4J42膨脹合金

一、4J42概述

鐵鎳定膨脹合金是通過調(diào)整鎳含量而獲得在給定溫度范圍內(nèi)能與膨脹系數(shù)不同的軟玻璃和陶瓷匹配的一系列定膨脹合金，其膨脹系數(shù)和居里點(diǎn)隨鎳含量增加而增加。該合金是電真空工業(yè)中廣泛使用的封接結(jié)構(gòu)材料。

1.1 4J42材料牌號 4J42。

1.2 4J42相近牌號 見表1-1。  

俄羅斯  美國  英國  日本  法國  德國

42H  Glass Sealing42  Nilo42  D  N42  Vacodil 42

 Uniseal42  Invar  NSD  Nilo42

1.3 4J42材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) YB/T 5235-1993《鐵鎳鉻、鐵鎳封接合金技術(shù)條件》。

1.4 4J42化學(xué)成分 見表1-2。

鎳Ni：41.5-42.5

鉻Cr：-

鐵Fe：余量

鉬Mo：-

碳C： 0.05

錳Mn： 0.80

硅Si： 0.30

硫S： 0.020

銅Cu：-

鋁Al：0.10

鈷Co： 41.5-42.5

磷P： 0.020

表1-2%

在平均線膨脹系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規(guī)定的范圍。

1.5 4J42熱處理制度 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹系數(shù)性能檢驗(yàn)試樣其熱處理制度：在氫氣氣氛中將試樣加熱到900℃ 20℃，保溫1h，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出爐。

1.6 4J42品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有棒材、管材、板材、帶材和絲材。

1.7 4J42熔煉與鑄造工藝 用非真空感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐或電弧爐熔煉。

1.8 4J42應(yīng)用概況與特殊要求 4J42屬玻封合金典型牌號，經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定。

4J42合金主要用于和軟玻璃、陶瓷等封接，制作電子管、晶體管和集成電路的引線、框架和密封插頭。

在應(yīng)用中應(yīng)使選用的封接材料與合金的膨脹系數(shù)相配。熱處理時(shí)應(yīng)控制其晶粒度，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當(dāng)使用鍛、軋材時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)材料的氣密性。

二、4J42物理及化學(xué)性能

2.1 4J42熱性能

2.1.1 4J42溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1430℃。

2.1.2 4J42熱導(dǎo)率 =14.6W/(m ℃)。

2.1.3 4J42比熱容 該合金的比熱容為502J/(kg ℃)。

2.1.4 4J42線膨脹系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合金平均線膨脹系數(shù)見表2-1。合金的平均線膨脹系數(shù)見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-1。

表2-1

/10-6℃-1

20～300℃  20～400℃  20～450℃

4.0～5.0  -  6.5～7.5

2.2 4J42密度 =8.12g/cm3。

2.3 4J42電性能 電阻率 =0.61 m。

表2-2

/10-6℃-1

20～100℃20～200℃20～300℃20～350℃20～400℃20～450℃20～500℃20～600℃

 5.6  4.9  4.8  4.95  5.9  6.9  7.8  9.2

2.4 4J42磁性能

2.4.1 4J42居里點(diǎn) Tc=360℃。

2.4.2 4J42合金的磁性能 4J42合金的磁性能見表2-7。

在4000A/m下，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br=0.99T，矯頑力Hc=28.8A/m。

2.5 4J42化學(xué)性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。

表2-7

H/(A/m)  8  16  24  40  80

B/T  0.027  0.082  0.27  0.76  1.02

H/(A/m) 160  400  800  2000  4000

B/T  1.16  1.31  1.42  1.53  1.58

三、4J42力學(xué)性能

3.1 4J42技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能

3.1.1 4J42硬度 深沖態(tài)帶材應(yīng)符合表3-1的規(guī)定。厚度不大于0.2mm的帶材不作硬度檢驗(yàn)。

3.1.2 4J42抗拉強(qiáng)度 合金帶材的抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合表3-2的規(guī)定。

3.2 4J42室溫及各種溫度下的力學(xué)性能

3.2.1 4J42硬度 該組合金（退火態(tài)）硬度HV均約為135。

表3-1

/mm  HV  狀態(tài)代號  狀態(tài)   b/MPa

2.5   170  R  軟態(tài)   590

2.5   165  I  硬態(tài)   820

3.2.2 4J42拉伸性能 該組合金（退火態(tài)）室溫拉伸性能見表3-3。  

 表3-3

b/MPa   P0.2/MPa   /%   /%

490  234  35  65

 3.3 4J42持久和蠕變性能

3.4 4J42疲勞性能

3.5 4J42彈性性能

3.5.1 4J42彈性模量 該組合金的彈性模量E=147GPa。

四、4J42組織結(jié)構(gòu)

4.1 4J42相變溫度

4.2 4J42時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.3 4J42合金組織結(jié)構(gòu) 該組合金均為穩(wěn)定的奧氏體組織。

4.4 4J42晶粒度 合金深沖帶的晶粒度應(yīng)不小于7級，小于7級的晶粒度不得超過面積的10%。厚度小于0.13mm的帶材估計(jì)平均晶粒度時(shí)，沿帶材厚度方向的晶粒個(gè)數(shù)應(yīng)不少于8個(gè)。

五、4J42工藝性能與要求

5.1 4J42成形性能 該合金很容易進(jìn)行冷、熱加工。熱加工溫度不宜過高，加熱時(shí)間不宜過長，應(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。當(dāng)帶材冷應(yīng)變率大于75%時(shí)，退火后會引起塑性各向異性。冷應(yīng)變率在10%～15%，加熱到950～1050℃時(shí)（在釬焊過程中不可避免）晶粒顯著長大，致使合金塑性降低，對于薄的截面還可能喪失金屬的真空氣密性。因此成品的最終應(yīng)變率應(yīng)控制在60%左右。

5.2 4J42焊接性能 該合金具有良好的焊接性能，可釬焊和點(diǎn)焊。該合金與軟玻璃等材料封接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)氧化處理。

5.3 4J42零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火及預(yù)氧化處理。

(1)消除應(yīng)力退火 為消除零件在機(jī)械加工后的殘存應(yīng)力要進(jìn)行消除應(yīng)力退火：430～540℃，保溫1～2h,爐冷或空冷。

(2)中間退火 為消除合金在冷軋、冷拔、冷沖壓過程中引起的加工硬化現(xiàn)象，以利于繼續(xù)加工。工件需在真空或保護(hù)氣氛中，加熱到700～800℃，保溫30～60min，然后爐冷、空冷或水淬。

(3)預(yù)氧化處理 該組合金作封接材料使用時(shí)，在封接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)氧化處理。使合金表面生成一層厚度均勻、致密的氧化膜。零件在1100℃下，在飽和濕氫中，加熱30min，然后在大約800℃的空氣中氧化5～10min。零件的增重在0.1～0.3mg/cm2為適宜。

該合金不能用熱處理硬化。

5.4 4J42表面處理工藝 在熱處理、焊接或玻封之前，必須清除金屬表面污物、油脂。氧化層嚴(yán)重時(shí)可采用噴砂或先在熔融堿液中浸泡，然后再酸洗。輕微氧化皮可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗。