4J29
一、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(shù)，居里點(diǎn)較高，并有良好的低溫組織穩(wěn)定性。合金的氧化膜致密，能很好地被玻璃浸潤(rùn)。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(jié)構(gòu)材料。
1.14J29材料牌號(hào)4J29。
1.24J29相近牌號(hào)見表1-1。
表1-1[1～4]
俄羅斯 | 英國(guó) | 日本 | 法國(guó) | 德國(guó) | |
29HК | Kovar | NiloK | KV-1 | DilverP0 | Vacon12 |
29HК-BИ | Rodar TechallonyGlasseal29-17 | Telcaseal | KV-2 KV-3 | DilverP1 | Silvar48 |
1.34J29材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)YB/T5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術(shù)條件》。
1.44J29化學(xué)成分見表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 | 16.8～17.8 | 余量 |
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、鈷含量偏離表1-2規(guī)定范圍。鋁、鎂、鋯和鈦的含量各不大于0.10%，其總量應(yīng)不大于0.20%。
1.54J29熱處理制度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹系數(shù)及低溫組織穩(wěn)定性的性能檢驗(yàn)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。
1.64J29品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)品種有絲、帶、板、管和棒材。
1.74J29熔煉與鑄造工藝用非真空感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐或電弧爐熔煉。
1.84J29應(yīng)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(jīng)航空工廠使用，性能穩(wěn)定。主要用于電真空元器件如發(fā)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(yīng)用中應(yīng)使選用的玻璃與合金的膨脹系數(shù)相匹配。根據(jù)使用溫度嚴(yán)格檢驗(yàn)其低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當(dāng)使用鍛材時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)其氣密性。
二、4J29物理及化學(xué)性能
2.14J29熱性能
2.1.14J29溶化溫度范圍該合金溶化溫度約為1450℃[1,2]。
2.1.24J29熱導(dǎo)率見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
λ/(W/(m?℃)) | 20.6 | 21.5 | 22.7 | 23.7 | 25.4 |
2.1.34J29比熱容在0℃時(shí)，比熱容為440J/(kg?℃)；在430℃時(shí)，比熱容為649J/(kg?℃)。
2.1.44J29線膨脹系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α1(20～400℃)=(4.6～5.2)?10-6℃-1；α1(20～450℃)=(5.1～5.5)?10-6℃-1(當(dāng)用于晶體管時(shí)上限為5.6?10-6℃-1)。
合金的平均線膨脹系數(shù)見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-1。
2.24J29密度
2.34J29電性能
2.3.14J29電阻率ρ=0.48μΩ?m[1,5]。
表2-2[1]
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 |
2.3.14J29電阻溫度系數(shù)見表2-3。
表2-3[1]
溫度范圍/℃ | 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 |
2.44J29磁性能
2.4.14J29居里點(diǎn)Tc=430℃[1,5]。
2.4.24J29合金的磁性能見表2-4[1]。
在4000A/m下，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br=0.98T，矯頑力Hc=68.8A/m[1,2]。
2.54J29化學(xué)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]
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力學(xué)性能
3.14J29技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.14J29硬度深沖態(tài)帶材的硬度應(yīng)符合表3-1的規(guī)定。厚度不大于0.2mm時(shí)不作硬度檢驗(yàn)。
3.1.24J29抗拉強(qiáng)度絲材和帶材的抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合表3-2的規(guī)定。
表3-1
狀態(tài) | δ/mm | 硬度HV |
深沖態(tài) | >2.5 | ≤170 |
≤2.5 | ≤165 |
表3-2
狀態(tài)代號(hào) | 狀態(tài) | σb/MPa | |
絲材 | 帶材 | ||
R | 軟態(tài) | <585 | <570 |
1/4I | 1/4硬態(tài) | 585～725 | 520～630 |
1/2I | 1/2硬態(tài) | 655～795 | 590～700 |
3/4I | 3/4硬態(tài) | 725～860 | 600～770 |
I | 硬態(tài) | >850 | >700 |
3.24J29室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
3.2.14J29硬度冷應(yīng)變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的硬度見圖3-1。
3.2.24J29拉伸性能合金（退火態(tài)）在室溫的拉伸性能見表3-3。冷應(yīng)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]
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% |
520 | 330 | 30 |
3.34J29持久和蠕變性能
3.44J29疲勞性能
3.54J29彈性性能
3.5.14J29彈性模量E=138GPa。
四、4J29組織結(jié)構(gòu)
4.14J29相變溫度γ→α相變溫度在-80℃以下。
4.24J29時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.34J29合金組織結(jié)構(gòu)合金按1.5規(guī)定的熱處理制度處理后，再經(jīng)-78.5℃冷凍，大于等于4h不應(yīng)出現(xiàn)馬氏體組織。但當(dāng)合金成分不當(dāng)時(shí)，在常溫或低溫下將發(fā)生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉(zhuǎn)變，相變時(shí)伴隨著體積膨脹效應(yīng)。合金的膨脹系數(shù)相應(yīng)增高，致使封接件的內(nèi)應(yīng)力劇增，甚至造成部分損壞。影響合金低溫組織穩(wěn)定性的主要因素是合金的化學(xué)成分。從Fe-Ni-Co三元相圖中可以看到，鎳是穩(wěn)定γ相的主要元素，鎳含量偏高有利于γ相的穩(wěn)定。隨合金總變形率增加其組織越趨向穩(wěn)定。合金成分偏析也可能造成局部區(qū)域的γ→α相變。此外晶粒粗大也會(huì)促進(jìn)γ→α相變。
4.44J29晶粒度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定深沖態(tài)帶材的晶粒度應(yīng)不小于7級(jí)，小于7級(jí)的晶粒不得超過面積的10%。厚度小于0.13mm的帶材估計(jì)平均晶粒度時(shí)，沿帶材厚度方向晶粒個(gè)數(shù)應(yīng)不少于8個(gè)。
冷應(yīng)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YB027-1992附錄A評(píng)級(jí)，其晶粒度見表4-1。
表4-1[1,2]
退火溫度/℃ | 675 | 700 | 750 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
晶粒度級(jí)別 | 開始再結(jié)晶 | >10 | >10 | 10 | 7.5 | 5.0 | 4.0 | 3.0 |
五、4J29工藝性能與要求
5.14J29成形性能該合金具有良好的冷、熱加工性能，可制成各種復(fù)雜形狀的零件。但應(yīng)避免在含的氣氛中加熱。在冷軋時(shí)，當(dāng)帶材的冷應(yīng)變率大于70%時(shí)，退火后會(huì)引起塑性各向；冷應(yīng)變率在10%～15%范圍時(shí)，合金在退火后會(huì)導(dǎo)致晶粒急劇長(zhǎng)大，也將產(chǎn)生合金的塑性各向。當(dāng)終應(yīng)變率為60%～65%，晶粒度為7～8.5級(jí)時(shí)，其塑性各向小[2,4,7～9]。
合金帶材的杯突值與厚度的關(guān)系見圖5-1。
5.24J29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(dāng)合金中鋯含量大于0.06%時(shí)，將影響板材的氬弧焊焊接質(zhì)量，甚至使焊縫開裂。
該合金與玻璃封接前，應(yīng)清洗干凈，隨后進(jìn)行高溫濕氫處理、預(yù)氧化處理。
5.34J29零件熱處理工藝熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火、凈化去氣處理、預(yù)氧化處理。
(1)消除應(yīng)力退火為消除零件在機(jī)械加工后的殘存應(yīng)力要進(jìn)行消除應(yīng)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(xiàn)象，以利于繼續(xù)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(yù)氧化處理前，需進(jìn)行濕氫處理，處理前應(yīng)進(jìn)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(yù)氧化處理合金在濕氫處理后，熔封前一般要進(jìn)行預(yù)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(jié)合牢固，且能很好地與熔融的玻璃浸潤(rùn)。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。
5.44J29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(shí)生成的氧化膜，可將零件在10% 10%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(jié)，常鍍以銅、鎳、金、錫的鍍層。為改善高頻電流的傳導(dǎo)能力，降低接觸電阻以保證正常的陰發(fā)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]。
5.54J29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(shí)采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，低速切削加工。切削時(shí)可使用冷卻劑。該合金磨削性能良好。
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