 4J42
材料牌號(hào)：4J42鐵鎳定膨脹玻封合金
一、4J42精密合金概述：
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、4J42材料牌號(hào)： 4J42。
2、4J42相近牌號(hào)： 見表1-1。
表1-1[1～3]
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俄羅斯 |
美國(guó) |
英國(guó) |
日本 |
法國(guó) |
德國(guó) |
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42H |
Glass Sealing42
Uniseal42 |
Nilo42
Invar |
D
NSD |
N42 |
Vacodil 42
Nilo42 |
3、4J42材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
4、4J42化學(xué)成分： 見表1-2。
表1-2[4] %
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C≤ |
Si≤ |
Mn≤ |
P≤ |
S≤ |
Cr≥ |
Ni≥ |
Mo≥ |
Cu≤ |
|
0.05 |
0.30 |
0.80 |
0.020 |
0.020 |
- |
41.5-42.5 |
- |
- |
|
其他 |
Al≤ |
Ti≤ |
Fe≤ |
Co≤ |
V≤ |
W≤ |
Nb≤ |
N≤ |
|
0.10 |
- |
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。
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[4]。
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。
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。
8、4J42應(yīng)用概況與特殊要求：4J42屬玻封合金典型牌號(hào)，經(jīng)航空工廠長(zhǎng)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：
1、4J42熱性能：
(1)、4J42溶化溫度范圍：該合金溶化溫度約為1430℃[1,2]。
(2)、4J42熱導(dǎo)率：λ=14.6W/(m·℃)[1,2]。
(3)、4J42比熱容：該合金的比熱容為502J/(kg•℃)。
(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、4J42密度：ρ=8.12g/cm3[1,2]。
3、4J42電性能：電阻率ρ=0.61μΩ·m[1,2]。
表2-2[1,2]
 /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 |
4、4J42磁性能：
(1)、4J42居里點(diǎn)：Tc=360℃[1,2]。
(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[1,2]
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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：
1、4J42技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能：
(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)。
(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。
2、4J42室溫及各種溫度下的力學(xué)性能：
(1)、4J42硬度： 該組合金（退火態(tài)）硬度HV均約為135[1,2]。
表3-1[4] 表3-2[4]
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δ/mm |
HV |
|
狀態(tài)代號(hào) |
狀態(tài) |
σb/MPa |
|
<2.5 |
≤170 |
R |
軟態(tài) |
<590 |
|
≤2.5 |
≤165 |
I |
硬態(tài) |
>820 |
(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[1,2,4]
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ/% |
φ/% |
|
490 |
234 |
35 |
65 |
3、4J42持久和蠕變性能：
4、4J42疲勞性能：
5、4J42彈性性能：4J42彈性模量：該組合金的彈性模量E=147GPa[1,2]。
四、4J42組織結(jié)構(gòu)：
1、4J42相變溫度：
2、4J42時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線：
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、4J42晶粒度：合金深沖帶的晶粒度應(yīng)不小于7級(jí)，小于7級(jí)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：
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(zhǎng)，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(huì)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(zhǎng)大，致使合金塑性降低，對(duì)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[2,5]。
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。
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[6]。該合金不能用熱處理硬化。
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、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。
六、4J42品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)：
1、品種分類：特種合金可生產(chǎn)各種規(guī)格的無縫管、鋼板、圓鋼、鍛件、法蘭、圓環(huán)、焊管、鋼帶、絲材及配套焊材。
2、交貨狀態(tài)：無縫管：固溶+酸白，長(zhǎng)度可定尺；板材：固溶、酸洗、切邊；焊管：固溶酸白+RT%探傷，鍛件：退火+車光；棒材以鍛軋狀態(tài)、表面磨光或車光；帶材經(jīng)冷軋、固溶軟態(tài)、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤狀或直條狀、固溶直條細(xì)磨光狀態(tài)交貨。 |
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