4J32膨胀合金

一、4J32概述

    4J32合金又称超因瓦(Super-Invar)合金。在-60~80℃温度范围内,其膨胀系数比4J36合金低,但低温组织稳定性较4J36合金差。该合金主要用于制造要求在环境温度变化范围内尺寸高度精密仪表零件。

1.1 4J32材料牌号 4J32。

1.2 4J32相近牌号 见表1-1。

表1-1

1.3 4J32材料的技术标准 YB/T 5241-1993 《低膨胀合金4J32、4J36、4J38和4J40技术条件》。

1.4 4J32化学成分  见表1-2。

表1-2%

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下,允许镍含量偏离表1-2规定范围。

1.5 4J32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按下述方法加工和热处理:将半成品试样加热至840℃±10℃,保温1h,水淬,再将试样加工为成品试样,在315℃±10℃保温1h,随炉冷或空冷。

1.6 4J32品种规格与供应状态 品种有棒、管、板、丝和带。

1.7 4J32熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉,真空感应炉和电弧炉熔炼。

1.8 4J32应用概况与特殊要求 该合金是典型低膨胀合金,经航空工厂长期使用,性能稳定。主要用于制造在环境温度变化范围内尺寸高度 的精密部件。在使用中应严格控制热处理工艺及加工工艺,根据使用温度应严格检验其组织稳定性。

二、4J32物理及化学性能 

2.1 4J32热性能

2.1.1 4J32溶化温度范围 1430~1450℃。

2.1.2 4J32热导率 λ=13.9W/(m?℃)。

2.1.3 4J32线膨胀系数 标准规定α1(20~100℃)≤1.0×10-6℃-1。

4J43合金和4J36合金一样,850℃以上退火,其线膨胀系数值 。冷却速度快可使线膨胀系数降低。对于α1(室温~100℃)来说,淬火(冷却速度快)较退火处理的可降低近一半。

典型成分的合金,试样在保护气氛或真空中,加热到850℃±20℃,保温1h,以不大于300℃/h的速度冷至200℃以下出炉,其平均线膨胀系数见表2-1。合金的膨胀曲线见图2-1。

表2-1

2.2 4J32密度 ρ=8.10g/cm3。

2.3 4J32电性能 

2.3.1 4J32电阻率 ρ=0.77μΩ·m。

2.3.2 4J32电阻温度系数 见表2-2。 

2.4 4J32磁性能

表2-2

2.4.1 4J32居里点 Tc=220℃。

2.4.2 4J32合金的磁性能 见表2-3。

表2-3

在4000A/m下,剩余磁感应强度Br=0.58T,矫顽力Hc=75A/m。

2.5 4J32化学性能 合金在大气、淡水、和海水中有一定的耐腐蚀性。 

三、4J32力学性能

3.1 4J32技术标准规定的性能

3.2 4J32室温及各种温度下的力学性能

3.2.1 4J32硬度 合金(退火状态)硬度HV=150。

3.2.2 4J32拉伸性能 合金(退火状态)在常温下的拉伸性能见表3-1。

表3-3

3.3 4J32持久和蠕变性能

3.4 4J32疲劳性能 

3.5 4J32弹性性能 

3.5.1 4J32弹性模量 合金(退火状态)的弹性模量E=141GPa。

四、4J32组织结构

4.1 4J32相变温度 γ→α相变温度在-60℃以下。           

4.2 4J32时间-温度-组织转变曲线 

4.3 4J32合金组织结构 合金按1.5规定的热处理制度处理后,再经-60℃冷速2h,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。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。铜也是稳定合金组织的重要元素。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。

五、4J32工艺性能与要求

5.1 4J32成形性能 该合金很容易冷、热加工。热加工时应避免在含硫的气氛中加热。

5.2 4J32焊接性能 合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法焊接。由于膨胀系数与化学成分有关,应尽量避免造成合金成分的改变,因此 好采用氩弧焊。

5.3 4J32零件热处理工艺 热处理可分为:消除应力退火、中间退火及稳定化处理。

(1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后残存应力,要进行消除应力退火:530~550℃,保温1~2h,炉冷。

(2)中间退火 为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象,以利于继续加工。工件加热到830~880℃,保温30min,炉冷或空冷。

(3)稳定化处理 为获得具有较低的膨胀系数又能使其性能稳定。一般采用三段处理。

a)均匀化:在加热中,合金中的杂质充分固溶和合金化元素趋于均匀。工件在保护气氛中,加热到830℃,保温20min~1h,淬火。

b)回火:在回火过程中能够部分消除由淬火产生的应力。工件加热到315℃,保温1~4h,炉冷。

c)稳定化时效:使合金的尺寸稳定。工件加热到95℃,保温48h。

对于冷加工或机械加工后的高精度零件,不宜采用高温处理时,可采用下述消除应力稳定化处理:工件加热到315~370℃,1~4h。

该合金不能用热处理硬化。

5.4 4J32表面处理工艺 表面处理可采用喷砂、抛光或酸洗。合金可用25%盐酸溶液在70℃下酸洗,清除氧化皮。

5.5 4J32切削加工与磨削性能 该合金切削加工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。

4J32材质参数
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4J32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:4J32
各国标准:UNS 4J32 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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4J32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, 4J32, 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。