Сплав 68НМ (ЭП271, 68НМП)

Сплав 68НМ (торговые обозначения ЭП271, 68НМП) — прецизионный магнитно-мягкий сплав системы никель–железо–молибден. Относится к I группе прецизионных сплавов по ГОСТ 10994-74 — сплавы с высокой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Сортамент (ленты) нормируется ГОСТ 10160-75.

Химический состав сплава 68НМ по ГОСТ 10994-74

Марка 68НМ расшифровывается: 68 % никеля, М — молибден. Основой сплава служит никель (~68 %), легирующая добавка — молибден (1,5–2,5 %). Роль молибдена: повышение удельного электрического сопротивления (снижение потерь на вихревые токи) и снижение чувствительности магнитных свойств к механическим напряжениям. Остаток — железо.

Элемент	Содержание, %
Никель (Ni)	67,0–69,0
Молибден (Mo)	1,5–2,5
Марганец (Mn)	0,4–0,8
Кремний (Si)	до 0,30
Углерод (C)	до 0,03
Сера (S)	до 0,02
Фосфор (P)	до 0,02
Прочие примеси (сумма)	до 1,10
Железо (Fe)	остальное (~27,3–31,1)

Механические и физические свойства сплава 68НМ

Механические свойства ленты по ГОСТ 10160-75

Показатель	Лента (мягкая)	Лента нагартованная
Предел прочности σв, МПа	540	930
Предел текучести σт, МПа	145	—
Относительное удлинение δ5, %	50	3
Относительное сужение ψ, %	—	5
Твёрдость, HV	120	250

Примечание: нагартованная лента используется там, где требуется повышенная механическая прочность, однако перед применением в магнитопроводах она обязательно проходит отжиг для восстановления магнитных свойств (см. раздел «Термообработка»).

Физические константы

• Плотность: 8 400 кг/м³
• Удельное электрическое сопротивление (при 20 °C): ~0,45 мкОм·м (450 нОм·м, или ~45 мкОм·см)
• Индукция насыщения: ~1,0 Тл (типично для сплавов с 68 % Ni)

Магнитные свойства: что важно знать технологу

Сплав 68НМ относится к пермаллоям — группе Ni-Fe сплавов с высокой начальной магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой. Для практического применения значимы следующие параметры.

Магнитная проницаемость (μ). Высокая начальная проницаемость позволяет сплаву эффективно намагничиваться уже в слабых полях. Это определяет применение в устройствах, работающих с малыми сигналами, где электротехническая сталь неэффективна.

Коэрцитивная сила (Hc). Малая коэрцитивная сила обеспечивает перемагничивание при низких уровнях напряжённости поля и низкие гистерезисные потери. После снятия поля материал возвращается в состояние с низкой остаточной намагниченностью — что критично для дросселей и магнитных усилителей с постоянным подмагничиванием.

Индукция насыщения (~1,0 Тл). Ниже, чем у электротехнической стали (~2,0 Тл), но в сочетании с исключительно высокой проницаемостью это определяет нишу применения: слабосигнальные и импульсные цепи, а не силовые агрегаты с высоким рабочим потоком.

Удельное сопротивление (~0,45 мкОм·м). Легирование молибденом повышает сопротивление по сравнению с бинарным Ni-Fe, что снижает потери на вихревые токи при работе на переменном токе. Именно поэтому 68НМ предпочтительнее для переменных и импульсных полей по сравнению с немолибденовыми составами.

Область применения сплава 68НМ

Сплав применяется в качестве сердечников и магнитопроводов в электротехнических и радиоэлектронных устройствах, где требуется высокая проницаемость в слабых полях:

• магнитные усилители — управляемые постоянным током сердечники (тороидальные, П-образные, Ш-образные);
• коммутирующие и насыщающиеся дроссели в преобразовательных устройствах;
• магнитопроводы блоков питания и выпрямительных установок малой и средней мощности;
• импульсные трансформаторы и автотрансформаторы (в т. ч. трёхфазные) с малым уровнем возбуждения;
• бесконтактные реле и датчики положения.

Материал не предназначен для силовых трансформаторов с высокой плотностью магнитного потока — для этих целей применяется электротехническая сталь с индукцией насыщения 2,0–2,1 Тл.

Критичность термообработки при работе со сплавом 68НМ

Магнитно-мягкие Ni-Fe сплавы, в том числе 68НМ, крайне чувствительны к механическим напряжениям и деформациям. Любая холодная обработка (резка, штамповка, намотка тороида, изгиб) необратимо ухудшает магнитные характеристики — увеличивает коэрцитивную силу и снижает проницаемость. Для восстановления и стабилизации магнитных свойств необходим высокотемпературный отжиг после всех операций формообразования.

Типичные условия финишного отжига для сплавов класса 68НМ:

• температура 1000–1100 °C;
• среда: вакуум или сухой водород (точка росы не выше −40 °C) — для предотвращения окисления и насыщения газами;
• медленное охлаждение в интервале 600–300 °C (скорость 3–10 °C/мин) — для упорядочивания доменной структуры;
• при необходимости — отжиг в продольном магнитном поле для формирования улучшенной текстуры (для тороидальных сердечников).

Это означает, что проектировщик магнитопровода должен предусмотреть этап термообработки уже готового изделия до его монтажа в схему. Промежуточные операции (резка полосы, намотка) после отжига недопустимы без повторной термообработки.

Металлургия и поставляемый сортамент

Выплавка сплава 68НМ производится методом вакуумно-индукционной плавки (ВИП) из первичных шихтовых материалов, что обеспечивает низкое содержание газов (O₂, N₂, H₂) и нерегламентированных примесей — необходимое условие для достижения требуемых магнитных характеристик. Слиток подвергается горячей ковке (прокатке) с последующей многопроходной холодной прокаткой до заданной толщины.

Основной поставляемый сортамент — холоднокатаная лента по ГОСТ 10160-75:

• состояние «мягкое» (отожжённое) — толщина от 0,02 до 0,2 мм;
• состояние «нагартованное» — повышенная прочность, используется там, где лента является конструктивным элементом (пружинящий сердечник).

Тонкие ленты (0,02–0,05 мм) предназначены для высокочастотных применений: на таких толщинах потери на вихревые токи существенно снижаются. Более толстые ленты (0,1–0,2 мм) используются в устройствах с рабочими частотами до нескольких килогерц.

Подробный перечень прецизионных сплавов с высокой магнитной проницаемостью — на странице прецизионные сплавы. Полный ассортимент никелевых сплавов см. в разделе сплавы никеля.