4J29可伐(Kovar)合金膨脹系數

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，居里點較高，并有良好的低溫組織穩定性。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構材料。 
     1.1 4J29材料牌號 4J29。 
1.2 4J29相近牌號 見表1-1。 
表1-1[1～4]

1.3 4J29材料的技術標準 YB/T 5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術條件》。 
1.4 4J29化學成分 見表1-2。 
                                   表1-2                                      %

在平均線膨脹系數達到標準規定條件下，允許鎳、鈷含量偏離表1-2規定范圍。鋁、鎂、鋯和鈦的含量各不大于0.10%，其總量應不大于0.20%。 
1.5 4J29熱處理制度 標準規定的膨脹系數及低溫組織穩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品種規格與供應狀態 品種有絲、帶、板、管和棒材。 
     1.7 4J29熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔煉。 
1.8 4J29應用概況與特殊要求 該合金是通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。經航空工廠長期使用，性能穩定。主要用于電真空元器件如發射管、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。在應用中應使選用的玻璃與合金的膨脹系數相匹配。根據使用溫度嚴格檢驗其低溫組織穩定性。在加工過程中應進行適當的熱處理，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛材時應嚴格檢驗其氣密性。 
二、4J29物理及化學性能     
     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℃[1,2]。 
2.1.2 4J29熱導率 見表2-1。 
表2-1[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 標準規定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見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-1。

  2.2 4J29密度 

2.3 4J29電性能 
     2.3.1 4J29電阻率  ρ=0.48μΩ·m[1,5]。 
  
                表2-2[1]

    2.3.1 4J29電阻溫度系數 見表2-3。 
表2-3[1]

    2.4 4J29磁性能 
2.4.1 4J29居里點 Tc=430℃[1,5]。 
2.4.2 4J29合金的磁性能 見表2-4[1]。 
     在4000A/m下，剩余磁感應強度Br=0.98T，矯頑力Hc=68.8A/m[1,2]。 
2.5 4J29化學性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。 
表2-4[1,2]

4J29力學性能 
3.1 4J29技術標準規定的性能 
3.1.1 4J29硬度 深沖態帶材的硬度應符合表3-1的規定。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符合表3-2的規定。 
表3-1

表3-2

3.2 4J29室溫及各種溫度下的力學性能 
3.2.1 4J29硬度 冷應變率為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）在室溫的拉伸性能見表3-3。冷應變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的拉伸性能見圖3-2。 
表3-3[1,5]

 
     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組織結構 
4.1 4J29相變溫度 γ→α相變溫度在-80℃以下。            
4.2 4J29時間-溫度-組織轉變曲線  
4.3 4J29合金組織結構 合金按1.5規定的熱處理制度處理后，再經-78.5℃冷凍，大于等于4h不應出現馬氏體組織。但當合金成分不當時，在常溫或低溫下將發生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉變，相變時伴隨著體積膨脹效應。合金的膨脹系數相應增高，致使封接件的內應力劇增，甚至造成部分損壞。影響合金低溫組織穩定性的主要因素是合金的化學成分。從Fe-Ni-Co三元相圖中可以看到，鎳是穩定γ相的主要元素，鎳含量偏高有利于γ相的穩定。隨合金總變形率增加其組織越趨向穩定。合金成分偏析也可能造成局部區域的γ→α相變。此外晶粒粗大也會促進γ→α相變。 
4.4 4J29晶粒度 標準規定深沖態帶材的晶粒度應不小于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應不少于8個。 
冷應變率為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[1,2]

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，可制成各種復雜形狀的零件。但應避免在含硫的氣氛中加熱。在冷軋時，當帶材的冷應變率大于70%時，退火后會引起塑性各向異性；冷應變率在10%～15%范圍時，合金在退火后會導致晶粒急劇長大，也將產生合金的塑性各向異性。當終應變率為60%～65%，晶粒度為7～8.5級時，其塑性各向異性小[2,4,7～9]。 
合金帶材的杯突值與厚度的關系見圖5-1。

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量，甚至使焊縫開裂。 
該合金與玻璃封接前，應清洗干凈，隨后進行高溫濕氫處 
理、預氧化處理。 
5.3 4J29零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應力退火、 
中間退火、凈化去氣處理、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：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 
起的加工硬化現象，以利于繼續加工。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，預氧化處理前，需進行濕氫處理，處理前應進行除油。工作需在飽和濕氫中，加熱到950～1050 ℃，保溫10～30min,然后爐冷。 
(4)預氧化處理 合金在濕氫處理后，熔封前一般要進行預氧化處理，使合金表面生成一層厚度均勻、致密的氧化膜，該氧化膜與基體結合牢固，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[10]。 
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，常鍍以銅、鎳、金、錫的鍍層。為改善高頻電流的傳導能力，降低接觸電阻以保證正常的陰極發射特性，常鍍以金、銀的鍍層。為提高器件的耐蝕性能可鍍鎳或金[11]。 
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。