	Точка Кюри 940 °C обеспечивает сохранение ферромагнитных свойств при рабочих температурах, недоступных для кремнистых сталей и пермаллоев
Концентраторы магнитного потока в рабочем зазоре	Высокая индукция в средних полях (B2500 ≥ 1,80 Тл) обеспечивает эффективную концентрацию потока при умеренной намагничивающей силе

Сплав 27КХ выбирают когда требуется одновременно высокая индукция, работоспособность при повышенных температурах и механическая прочность. По сравнению с суперпермендюром (49КФ, 49К2ФА) марка 27КХ содержит примерно вдвое меньше кобальта при сопоставимой индукции насыщения, лучшей пластичности и более высокой ударной вязкости в отожжённом состоянии. Это существенно снижает затраты при схожих характеристиках в средних магнитных полях.

Зарубежные аналоги по международным стандартам

По международной классификации ближайшим аналогом сплава 27КХ является ASTM A801 Type 2 (UNS K92650) — Fe–Co–Cr сплав с содержанием Co ~27 %, регламентируемый американским стандартом на магнитно-мягкие сплавы с высокой индукцией насыщения. Европейских ГОСТу ГОСТ 10994-74 эквивалентных межгосударственных норм нет; немецкий DIN устанавливал схожие составы в группе FeCo27, однако прямая взаимозаменяемость требует проверки магнитных свойств по соответствующему стандарту.

При работе с международными проектами следует учитывать, что ASTM A801 Type 2 нормирует магнитные свойства в единицах системы СГС (Гс, Э, Э⁻¹), тогда как ГОСТ 10160-75 — в единицах СИ (Тл, А/м). Пересчёт обязателен.

Нормативные документы на сплав 27КХ

Стандарт	Содержание
ГОСТ 10994-74	Сплавы прецизионные. Марки (химический состав)
ГОСТ 10160-75	Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия (магнитные, физические и механические свойства, сортамент, режимы термообработки)
ГОСТ 4986-79	Лента холоднокатаная из прецизионных и жаростойких сплавов. Технические условия
ГОСТ 2590-2006	Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент
ГОСТ 1133-71	Сталь кованая круглая и квадратная. Сортамент