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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。
表1-1 俄羅斯 42H
美國 Glass Sealing42 Uniseal42
英國 Nilo42 Invar
日本 D NSD
法國 N42
德國 Vacodil 42 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。
表1-2%
碳C：0.05
錳Mn：0.80
硫Si：0.30
磷P：0.020
硅S：0.020
鋁Al：0.10
鈷Co：-
鎳Ni：41.5～42.5
鐵Fe: 余量
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 λ=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 ρ=8.12g/cm3。
2.3 4J42電性能 電阻率ρ=0.61μΩ·m。
表2-2
/10-6℃-1
20～100℃ 5.6
20～200℃ 4.9
20～300℃ 4.8
20～350℃ 4.95
20～400℃ 5.9
20～450℃ 6.9
20～500℃ 7.8
20～600℃ 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
δ/mm HV 狀態(tài)代號 狀態(tài) σb/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
σb/MPa σP0.2/MPa δ/% φ/%
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。
5.5 4J42切削加工與磨削性能 該合金切削加工特性和奧氏體不銹鋼相似。加工時(shí)采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，低速切削加工，切削時(shí)可使用冷卻劑。磨削性能良好。
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