4J42膨脹合金

一、4J42概述
鐵鎳定膨脹合金是通過調整鎳含量而獲得在給定溫度范圍內能與膨脹系數不同的軟玻璃和陶瓷匹配的一系列定膨脹合金，其膨脹系數和居里點隨鎳含量增加而增加。該合金是電真空工業中廣泛使用的封接結構材料。
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

美國

英國

日本

法國

德國

42H

Glass Sealing42

Uniseal42

Nilo42

Invar

D

NSD

N42

Vacodil 42

Nilo42

1.3 4J42材料的技術標準 YB/T 5235-1993《鐵鎳鉻、鐵鎳封接合金技術條件》。
1.4 4J42化學成分 見表1-2。
表1-2%

C

Mn

Si

P

S

Al

Co

Ni

Fe

≤

0.05

0.80

0.30

0.020

0.020

0.10

-

41.5～42.5

余量

在平均線膨脹系數達到標準規定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規定的范圍。
1.5 4J42熱處理制度 標準規定的膨脹系數性能檢驗試樣其熱處理制度：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品種規格與供應狀態 品種有棒材、管材、板材、帶材和絲材。
1.7 4J42熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔煉。
1.8 4J42應用概況與特殊要求 4J42屬玻封合金典型牌號，經航空工廠長期使用，性能穩定。
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。
在應用中應使選用的封接材料與合金的膨脹系數相配。熱處理時應控制其晶粒度，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛、軋材時應嚴格檢驗材料的氣密性。
二、4J42物理及化學性能
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 標準規定的合金平均線膨脹系數見表2-1。合金的平均線膨脹系數見表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℃

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 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，剩余磁感應強度Br=0.99T，矯頑力Hc=28.8A/m。
2.5 4J42化學性能 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

4J42膨脹合金

三、4J42力學性能
3.1 4J42技術標準規定的性能
3.1.1 4J42硬度 深沖態帶材應符合表3-1的規定。厚度不大于0.2mm的帶材不作硬度檢驗。
3.1.2 4J42抗拉強度 合金帶材的抗拉強度應符合表3-2的規定。
3.2 4J42室溫及各種溫度下的力學性能
3.2.1 4J42硬度 該組合金（退火態）硬度HV均約為135。
表3-1

δ/mm

HV

狀態代號

狀態

σb/MPa

<2.5

≤170

R

軟態

<590

≤2.5

≤165

I

硬態

>820

3.2.2 4J42拉伸性能 該組合金（退火態）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組織結構
4.1 4J42相變溫度
4.2 4J42時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 4J42合金組織結構 該組合金均為穩定的奧氏體組織。
4.4 4J42晶粒度 合金深沖帶的晶粒度應不小于7級，小于7級的晶粒度不得超過面積的10%。厚度小于0.13mm的帶材估計平均晶粒度時，沿帶材厚度方向的晶粒個數應不少于8個。
五、4J42工藝性能與要求
5.1 4J42成形性能 該合金很容易進行冷、熱加工。熱加工溫度不宜過高，加熱時間不宜過長，應避免在含硫的氣氛中加熱。當帶材冷應變率大于75%時，退火后會引起塑性各向異性。冷應變率在10%～15%，加熱到950～1050℃時（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。因此成品的終應變率應控制在60%左右。
5.2 4J42焊接性能 該合金具有良好的焊接性能，可釬焊和點焊。該合金與軟玻璃等材料封接前應進行預氧化處理。
5.3 4J42零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應力退火、中間退火及預氧化處理。
(1)消除應力退火 為消除零件在機械加工后的殘存應力要進行消除應力退火：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象，以利于繼續加工。工件需在真空或保護氣氛中，加熱到700～800℃，保溫30～60min，然后爐冷、空冷或水淬。
(3)預氧化處理 該組合金作封接材料使用時，在封接前應進行預氧化處理。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。氧化層嚴重時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%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。加工時采用高速鋼或硬質合金刀具，低速切削加工，切削時可使用冷卻劑。磨削性能良好。