鐵鎳定膨脹玻封合金4J45

材料牌號(hào)：4J45

俄羅斯牌號(hào)：46H

美國(guó)牌號(hào)：Niromet 46/Ferrovac 46 Ni

英國(guó)牌號(hào)：Nilo 45

法國(guó)牌號(hào)：Fe-Ni42

德國(guó)牌號(hào)：Vacodil 46

一、4J45概述

鐵鎳定膨脹合金是通過(guò)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。該組合金是電真空工業(yè)中廣泛使用的封接結(jié)構(gòu)材料。

1.1 4J45材料牌號(hào) 4J45。

1.2 4J45相近牌號(hào) 見(jiàn)表1-1。

表1-1[1～3]

俄羅斯	美國(guó)	英國(guó)	日本	法國(guó)	德國(guó)
46H	Niromet 46 Ferrovac 46 Ni	Nilo 45	-	Fe-Ni42 -	Vacodil 46

1.3 4J45材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 4J45化學(xué)成分 見(jiàn)表1-2。

表1-2[4] %

C	Mn	Si	P	S	Al	Co	Ni	Fe
≤
0.05	0.80	0.30	0.020	0.020	0.10	-	44.5～45.5	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 4J45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]。

1.6 4J45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 4J45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 4J45應(yīng)用概況與特殊要求 4J45合金主要用于制作精密阻抗膜片，與人造藍(lán)寶石、軟玻璃、陶瓷封接。

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、4J45物理及化學(xué)性能

2.1 4J45熱性能

2.1.1 4J45溶化溫度范圍 該組合金溶化溫度約為1430℃[1,2]。

2.1.2 4J45熱導(dǎo)率 λ=14.7W/(m·℃)[1,2]。

2.1.3 4J45比熱容 該組合金的比熱容均為502J/(kg?℃)。

2.1.4 4J45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(jiàn)表2-1。合金的平均線膨脹系數(shù)見(jiàn)表2-2。合金的膨脹曲線見(jiàn)圖2-2。

表2-2

/10-6℃-1
20～300℃	20～400℃	20～450℃
6.5～7.2	6.5～7.2	-

2.2 4J45密度 ρ=8.18g/cm3[1,2]。

2.3 4J45電性能 電阻率ρ=0.49μΩ·m[1,2]。

表2-3[1,2]

/10-6℃-1
20～100℃	20～200℃	20～300℃	20～350℃	20～400℃	20～450℃	20～500℃	20～600℃
7.5	7.5	7.1	7.1	7.2	7.1	8.3	9.5

2.4 4J45磁性能

2.4.1 4J45居里點(diǎn) Tc=420℃[1,2]。

2.4.2 4J45合金的磁性能

2.5 4J45化學(xué)性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。

三、4J45力學(xué)性能

3.1 4J45技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能

3.1.1 4J45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 4J45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 4J45室溫及各種溫度下的力學(xué)性能

3.2.1 4J45硬度 該合金（退火態(tài)）硬度HV約為135[1,2]。

表3-1[4] 表3-2[4]

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

3.2.2 4J45拉伸性能 該合金（退火態(tài)）室溫拉伸性能見(jiàn)表3-3。

表3-3[1,2,4]

σb/MPa	σP0.2/MPa	δ/%	φ/%
510	-	35	-

3.3 4J45持久和蠕變性能

3.4 4J45疲勞性能

3.5 4J45彈性性能

3.5.1 4J45彈性模量 該組合金的彈性模量E=158GPa[1,2]。

四、4J45組織結(jié)構(gòu)

4.1 4J45相變溫度

4.2 4J45時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.3 4J45合金組織結(jié)構(gòu) 該合金為穩(wěn)定的奧氏體組織。

4.4 4J45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(guò)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、4J45工藝性能與要求

5.1 4J45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(guò)高，加熱時(shí)間不宜過(guò)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(guò)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]。

5.2 4J45焊接性能 該組合金具有良好的焊接性能，可釬焊和點(diǎn)焊。該組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 4J45零件熱處理工藝 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(guò)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]。

該組合金不能用熱處理硬化。

5.4 4J45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 4J45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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