4J29

膨胀合金

一、4J29概述

 

4J29合金又称可伐(Kovar)合金。该合金在20~450℃具有与硅硼硬玻璃相近的线膨胀系数,居里点较高,并有良好的低温组织稳定性。合金的氧化膜致密,能很好地被玻璃浸润。且不与汞作用,适合在含汞放电的仪表中使用。是电真空器件主要密封结构材料。

1.1 4J29材料牌号 4J29。

1.2 4J29相近牌号 见表1-1。

表1-1

俄罗斯	美国	英国	日本	法国	德国
29HК	Kovar	Nilo K	KV-1	Dilver P0	Vacon 12
29HК-BИ	Rodar Techallony Glasseal 29-17	Telcaseal	KV-2 KV-3	Dilver P1	Silvar 48

1.3 4J29材料的技术标准 YB/T 5231-1993《铁镍钴玻封合金4J29和4J44技术条件》。

1.4 4J29化学成分 见表1-2。

表1-2%

C	Mn	Si	P	S	Cu	Cr	Mo	Ni	Co	Fe
≤
0.03	0.5	0.30	0.020	0.020	0.20	0.20	0.20	28.5~29.5	16.8~7.8	余量

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下,允许镍、钴含量偏离表1-2规定范围。铝、镁、锆和钛的含量各不大于0.10%,其总量应不大于0.20%。

1.5 4J29热处理制度 标准规定的膨胀系数及低温组织稳定性的性能检验试样,在氢气气氛中加热至900℃±20℃,保温1h,再加热至1100℃±20℃,保温15min,以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出炉。

1.6 4J29品种规格与供应状态 品种有丝、带、板、管和棒材。

1.7 4J29熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉、真空感应炉或电弧炉熔炼。

1.8 4J29应用概况与特殊要求 该合金是国际通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。经航空工厂长期使用,性能稳定。主要用于电真空元器件如发射管、振荡管、引燃管、磁控管、晶体管、密封插头、继电器、集成电路的引出线、底盘、外壳、支架等的玻璃封接。在应用中应使选用的玻璃与合金的膨胀系数相匹配。根据使用温度严格检验其低温组织稳定性。在加工过程中应进行适当的热处理,以保证材料具有良好的深冲引伸性能。当使用锻材时应严格检验其气密性。

二、4J29物理及化学性能 

2.1 4J29热性能

2.1.1 4J29溶化温度范围 该合金溶化温度约为1450℃。

2.1.2 4J29热导率 见表2-1。

表2-1

θ/℃	100	200	300	400	500
λ/(W/(m·℃))	20.6	21.5	22.7	23.7	25.4

2.1.3 4J29比热容 在0℃时,比热容为440J/(kg•℃);在430℃时,比热容为649J/(kg•℃)。

2.1.4 4J29线膨胀系数 标准规定α1(20~400℃)=(4.6~5.2)×10-6℃-1;α1(20~450℃)=(5.1~5.5)×10-6℃-1(当用于晶体管时上限为5.6×10-6℃-1)。

合金的平均线膨胀系数见表2-2。合金的膨胀曲线见图2-1。

2.2 4J29密度

2.3 4J29电性能

2.3.1 4J29电阻率 ρ=0.48μΩ·m。

表2-2

θ/℃	/10-6℃-1	θ/℃	/10-6℃-1
20~60	7.8	20~500	6.2
20~100	6.4	20~550	7.1
20~200	5.9	20~600	7.8
20~300	5.3	20~700	9.2
20~400	5.1	20~800	10.2
20~450	5.3	20~900	11.4

2.3.1 4J29电阻温度系数 见表2-3。

表2-3

温度范围/℃	20~50	20~85	20~100	20~200	20~300	20~400
αR/10-3℃-1	3.7	3.7	3.9	3.9	3.7	3.3

2.4 4J29磁性能

2.4.1 4J29居里点 Tc=430℃。

2.4.2 4J29合金的磁性能 见表2-4。

    在4000A/m下,剩余磁感应强度Br=0.98T,矫顽力Hc=68.8A/m。

2.5 4J29化学性能 合金在大气、淡水和海水中有较好的耐腐蚀性。

表2-4

H/(A/m)	B/T	H/(A/m)	B/T	H/(A/m)	B/T
8	0.9×10-2	80	0.35	2000	1.47
16	2.1×10-2	160	0.81	4000	1.61
24	3.6×10-2	400	1.17
40	8.3×10-2	800	1.34

三、4J29力学性能

3.1 4J29技术标准规定的性能

3.1.1 4J29硬度 深冲态带材的硬度应符合表3-1的规定。厚度不大于0.2mm时不作硬度检验。

3.1.2 4J29抗拉强度 丝材和带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。

表3-1

状态	δ/mm	硬度HV
深冲态	>2.5	≤170
	≤2.5	≤165

表3-2

状态代号	状态	σb/MPa
		丝材	带材
R	软态	<585	<570
1/4I	1/4硬态	585~725	520~630
1/2I	1/2硬态	655~795	590~700
3/4I	3/4硬态	725~860	600~770
I	硬态	>850	>700

3.2 4J29室温及各种温度下的力学性能 

3.2.1 4J29硬度 冷应变率为50%的带材,在不同退火温度下的硬度见图3-1。

3.2.2 4J29拉伸性能 合金(退火态)在室温的拉伸性能见表3-3。冷应变率为50%的带材,在不同退火温度下的拉伸性能见图3-2。

表3-3

σb/MPa	σP0.2/MPa	δ/%
520	330	30

 

 

3.3 4J29持久和蠕变性能

3.4 4J29疲劳性能 

3.5 4J29弹性性能 

3.5.1 4J29弹性模量 E=138GPa。

四、4J29组织结构

4.1 4J29相变温度 γ→α相变温度在-80℃以下。           

4.2 4J29时间-温度-组织转变曲线 

4.3 4J29合金组织结构 合金按1.5规定的热处理制度处理后,再经-78.5℃冷冻,大于等于4h不应出现马氏体组织。但当合金成分不当时,在常温或低温下将发生不同程度的奥氏体(γ)向针状马氏体(α)转变,相变时伴随着体积膨胀效应。合金的膨胀系数相应增高,致使封接件的内应力剧增,甚至造成部分损坏。影响合金低温组织稳定性的主要因素是合金的化学成分。从Fe-Ni-Co三元相图中可以看到,镍是稳定γ相的主要元素,镍含量偏高有利于γ相的稳定。随合金总变形率增加其组织越趋向稳定。合金成分偏析也可能造成局部区域的γ→α相变。此外晶粒粗大也会促进γ→α相变。

4.4 4J29晶粒度 标准规定深冲态带材的晶粒度应不小于7级,小于7级的晶粒不得超过面积的10%。厚度小于0.13mm的带材估计平均晶粒度时,沿带材厚度方向晶粒个数应不少于8个。

冷应变率为60%~70%的厚的带材,在表4-1所示温度下退火1h,空冷后,按YB 027-1992附录A评级,其晶粒度见表4-1。

表4-1

退火温度/℃	675	700	750	800	900	1000	1100	1200
晶粒度级别	开始再结晶	>10	>10	10	7.5	5.0	4.0	3.0

 

五、4J29工艺性能与要求

 

 

5.1 4J29成形性能 该合金具有良好的冷、热加工性能,可制成各种复杂形状的零件。但应避免在含硫的气氛中加热。在冷轧时,当带材的冷应变率大于70%时,退火后会引起塑性各向异性;冷应变率在10%~15%范围时,合金在退火后会导致晶粒急剧长大,也将产生合金的塑性各向异性。当 终应变率为60%~65%,晶粒度为7~8.5级时,其塑性各向异性 小。

合金带材的杯突值与厚度的关系见图5-1。

5.2 4J29焊接性能 该合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法与铜、钢、镍等金属焊接。当合金中锆含量大于0.06%时,将影响板材的氩弧焊焊接质量,甚至使焊缝开裂。

该合金与玻璃封接前,应清洗干净,随后进行高温湿氢处理、预氧化处理。

5.3 4J29零件热处理工艺 热处理可分为:消除应力退火、中间退火、净化去气处理、预氧化处理。

(1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后的残存应力要进行消除应力退火:470~540℃,保温1~2h,炉冷或空冷。

(2)中间退火 为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程中引起的加工硬化现象,以利于继续加工。工件需在干氢、分解氨或真空中,加热到750~900℃,保温14min~1h,然后炉冷,空冷或水淬。

(3)净化去气处理 零件成形后,预氧化处理前,需进行湿氢处理,处理前应进行除油。工作需在饱和湿氢中,加热到950~1050℃,保温10~30min,然后炉冷。

(4)预氧化处理 合金在湿氢处理后,熔封前一般要进行预氧化处理,使合金表面生成一层厚度均匀、致密的氧化膜,该氧化膜与基体结合牢固,且能很好地与熔融的玻璃浸润。零件在湿氢处理后,在大约800℃的空气中氧化。零件的增重在0.2~0.4mg/cm2范围为宜。

该合金不能用热处理硬化。

5.4 4J29表面处理工艺 表面处理可用喷砂、抛光、酸洗。

零件与玻璃封接后,为易于焊接,需去除封接时生成的氧化膜,可将零件在10%盐酸+10%硝酸的水溶液中,加热到70℃左右,酸洗2~5min。

该合金具有良好的电镀性能,表面能镀金、银、镍、铬等金属。为便于零件间的焊接或热压粘结,常镀以铜、镍、金、锡的镀层。为改善高频电流的传导能力,降低接触电阻以保证正常的阴极发射特性,常镀以金、银的镀层。为提高器件的耐蚀性能可镀镍或金。

5.5 4J29切削加工与磨削性能 该合金切削特性和奥氏体不锈钢相似。加工时采用高速钢或硬质合金刀具,低速切削加工。切削时可使用冷却剂。该合金磨削性能良好。

 

 

 

 

4J29可伐合金

1、物理性能: 

密度:8.25g/cm3                          

熔点:1450℃

热导率20.6 W/(m•℃)                   

硬度(HV):≤170kgf/mm2 

热膨胀系数(20-100℃):6.4×10-6/℃       

电阻率:0.48μΩ•m

2、主要特征:又称可伐(Kovar)合金。该合金在20-450℃具有与硅鹏硬玻璃相近的线膨胀系数

和较高的居里点及良好的低温组织稳定性;合金的氧化膜致密,能很好地被玻璃浸润;且不

与汞作用,适合在含汞放电的仪表中使用。

3、用途举例:在电真空工业中和相应的硬玻璃进行匹配封接。

4、化学成分:

化 学 成 分(%)
C	P	S	Mn	Si	Cu	Cr	Mo	Ni	Co	Fe
≤0.03	≤0.02	≤0.02	≤0.50	≤0.30	≤0.20	≤0.20	≤0.20	28.5 29.5	16.8 17.8	余量

 

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4J29产品品牌:德国ThyssenKrupp/日本冶金NSC/瑞典assab/美国ATI SMC
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4J29钢棒规格范围:直径6-500mm,长度0.5-30m;
4J29钢板规格范围:厚度0.5-80mm,长1-6米,宽0.5-3m
4J29钢管规格范围:外径6-530mm,壁厚0.5-50mm,长度1-12m;
4J29产品应用:普遍的应用于航天航空、电力、石油化学、船舶、机械、电子、环保等各个行业。
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牌   号:4J29
各国标准:W. Nr.1.3912  GB/T 4J29 AISI/ASTM F15  JIS EMAS-1001
合作厂商:OUTOKUMPU(奥托坤普)、AVESTA(阿威斯塔)、美国哈氏合金、美国SMC、美国冶联ATI、德国蒂森克虏伯VDM、Mannex、德镍、瑞典山特维克、日本冶金、新日铁等 品牌
化学成分:
合金 % 镍 铬 铁 钴 铜 碳 锰 硅 磷  硫  钼
 小 28.5   余量 16.8
 大 29.5 0.2  17.8 0.20 0.03 0.50 0.30 0.02 0.02 0.20
4J29密度百科
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在物理学中,把某种物质的质量与该物质的体积比值叫作这种物质的密度.
密度是物质的一种物理特性,不随形状和空间地理位置的变化而变化,随物质的状态、温度、压强的变化而变化。
可以根据密度来鉴别物质,不同物质的密度一般不同,而同种物质的质量与体积的比值是一定的。
密度通常用“ρ”(读做ròu)表示
密度的公式 :ρ=m/V(ρ表示密度、m表示质量、 V表示体积)
4J29相关材料的密度
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材料名称:钢材            密度/(t/m^3):    7.85
材料名称:高速钢          密度/(t/m^3):    8.3~8.7
材料名称:不锈钢、合金钢  密度/(t/m^3):    7.9
材料名称:硬质合金        密度/(t/m^3):    14.8
材料名称:紫铜            密度/(t/m^3):    8.9
材料名称:黄铜            密度/(t/m^3):    8.4~8.85
材料名称:工业镍          密度/(t/m^3):    8.9
材料名称:钛              密度/(t/m^3):    4.51
材料名称:镍铜合金        密度/(t/m^3):    8.8
材料名称:磷青铜          密度/(t/m^3):    8.8
材料名称:锌铝合金        密度/(t/m^3):    6.3~6.9
材料名称:铝镍合金        密度/(t/m^3):    2.7
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