Сплав 31Н8Х

Что такое сплав 31Н8Х и как он работает

Сплав 31Н8Х — прецизионный термомагнитный сплав на железоникелевой основе, легированный хромом. Его определяющее свойство — резко выраженная зависимость магнитной индукции и магнитной проницаемости от температуры в заданном рабочем интервале. Именно это выделяет его среди обычных магнитомягких материалов и определяет область применения.

Физическая основа эффекта — близость точки Кюри к рабочему диапазону температур. При нагреве сплав плавно и воспроизводимо снижает намагниченность. В конструкции магнитного шунта это означает: с ростом температуры поток через шунт уменьшается, а через рабочий зазор — возрастает, компенсируя температурную погрешность прибора. В термореле — при достижении заданной температуры изменение проницаемости шунта переключает магнитную цепь без механического контакта.

По классификации ГОСТ 10994-74 сплав 31Н8Х относится к I группе прецизионных сплавов — магнитомягким. Технические условия на продукцию — по ГОСТ 10160-75. Марка расшифровывается по стандартному принципу: 31 — среднее содержание никеля (%), Н — никель, 8 — содержание хрома (%), Х — хром, основа — железо.

Допустимые обозначения одной марки: кириллица — 31Н8Х; транслит — 31N8H; латиница — 31H8X; по составу — 31Ni8Cr.

Химический состав сплава 31Н8Х по ГОСТ 10994-74

Прецизионный контроль состава обязателен. Малейшие отклонения по никелю или хрому за пределы допуска смещают точку Кюри, нарушают воспроизводимость и линейность термомагнитной характеристики. Другие легирующие элементы в составе не допускаются.

Физические свойства сплава 31Н8Х

Главная нормируемая характеристика сплава 31Н8Х — не статическая проницаемость, а вид температурной зависимости магнитной индукции в заданном поле. Именно она определяет пригодность конкретной партии для шунтирующих и датчиковых применений.

Термическая обработка сплава 31Н8Х

Вакуумный отжиг для получения магнитных свойств

Основная термообработка сплава 31Н8Х — вакуумный отжиг. Режим для получения нормированной термомагнитной характеристики (в том числе при изготовлении контрольных образцов): температура 900 °С, выдержка 2 ч, среда — вакуум. Конкретный уровень вакуума устанавливается нормативной документацией на партию.

Отжиг при температурах выше 500 °С изменяет термомагнитные характеристики: результат зависит от достигнутой температуры, длительности выдержки и скорости охлаждения. Режимы должны строго соблюдаться для получения воспроизводимых свойств. Длительная эксплуатация при температурах до 200 °С (без однократного или повторного нагрева выше 500 °С) не изменяет вид температурной зависимости проницаемости.

Ограничения термического воздействия

Сварка и пайка не рекомендуются для деталей из сплава 31Н8Х: нагрев в зоне теплового воздействия изменяет структуру и нарушает термомагнитные свойства — локально и необратимо. Этому же правилу подчиняется и локальный наклёп (например, при ударной обработке поверхности): равномерный технологический наклёп при прокатке или штамповке допустим, точечный — нет.

Закалка на твёрдость для данного сплава не применяется: любое науглероживание или азотирование поверхности несовместимо с нормативным содержанием углерода (≤0,05%) и разрушит прецизионные магнитные свойства.

Формы поставки и механическая обрабатываемость

Стандартные формы поставки сплава 31Н8Х: холоднокатаная лента, лист, пруток, проволока, полоса. По требованию заказчика возможно изготовление поковок и фасонных изделий под согласованные технические условия.

Сплав допускает механическую обработку резанием: токарную, фрезерную, сверление, шлифование. Равномерный наклёп при обработке давлением практически не влияет на функциональные магнитные свойства. Штамповка и резка применимы; локальный или концентрированный наклёп нежелателен.

Применение сплава 31Н8Х

Магнитные шунты в электроизмерительных приборах

Основная область применения — магнитные температурные шунты в приборах с постоянными магнитами: счётчиках электроэнергии, гальванометрах, спидометрах и аналогичных устройствах. Шунт из 31Н8Х ответвляет на себя часть потока магнита. При нагреве его намагниченность снижается, поток через рабочий зазор увеличивается — и тем самым компенсирует собственное снижение индукции магнита с температурой. Результат — стабильные показания прибора в широком температурном диапазоне без механической подстройки.

Элементы термореле и бесконтактные температурные датчики

В термореле и датчиках температуры сплав 31Н8Х используется как управляющий элемент магнитной цепи. При достижении заданной температуры его проницаемость резко снижается, что изменяет распределение магнитного потока в цепи и формирует сигнал срабатывания. Такие датчики не имеют контактных элементов и стойки к вибрации и запылению.

Родственный сплав 31Н6Х отличается меньшим содержанием хрома и используется при другом значении точки Кюри — для задач с иным температурным диапазоном срабатывания. Близкий по назначению сплав Х32Н8 применяется в аналогичных прецизионных магнитных цепях.