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膨脹合金 4J36


一、4J36材料簡介


     4J36合金又稱因瓦(INVAR)合金，合金的居里點約為230℃，低于這一溫度時合金是鐵磁性的，具有很低的膨脹系數(shù)，高于這一溫度時合金為無磁性的，膨脹系數(shù)增大。該合金主要用于制造在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近似恒定的元件，廣泛用于無線電工業(yè)、精密儀器、儀表及其他工業(yè)。
     

4J36對應(yīng)牌號/中外牌號對照表


  俄羅斯

美國

英國

日本

法國

德國

32H
  32H-BИ
  -

Invar
  Nilvar
  Unipsan 36

Invar
  Nilo36
  36Ni

不變鋼
  Cactus LE
  -

Invar   Standard
  Fe-Ni36
  -

Vacodil36
  Nilos36
  -

4J36材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) YB/T 5241-1993《低膨脹合金4J32、4J36、4J38和4J40技術(shù)條件》。


二、4J36化學(xué)成分
                  

合金

%

鎳Ni

鉻Cr

鐵Fe

碳C

錳Mn

硅Si

鈷Co

磷P

硫S

4J36

最小值

35.0

-

-

-

0.30

0.40

-

-

-

最大值

37.0

0.20

余量

0.03

0.60

0.20

0.50

0.020

0.010

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)定范圍。
     1.5 4J36熱處理制度 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹系數(shù)性能檢驗試樣按下述方法加工和熱處理：將半成品試樣加熱至840℃±10℃，保溫1h,水淬，再將試樣加工為成品試樣，在315℃±10℃保溫1h，隨爐冷或空冷。
1.6 4J36品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有棒、管、板、絲和帶。
     1.7 4J36熔煉與鑄造工藝 用非真空感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐和電弧爐熔煉。
1.8 4J36應(yīng)用概況與特殊要求 該合金是典型低膨脹合金。經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定；使用中應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理工藝及加工工藝，以保證材料的穩(wěn)定性。


三、4J36物理及化學(xué)性能       

4J36密度 ρ=8.10g/cm3    ，4J36硬度，在退火狀態(tài)的硬度HV=140                            
4J36溶化溫度范圍 1430～1450℃[1,2]。
4J36熱導(dǎo)率 λ=11W/(m?℃)
4J36比熱容 c(20～100℃)=515J/(kg?℃)。
4J36線膨脹系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。
4J36電阻率 ρ=0.78μΩ·m，4J36電阻溫度系數(shù) 


  溫度范圍/℃

20～50

20～100

20～200

20～300

20～400

20～500

αR/103℃-1

1.8

1.7

1.4

1.2

1.0

0.9

4J36磁性能
4J36居里點 Tc=230℃[1,2]。
4J36合金（帶材）的磁性能


  H/(A/m)

B/T

H/(A/m)

B/T

8

1.8×10-2

160

0.74

16

4.2×10-2

400

0.97

24

8×10-2

800

1.12

40

0.2

2000

1.27

80

0.5

4000

1.32

在4000A/m下，剩余磁感應(yīng)強度Br=0.6T，矯頑力Hc=48A/m[1,2]。
4J36合金磁導(dǎo)率與溫度的關(guān)系（磁場強度400A/m) 見下表


  θ/℃

-17.8

10.0

37.8

66

93

116

μ/(mH/m)

2.25

2.14

2.04

1.93

1.81

1.70

4J36化學(xué)性能 合金在大氣、淡水、和海水中有一定的耐腐蝕性。

4J36技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能，4J36室溫及各種溫度下的力學(xué)性能                   


  σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

450

274

35


4J36拉伸性能 合金（退火狀態(tài)）在             


  ε/%

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

15
  25
  30

641
  689
  731

448
  617
  655

14
  9
  8

4J36彈性性能——彈性模量 合金（退火狀態(tài)）的彈性模量E=144GPa。


四、4J36合金組織為單相奧氏體組織。
       晶粒度 冷應(yīng)變率ε=60%～70%、厚度 =1mm的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h，空冷后，按YB 027-1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度評級，結(jié)果見下表


  退火溫度/℃

700

750

800

900

1000

1050

1100

1200

晶粒度級別

開始再結(jié)晶

>10

>10

9.0

6.5

4.0

3.0

2.0


五、4J36工藝性能與要求


 5.1 4J36成形性能 合金很容易冷、熱加工。熱加工時應(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。
5.2 4J36焊接性能 合金可采用氧乙炔焊、電弧焊、點焊和氫原子焊等方法焊接。由于膨脹系數(shù)與合金的化學(xué)成分有關(guān)，應(yīng)盡量避免因焊接造成合金成分的改變，因此最好使用氬弧焊，焊接的填充金屬最好含有0.5%～1.5%的鈦，以減少焊接的氣孔和裂縫。
     5.3 4J36零件熱處理工藝 該合金熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火及穩(wěn)定化處理。
     (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(jìn)行消除應(yīng)力退火：530～550 ℃，保溫1～2h,爐冷。
     (2)中間退火 為消除合金在冷軋，冷拔、冷沖壓過程引起的加工硬化現(xiàn)象，以利于繼續(xù)加工。工件加熱到830～880 ℃，保溫30min，爐冷或空冷。
     (3)穩(wěn)定化處理 為獲得具有較低的膨脹系數(shù)又能使其性能穩(wěn)定的處理。一般采用三段處理。
     a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質(zhì)充分固溶和合金化元素趨于均勻。工件在保護氣氛中，加熱到830 ℃，保溫20min～1h，淬火。
     b)回火：在回火過程中能夠部分消除由淬火產(chǎn)生的應(yīng)力。工件加熱到315 ℃，保溫1～4h，爐冷。
     c)穩(wěn)定化時效：使合金的尺寸穩(wěn)定。工件加熱到95 ℃，保溫48h。對于冷加工或機械加工后的高精度零件，不宜采用高溫處理時，可采用下述消除應(yīng)力穩(wěn)定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。
     該合金不能用熱處理硬化。
5.4 4J36表面處理工藝 表面處理可采用噴砂、拋光或酸洗。合金可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
5.5 4J36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(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。

六、4J36應(yīng)用領(lǐng)域

4J36應(yīng)用于需要極低膨脹系數(shù)的環(huán)境中。

典型應(yīng)用如下：●液化氣的生產(chǎn)、貯存和運輸

●工作溫度低于+200℃以下的測量和控制儀器，如溫度調(diào)節(jié)裝置

●金屬和其他材料間的螺旋連接器襯套

●雙金屬和溫控雙金屬●膜式框架

●航空工業(yè)的CRP 部件回火模具

●低于-200℃的人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈電子控制單元框架

●激光控制裝置電磁鏡頭中的輔助電子管


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