Сплав 64Н

Сплав 64Н — двойной железоникелевый прецизионный сплав с высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой и постоянством проницаемости в широком диапазоне напряжённостей поля. Относится к группе I («магнитно-мягкие») по ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Технические условия на прокат установлены ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие».

Важно для конструктора. Согласно примечанию к ГОСТ 10994-74 (изм. №5) и ГОСТ 10160-75, сплав марки 64Н не допускается к применению во вновь создаваемой и модернизируемой технике начиная с 01.01.1991. Сплав остаётся востребованным для ремонта, восстановительных работ и производства запасных частей к ранее выпущенному оборудованию.

Химический состав сплава 64Н по ГОСТ 10994-74

Обозначение «64Н» расшифровывается как среднее содержание никеля 64 %. Железо — основа сплава, в маркировке не указывается.

Элемент	Массовая доля, %
Никель (Ni)	63,0–65,0
Железо (Fe)	Остаток
Марганец (Mn)	0,3–0,6
Кремний (Si)	0,15–0,3
Углерод (C)	≤ 0,03
Сера (S)	≤ 0,02
Фосфор (P)	≤ 0,02

Марганец и кремний вводятся для раскисления расплава и улучшения технологичности при прокатке. Жёсткий контроль серы и фосфора обусловлен их отрицательным влиянием на однородность структуры и, как следствие, на воспроизводимость магнитных свойств.

Механические свойства холоднокатаной ленты по ГОСТ 10160-75

Стандарт нормирует свойства ленты в двух состояниях поставки: отожжённой и нагартованной. Нагартованная лента имеет значительно более высокую прочность, однако магнитные характеристики у неё деградированы — без последующего финишного отжига она непригодна для магнитопроводов.

Показатель	Лента отожжённая	Лента нагартованная
Предел прочности σв, МПа	540	880
Предел текучести σт, МПа	145	—
Относительное удлинение δ5, %	40	3
Относительное сужение ψ, %	—	10
Твёрдость HV	130	200

Физические свойства сплава 64Н при 20 °C

Характеристика	Значение
Плотность, кг/м³	8 350
Температура точки Кюри	по данным ГОСТ 10160-75

Температура точки Кюри — температура перехода из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Выше неё сплав утрачивает магнитные свойства, поэтому рабочая температура магнитопровода должна быть существенно ниже. Конкретные значения для каждого типоразмера и способа выплавки приведены в ГОСТ 10160-75.

Магнитные свойства сплава 64Н и их практическое значение

Что такое магнитно-мягкий сплав

Магнитно-мягкими называют сплавы с малой коэрцитивной силой (Hc) и высокой начальной магнитной проницаемостью (μ₀). Практически это означает: сплав легко намагничивается в слабых полях и так же легко размагничивается при исчезновении или смене направления поля. Он не приобретает свойств постоянного магнита даже после длительного намагничивания. Площадь петли гистерезиса мала — потери на перемагничивание в переменном поле невелики.

Ключевая особенность 64Н: постоянство проницаемости

В отличие от большинства двойных Fe-Ni сплавов, 64Н обладает магнитной текстурой и обеспечивает постоянство магнитной проницаемости в широком диапазоне напряжённостей поля при низкой остаточной индукции. Это делает его незаменимым для дросселей с постоянной индуктивностью и широкополосных трансформаторов: параметры схемы не изменяются при колебаниях тока нагрузки.

По сравнению с высоконикелевыми пермаллоями (≥76 % Ni) сплав 64Н имеет более высокую индукцию насыщения. Конкретные нормированные значения начальной и максимальной проницаемости, коэрцитивной силы и индукции технического насыщения — в зависимости от толщины ленты, способа выплавки и режима термообработки — установлены ГОСТ 10160-75.

Применение в сердечниках, дросселях, трансформаторах

Из сплава 64Н изготавливают:

• сердечники катушек постоянной индуктивности;
• сердечники реле постоянного тока;
• магнитопроводы широкополосных трансформаторов;
• сердечники дросселей фильтров.

Шихтованный магнитопровод: почему лента тоньше — тем лучше

В переменном поле сплошной монолитный сердечник неприемлем: в нём возникают вихревые токи, которые нагревают сердечник и резко снижают КПД магнитной цепи. Для подавления вихревых токов магнитопроводы набирают из отдельных пластин, изолированных одна от другой (шихтуют). Мощность потерь на вихревые токи пропорциональна квадрату толщины пластины и квадрату частоты: чем тоньше пластина и чем выше рабочая частота, тем жёстче требование к толщине.

Именно поэтому сплав 64Н производится в виде тонкой холоднокатаной ленты — вплоть до 0,02 мм по согласованию с потребителем.

Финишный отжиг — обязательное условие магнитных свойств

Высокая чувствительность магнитных характеристик к механическим напряжениям — общая черта всех пермаллоев, включая 64Н. Любая деформация: вырубка или резка пластин, сборка пакета, затяжка обмоткой — деградирует магнитные свойства до уровня обычного конструкционного металла.

Поэтому ГОСТ 10160-75 требует финишного отжига деталей после их окончательного формования. Режим отжига (температура, атмосфера, скорость нагрева и охлаждения) критически влияет на итоговые значения проницаемости и коэрцитивной силы; конкретные режимы определяются технической документацией на сортамент. Для улучшения обрабатываемости перед основным отжигом ГОСТ 10160-75 допускает предварительную термообработку при 800–900 °C.

После финишного отжига пластины и витки не должны подвергаться ударам, изгибам, рихтовке или шлифовке — любое из этих воздействий вновь разрушит достигнутые магнитные характеристики.

Формы поставки сплава 64Н

• Лента холоднокатаная отожжённая (ГОСТ 10160-75) — основной сортамент для шихтованных магнитопроводов. Толщина от 0,02 до 2,5 мм; точные размерные ряды — по ГОСТ 10160-75.
• Лента холоднокатаная нагартованная (ГОСТ 10160-75) — применяется там, где при сборке требуется повышенная механическая прочность с последующим финишным отжигом изделия.
• Слитки и кованые заготовки (ТУ 14-1-3904-84) — для последующего передела по требованию заказчика.

Для расчёта магнитных цепей и подбора сортамента смотрите также страницы смежных прецизионных сплавов: сплав 68НМ (высоконикелевый пермаллой с наивысшей проницаемостью в слабых полях) и общий раздел сплавы никеля.