Суперпермендюр сплав

Пермендюр (англ. permendur — от permeability «проницаемость» и durable «прочный») — прецизионный магнитно-мягкий сплав системы «железо–кобальт», легированный ванадием. Среди всех промышленных магнитных материалов пермендюр обладает наивысшей индукцией насыщения. Российская промышленность выпускает три марки пермендюра: 49КФ, 49К2Ф и 49К2ФА. Марку 49К2ФА (суперпермендюр) получают методом вакуумно-индукционной выплавки, что обеспечивает минимальное содержание примесей и стабильно высокие магнитные характеристики.

Химический состав пермендюра по ГОСТ 10994-74

Химический состав марок пермендюра нормирован стандартом ГОСТ 10994-74. Основа сплава — железо и кобальт в равных долях. Ванадий вводится для повышения удельного электрического сопротивления, улучшения пластичности и снижения потерь на вихревые токи. Ключевое различие между марками — содержание ванадия и допустимый уровень примесей.

Состав марки 49КФ (пермендюр)

Элемент	Содержание, %
Co (кобальт)	48,0–50,0
V (ванадий)	1,3–1,8
C (углерод)	≤ 0,05
Si (кремний)	≤ 0,30
Mn (марганец)	≤ 0,3
Ni (никель)	≤ 0,5
S (сера)	≤ 0,02
P (фосфор)	≤ 0,02
Fe (железо)	Основа

Состав марки 49К2ФА (суперпермендюр)

Элемент	Содержание, %
Co (кобальт)	48,0–50,0
V (ванадий)	1,7–2,0
C (углерод)	≤ 0,03
Si (кремний)	≤ 0,15
Mn (марганец)	≤ 0,3
Ni (никель)	≤ 0,3
S (сера)	≤ 0,01
P (фосфор)	≤ 0,01
Fe (железо)	Основа

Марка 49К2ФА изготавливается методом вакуумно-индукционной выплавки (ВИ), что обеспечивает существенно более жёсткие ограничения по содержанию углерода, серы, фосфора, кремния и никеля. Повышенное содержание ванадия (1,7–2,0 % против 1,3–1,8 % у 49КФ) дополнительно увеличивает электросопротивление и улучшает технологичность при холодной прокатке.

Физические и магнитные свойства суперпермендюра

Пермендюр относится к ферромагнитным магнитно-мягким материалам. Намагничивание происходит за счёт смещения доменных границ. Основная ценность сплава — наивысшая среди промышленных материалов индукция магнитного насыщения, сочетающаяся с высокой магнитной проницаемостью в сильных полях.

Физические свойства марок 49КФ и 49К2ФА

Параметр	Значение
Плотность	8100–8150 кг/м³
Индукция насыщения Bs	≥ 2,35 Тл
Температура точки Кюри	950 °C
Удельное электрическое сопротивление	0,40 Ом·мм²/м
Магнитострикция насыщения λs	(60–100)·10⁻⁶
Максимальная магнитная проницаемость μmax	до 50 000
Модуль упругости E	220 ГПа

Высокая магнитострикция насыщения позволяет использовать пермендюр в качестве активного элемента магнитострикционных преобразователей. Магнитно-мягкие свойства сплава обеспечивают узкую петлю гистерезиса, малые потери на перемагничивание и низкую коэрцитивную силу, что критически важно для работы в динамических магнитных полях на частотах до 1000 Гц.

Влияние ванадия на свойства сплава

Бинарный сплав Fe–49Co без ванадия имеет индукцию насыщения около 2,40–2,45 Тл и температуру Кюри порядка 980 °C, однако он крайне хрупок и практически не поддаётся холодной пластической деформации. Введение 1,3–2,0 % ванадия решает эту проблему: сплав приобретает достаточную пластичность для прокатки в ленту толщиной до 0,05 мм. Побочный эффект легирования ванадием — незначительное снижение индукции насыщения (с ~2,45 до ≥2,35 Тл) и температуры Кюри (с ~980 до 950 °C). При этом удельное электросопротивление возрастает, что снижает потери на вихревые токи при работе в переменных магнитных полях.

Термическая обработка пермендюра

Любая механическая обработка (штамповка, резка, прокатка) деградирует магнитные свойства пермендюра вследствие смещения и дробления доменной структуры. Для восстановления и стабилизации магнитных характеристик готовые изделия подвергают высокотемпературному отжигу.

Согласно ГОСТ 10160-75, отжиг контрольных образцов из сплава 49К2ФА классов II и III проводят при температуре (850 ± 20) °C. Для сплавов I и II класса допускается более высокая температура — до 1100 °C. Отжиг выполняется в вакуумных электропечах сопротивления с остаточным давлением не выше 10⁻⁴ мм рт. ст. или в среде водорода. Выдержка составляет 4–6 часов в зависимости от массы садки, охлаждение — со скоростью не более 100 °C/ч. В процессе термообработки происходят снятие остаточных напряжений, гомогенизация, атомное упорядочение и совершенствование кристаллической структуры.

Применение пермендюра и суперпермендюра

Области применения пермендюра определяются его главным преимуществом — наивысшей индукцией насыщения среди магнитно-мягких материалов. Сплав используется там, где необходимо сконцентрировать максимальную плотность магнитного потока в рабочем зазоре при минимальных затратах энергии на намагничивание.

Электротехника и энергетика

Из пермендюра изготавливают сердечники трансформаторов, магнитные усилители, полюсные наконечники электромагнитов, пластины роторов и статоров электрических машин малой и средней мощности. Высокая точка Кюри (950 °C) позволяет эксплуатировать изделия при повышенных температурах.

Приборостроение и электроника

Сплав 49К2ФА применяется для производства импульсных трансформаторов, модуляторов, элементов интегральных схем, датчиков давления, магнитоупругих датчиков и различных преобразователей. Низкие потери на перемагничивание делают материал пригодным для работы на частотах до 1000 Гц и выше.

Ультразвуковые преобразователи

Высокая магнитострикция насыщения (60–100)·10⁻⁶ определяет использование пермендюра в магнитострикционных источниках и приёмниках ультразвуковых колебаний.

Аэрокосмическая отрасль

Применение в электрических машинах и электромагнитных устройствах, работающих при повышенных температурах и значительных механических нагрузках, — сердечники электродвигателей, соленоиды, магнитопроводы бортовых систем.

Формы поставки сплава пермендюр

Согласно ГОСТ 10160-75, продукция из сплавов 49КФ и 49К2ФА выпускается в следующих полуфабрикатах:

Вид продукции	Размерный ряд
Лента холоднокатаная	толщина от 0,05 мм, ширина 5–480 мм
Лист холоднокатаный	толщина от 0,2 мм
Лист горячекатаный	по согласованию
Пруток горячекатаный	от Ø 10 мм
Пруток кованый	от Ø 10 мм
Проволока холоднотянутая	Ø 0,05–5,0 мм

По магнитным свойствам продукция подразделяется на три класса: I (нормальные), II (повышенные) и III (высокие магнитные свойства). Ленту и проволоку поставляют в катушках и мотках, листы и прутки — мерной или немерной длины.

Нормативная документация

Химический состав сплавов 49КФ, 49К2Ф и 49К2ФА регламентирован стандартом ГОСТ 10994-74 «Сплавы прецизионные. Марки». Технические условия на полуфабрикаты (ленты, листы, прутки, проволоку), магнитные свойства, режимы термообработки и методы контроля установлены стандартом ГОСТ 10160-75 «Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия».

Смежные материалы: сплав 50НП (пермаллой), каталог прецизионных сплавов.