Сплав 40КНБ

Сплав 40КНБ — прецизионный магнитотвёрдый деформируемый сплав на железокобальтовой основе с никелем и ниобием в качестве основных легирующих компонентов. Альтернативное обозначение по заводской классификации — ЭП966. Принадлежит к классу деформируемых (прокатных) магнитотвёрдых материалов, предназначенных для изготовления постоянных магнитов и герметизированных запоминающих контактов (гезаконов).

Химический состав по ТУ 14-1-4131-86

Сплав 40КНБ относится к прецизионным деформируемым сплавам — высоколегированным материалам с жёсткими допусками на химический состав, требующим специальной технологии выплавки и обработки. Химический состав регламентирован ТУ 14-1-4131-86.

Элемент	Содержание, % (масс.)
Co — кобальт	40,2–41,5
Ni — никель	19,5–20,5
Nb — ниобий	3,0–3,5
W — вольфрам	0,2–0,5
Mn — марганец	не более 0,4
Si — кремний	не более 0,3
C — углерод	не более 0,05
P — фосфор	не более 0,008
S — сера	не более 0,008
Fe — железо	остаток

Узкий диапазон содержания кобальта (40,2–41,5%) и ниобия (3,0–3,5%) обусловлен их непосредственным влиянием на коэрцитивную силу и прямоугольность петли гистерезиса. Вольфрам в количестве 0,2–0,5% вводится для повышения температурной стабильности структуры. Углерод ограничен до 0,05% — образование карбидов снижает однородность магнитных свойств в готовом изделии.

Физические и магнитные свойства

Физические свойства

Свойство	Значение	Единицы
Плотность при 20 °C	8,0	г/см³
Температура плавления	1370–1400	°C
ТКЛР в рабочем диапазоне	10,1–17,1	10⁻⁶ / К
Теплопроводность	55,4–75,5	Вт/(м·К)
Удельная теплоёмкость	456	Дж/(кг·К)
Максимальная рабочая температура	500	°C

Значения ТКЛР и теплопроводности изменяются в указанном диапазоне в зависимости от температуры — это нормально для многокомпонентных сплавов данного класса.

Ключевые магнитные характеристики

Магнитотвёрдые свойства 40КНБ формируются в системе Fe-Co-Ni благодаря дисперсионному упрочнению, обеспечиваемому ниобием. Основные параметры, по которым нормируется материал:

• Коэрцитивная сила Hc — напряжённость поля, необходимая для полного размагничивания предварительно намагниченного образца. Высокое Hc обеспечивает устойчивость постоянного магнита к внешним размагничивающим полям и механическим ударам.
• Остаточная магнитная индукция Br — индукция, сохраняемая материалом после снятия намагничивающего поля. Определяет рабочий магнитный поток, который даёт изготовленный магнит.
• Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Br/Bs — отношение остаточной индукции к индукции насыщения. Высокое значение этого коэффициента означает, что намагниченное состояние переключается резко — это принципиально для применения в гезаконах.

Численные значения Hc и Br зависят от режима термомагнитной обработки и нормируются в ТУ 14-1-4131-86. Конкретный уровень магнитных свойств согласовывается при оформлении заказа.

Термомагнитная обработка — как формируются магнитные свойства

В деформированном (прокатном) состоянии сплав 40КНБ не обладает выраженными магнитотвёрдыми свойствами. Эти свойства возникают в результате термомагнитной обработки (ТМО) — управляемого охлаждения материала в постоянном магнитном поле заданной напряжённости. Во время ТМО формируется тонкая дисперсная структура фаз, обеспечивающая высокие Hc и Br. Режим ТМО (температура начала и конца охлаждения в поле, напряжённость поля, скорость охлаждения) устанавливается технологом исходя из требуемых магнитных параметров готового изделия.

Выплавка сплава ведётся методом вакуумно-индукционной плавки (ВИП), что обеспечивает низкое содержание газовых примесей и воспроизводимость состава в пределах допусков ТУ.

Применение в производстве

Постоянные магниты малогабаритного исполнения

Основная область применения 40КНБ — изготовление постоянных магнитов малого размера в форме дисков, пластин, цилиндров и колец из деформированного полуфабриката. По сравнению с литыми магнитными сплавами, деформируемый 40КНБ допускает механическую обработку заготовки до ТМО, что позволяет получать изделия с жёсткими размерными допусками. Применяется в приборостроении, радиоэлектронике специального назначения, авиационном и медицинском оборудовании.

Герметизированные запоминающие контакты (гезаконы)

Гезакон — это бистабильное герметизированное магнитное реле. В отличие от геркона (герметизированного контакта с магнитомягкими упругими пластинами), гезакон удерживает одно из двух фиксированных состояний намагниченности после снятия управляющего импульса — отсюда слово «запоминающий». Переключение происходит при достижении порогового поля.

Сплав 40КНБ применяется в сердечниках и контактных элементах гезаконов за счёт сочетания высокой коэрцитивной силы и прямоугольной петли гистерезиса: намагниченное состояние резко переключается при пороговом поле и надёжно удерживается при нулевом внешнем поле. Гезаконы используются в коммутационных, адресных и запоминающих узлах радиоэлектронной аппаратуры.

Сортамент и поставка

Сплав 40КНБ (ЭП966) поставляется в деформированном виде по ТУ 14-1-4131-86. Доступные виды проката:

• проволока;
• лента;
• полоса;
• пруток (круг).

Типоразмеры, допуски и требуемый уровень магнитных свойств после ТМО согласовываются при оформлении заказа. Минимальный объём партии — по договорённости.