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材质参数
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4J29镍基合金是超合金中应用 广、强度 的材料。超合金之名称即源自于材料特色,包括:(1)性能超优异:高温下可维持高强度,且具有优异的抗潜变、抗疲劳等机械性质,以及抗氧化和耐蚀特性与良好的塑性和銲接性。
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下面,有关镍合金分类成分及性能介绍:
牌 号:4J29
各国标准:UNS 4J29 2.4060, ID Nickel201 JIS 2.4061
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
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4J29合金添加超繁杂:镍基合金常添加十种以上之合金元素,用以增进不同环境之耐蚀性;以及固溶强化或析出强化等作用。
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上海蓝东是一家是一个集冶炼、开发、生产高温合金、高镍合金、镍合金、耐蚀合金、因科合金、蒙乃尔合金及各种特种合金材料于一体的高新技术生产型企业。产品有管材、棒材、板材、丝材、带材、法兰、锻件和管件等。产品应用于石油化工、航空航天、船舶、能源、军工、电子、环保、机械以及仪器仪表等领域。
蓝东生产材质包括:
1 蒙乃尔合金: Monel400,MonelK500, Monel R-405, Monel 450, Monel S.
2 因科洛伊合金: Incoloy800,Incoloy800H,Incoloy825, Incoloy DS, Incoloy802, Incoloy803, Incoloy804, Incoloy903, Incoloy907, Incoloy909, Incoloy925, Incoloy MA956, Incoloy A-286, Incoloy25-6Mo.
3英科耐尔合金: Inconel600,Inconel601,Inconel625,Inconel 601,Inconel718, Inconel617, Inconel 622, Inconel 625LCF,Inconel671, Inconel672, Inconel686, Inconel690, Inconel706, Inconel 725, Inconel718,Inconel X-750, Inconel751, Inconel754, Inconel758, Inconel783
4 哈氏合金: Hastelloy C-276, Hastelloy B-2,Hastelloy C-59, Hastelloy B, Hastelloy B-3, Hastelloy C, Hastelloy C-4, Hastelloy C-22, Hastelloy C-2000, Hastelloy G-30, Hastelloy G-35, Hastelloy N, Hastelloy S, Hastelloy W, Hastelloy X.
5高温合金: GH3030,GH3039, GH1015, GH1016, GH1035, GH1040, GH1131, GH1140, GH2018, GH2036, GH2038, GH2130, GH2132, GH2135, GH2136,GH2302,GH3044, GH3128, GH4033, GH4037, GH4043, 4J29, GH4133, GH4169 ,L605(GH605)
6 特殊不锈钢:S32550,S32550,2520Si2,S32550,2205,317L ,Carpenter 20Cb3, 309S, S32550i, 316LMod, 347H, 329, S21800, 254SMO, AL-6XN, 20Mo-6, S32550, S32550, S32550, 410, 420, 430
7耐蚀合金:NS111, NS112, NS142, NS143, NS312, NS313, NS315, NS321, NS322, NS333, NS334, NS335, NS336
钢管规格范围:外径6-530MM,壁厚0.5-50MM,长度1-12M;棒材规格范围:外径6—500MM,长度0.5—30米;钢板规格范围:厚度0.5-80MM,长1-6米,宽0.5-3米;特种合金的零部件,由于是在高温、重载及燃气冲刷等恶劣的环境条件下工作,既要考虑高温瞬时强度、持久、蠕变、疲劳等性能,又要考虑高温氧化问题。对这类合金原材料冶金质量要求 高,为了获得高质量的合金,必须准确控制合金成分和减少合金中的气体、有害夹杂及非金属夹杂物含量,提高合金的纯洁度,我厂经多年不断摸索,技术工艺不断改进,采用真空双联 三联工艺熔炼,不但将合金中低熔点有色杂质元素及气体被去除,非金属夹杂物得到了降低,并且结晶组织得到了改善,使合金的热加工性能显著的提高,加之我厂 锻造技能,从而确保了合金 终产品的质量。