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4J29膨脹合金

一、4J29概述

    4J29合金又稱可伐(Kovar)合金。該合金在20～450℃具有與硅硼硬玻璃相近的線膨脹系數(shù)，居里點較高，并有良好的低溫組織穩(wěn)定性。合金的氧化膜致密，能很好地被玻璃浸潤。且不與汞作用，適合在含汞放電的儀表中使用。是電真空器件主要密封結(jié)構(gòu)材料。

1.1 4J29材料牌號 4J29。

1.2 4J29相近牌號 見表1-1。

表1-1

1.3 4J29材料的技術(shù)標準 YB/T 5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術(shù)條件》。

1.4 4J29化學(xué)成分 見表1-2。

表1-2%

    在平均線膨脹系數(shù)達到標準規(guī)定條件下，允許鎳、鈷含量偏離表1-2規(guī)定范圍。鋁、鎂、鋯和鈦的含量各不大于0.10%，其總量應(yīng)不大于0.20%。

1.5 4J29熱處理制度 標準規(guī)定的膨脹系數(shù)及低溫組織穩(wěn)定性的性能檢驗試樣，在氫氣氣氛中加熱至900℃±20℃,保溫1h，再加熱至1100℃±20℃，保溫15min，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出爐。

1.6 4J29品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 晟通金屬可供品種有絲、帶、板、管和棒材。

1.7 4J29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 4J29應(yīng)用概況與特殊要求 

    該合金是國際通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定。主要用于電真空元器件如發(fā)射管、振蕩管、引燃管、磁控管、晶體管、密封插頭、繼電器、集成電路的引出線、底盤、外殼、支架等的玻璃封接。在應(yīng)用中應(yīng)使選用的玻璃與合金的膨脹系數(shù)相匹配。根據(jù)使用溫度嚴格檢驗其低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應(yīng)進行適當?shù)臒崽幚?，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛材時應(yīng)嚴格檢驗其氣密性。

二、4J29物理及化學(xué)性能 

2.1 4J29熱性能

2.1.1 4J29溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1450℃。

2.1.2 4J29熱導(dǎo)率 見表2-1。

表2-1

2.1.3 4J29比熱容 在0℃時，比熱容為440J/(kg?℃)；在430℃時，比熱容為649J/(kg?℃)。

2.1.4 4J29線膨脹系數(shù) 標準規(guī)定α1(20～400℃)=(4.6～5.2)×10-6℃-1；α1(20～450℃)=(5.1～5.5)×10-6℃-1(當用于晶體管時上限為5.6×10-6℃-1)。

合金的平均線膨脹系數(shù)見表2-2。

2.2 4J29密度

2.3 4J29電性能

2.3.1 4J29電阻率 ρ=0.48μΩ·m。

表2-2

2.3.1 4J29電阻溫度系數(shù) 見表2-3。

表2-3

2.4 4J29磁性能

2.4.1 4J29居里點 Tc=430℃。

2.4.2 4J29合金的磁性能 見表2-4。

    在4000A/m下，剩余磁感應(yīng)強度Br=0.98T，矯頑力Hc=68.8A/m。

2.5 4J29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2-4

三、4J29力學(xué)性能

3.1 4J29技術(shù)標準規(guī)定的性能

3.1.1 4J29硬度 深沖態(tài)帶材的硬度應(yīng)符合表3-1的規(guī)定。厚度不大于0.2mm時不作硬度檢驗。

3.1.2 4J29抗拉強度 絲材和帶材的抗拉強度應(yīng)符合表3-2的規(guī)定。

表3-1

表3-2

3.2 4J29室溫及各種溫度下的力學(xué)性能 

3.2.1 4J29硬度 冷應(yīng)變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的硬度見圖3-1。

3.2.2 4J29拉伸性能 合金（退火態(tài)）在室溫的拉伸性能見表3-3。冷應(yīng)變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的拉伸性能見圖3-2。

表3-3

3.3 4J29持久和蠕變性能

3.4 4J29疲勞性能 

3.5 4J29彈性性能 

3.5.1 4J29彈性模量 E=138GPa。

四、4J29組織結(jié)構(gòu)

4.1 4J29相變溫度 γ→α相變溫度在-80℃以下。           

4.2 4J29時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 

4.3 4J29合金組織結(jié)構(gòu) 合金按1.5規(guī)定的熱處理制度處理后，再經(jīng)-78.5℃冷凍，大于等于4h不應(yīng)出現(xiàn)馬氏體組織。但當合金成分不當時，在常溫或低溫下將發(fā)生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉(zhuǎn)變，相變時伴隨著體積膨脹效應(yīng)。合金的膨脹系數(shù)相應(yīng)增高，致使封接件的內(nèi)應(yīng)力劇增，甚至造成部分損壞。影響合金低溫組織穩(wěn)定性的主要因素是合金的化學(xué)成分。從Fe-Ni-Co三元相圖中可以看到，鎳是穩(wěn)定γ相的主要元素，鎳含量偏高有利于γ相的穩(wěn)定。隨合金總變形率增加其組織越趨向穩(wěn)定。合金成分偏析也可能造成局部區(qū)域的γ→α相變。此外晶粒粗大也會促進γ→α相變。

4.4 4J29晶粒度 標準規(guī)定深沖態(tài)帶材的晶粒度應(yīng)不小于7級，小于7級的晶粒不得超過面積的10%。厚度小于0.13mm的帶材估計平均晶粒度時，沿帶材厚度方向晶粒個數(shù)應(yīng)不少于8個。

    冷應(yīng)變率為60%～70%的厚的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h,空冷后，按YB 027-1992附錄A評級，其晶粒度見表4-1。

表4-1

 五、4J29工藝性能與要求

5.1 4J29成形性能 該合金具有良好的冷、熱加工性能，可制成各種復(fù)雜形狀的零件。但應(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。在冷軋時，當帶材的冷應(yīng)變率大于70%時，退火后會引起塑性各向異性；冷應(yīng)變率在10%～15%范圍時，合金在退火后會導(dǎo)致晶粒急劇長大，也將產(chǎn)生合金的塑性各向異性。當最終應(yīng)變率為60%～65%，晶粒度為7～8.5級時，其塑性各向異性最小。

5.2 4J29焊接性能 該合金可采用釬焊、熔焊、電阻焊等方法與銅、鋼、鎳等金屬焊接。當合金中鋯含量大于0.06%時，將影響板材的氬弧焊焊接質(zhì)量，甚至使焊縫開裂。

該合金與玻璃封接前，應(yīng)清洗干凈，隨后進行高溫濕氫處理、預(yù)氧化處理。

5.3 4J29零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火、凈化去氣處理、預(yù)氧化處理。

(1)消除應(yīng)力退火 為消除零件在機械加工后的殘存應(yīng)力要進行消除應(yīng)力退火：470～540℃，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。工件需在干氫、分解氨或真空中，加熱到750～900℃，保溫14min～1h，然后爐冷，空冷或水淬。

(3)凈化去氣處理 零件成形后，預(yù)氧化處理前，需進行濕氫處理，處理前應(yīng)進行除油。工作需在飽和濕氫中，加熱到950～1050℃，保溫10～30min,然后爐冷。

(4)預(yù)氧化處理 合金在濕氫處理后，熔封前一般要進行預(yù)氧化處理，使合金表面生成一層厚度均勻、致密的氧化膜，該氧化膜與基體結(jié)合牢固，且能很好地與熔融的玻璃浸潤。零件在濕氫處理后，在大約800℃的空氣中氧化。零件的增重在0.2～0.4mg/cm2范圍為宜。

該合金不能用熱處理硬化。

5.4 4J29表面處理工藝 表面處理可用噴砂、拋光、酸洗。

零件與玻璃封接后，為易于焊接，需去除封接時生成的氧化膜，可將零件在10%鹽酸+10%硝酸的水溶液中，加熱到70℃左右，酸洗2～5min。

該合金具有良好的電鍍性能，表面能鍍金、銀、鎳、鉻等金屬。為便于零件間的焊接或熱壓粘結(jié)，常鍍以銅、鎳、金、錫的鍍層。為改善高頻電流的傳導(dǎo)能力，降低接觸電阻以保證正常的陰極發(fā)射特性，常鍍以金、銀的鍍層。為提高器件的耐蝕性能可鍍鎳或金。

5.5 4J29切削加工與磨削性能 該合金切削特性和奧氏體不銹鋼相似。加工時采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，低速切削加工。切削時可使用冷卻劑。該合金磨削性能良好。