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鐵鎳定膨脹玻封合金4J52

材料牌號：4J52

牌號：52H/52H-BИ

美國牌號：Glass Sealing52/Niloy52

日本牌號：N52

法國牌號：N52

德國牌號：Vacodil 520/FeNi52

 

一、4J52概述

    鐵鎳定膨脹合金是通過調整鎳含量而獲得在給定溫度範圍內能與膨脹係數不同的軟玻璃和陶瓷匹配的一系列定膨脹合金，其膨脹係數和居里點隨鎳含量增加而增加。該組合金是電真空工業中廣泛使用的封接結構材料。

    1.1 4J52材料牌號 4J52。

1.2 4J52相近牌號 見表1-1。

                                           表1-1[1～3]

	美國	英國	日本	法國	德國
52H 52H-BИ	Glass Sealing52 Niloy52	-	N52	N52	Vacodil 520 FeNi52

1.3 4J52材料的技術標準
    1.4 4J52化學成分 見表1-2。

                                          表1-2[4]                                      %

C	Mn	Si	P	S	Al	Co	Ni	Fe
≤
0.05	0.80	0.30	0.020	0.020	-	-	51.5～52.5	餘量

在平均線膨脹係數達到標準規定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規定的範圍。

    1.5 4J52熱處理制度 標準規定的膨脹係數性能檢驗試樣其熱處理制度：在保護氣氛或真空中加熱到850℃±20℃，保溫1h，以不大於300℃/min速度冷至400℃以下出爐[4]。

1.6 4J52品種規格與供應狀態 品種有棒材、管材、板材、帶材和絲材。

    1.7 4J52熔鍊與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔鍊。

1.8 4J52應用概況與特殊要求 4J52屬玻封合金典型牌號，經航空工廠長期使用，性能穩定。

4J52合金主要用於與軟鉛玻璃封接，小型電子管引線。

在應用中應使選用的封接材料與合金的膨脹係數相配。熱處理時應控制其晶粒度，以保證材料具有良好的深衝引伸性能。當使用鍛、軋材時應嚴格檢驗材料的氣密性。

二、4J52物理及化學性能   

    2.1 4J52熱性能                                        

2.1.1 4J52溶化溫度範圍 該合金溶化溫度約爲1430℃[1,2]。

2.1.2 4J52熱導率 λ=16.7W/(m·℃)[1,2]。

2.1.3 4J52比熱容 該合金的比熱容爲502J/(kg?℃)。

2.1.4 4J52線膨脹係數 標準規定的合金平均線膨脹係數見表2-1。合金的平均線膨脹係數見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-4。

                                              表2-1

/10-6℃-1
20～300℃	20～400℃	20～450℃
9.8～11.0	9.8～11.0	-

    2.2 4J52密度 ρ=8.25g/cm3[1,2]。

2.3 4J52電性能 電阻率ρ=0.43μΩ·m[1,2]。

                                              表2-2[1,2]

/10-6℃-1
20～100℃	20～200℃	20～300℃	20～350℃	20～400℃	20～450℃	20～500℃	20～600℃
10.3	10.4	10.2	10.3	10.3	10.3	10.3	10.8

 

 

    2.4 4J52磁性能

2.4.1 4J52居里點 Tc=520℃[1,2]。

    2.4.2 4J52合金的磁性能

2.5 4J52化學性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。

三、4J52力學性能

3.1 4J52技術標準規定的性能

3.1.1 4J52硬度 深衝態帶材應符合表3-1的規定。厚度不大於0.2mm的帶材不作硬度檢驗。

3.1.2 4J52抗拉強度 合金帶材的抗拉強度應符合表3-2的規定。

3.2 4J52室溫及各種溫度下的力學性能

    3.2.1 4J52硬度 該合金（退火態）硬度HV約爲135[1,2]。

            表3-1[4]                                                          表3-2[4]

δ/mm	HV		狀態代號	狀態	σb/MPa
<2.5	≤170		R	軟態	<590
≤2.5	≤165		I	硬態	>820

3.2.2 4J52拉伸性能 該合金（退火態）室溫拉伸性能見表3-3。

                                              表3-3[1,2,4]

σb/MPa	σP0.2/MPa	δ/%	φ/%
550	276	35	65

    3.3 4J52持久和蠕變性能

    3.4 4J52疲勞性能

3.5 4J52彈性性能

3.5.1 4J52彈性模量 該合金的彈性模量E=158GPa[1,2]。

四、4J52組織結構

4.1 4J52相變溫度           

4.2 4J52時間-溫度-組織轉變曲線

4.3 4J52合金組織結構 該組合金均爲穩定的奧氏體組織。

    4.4 4J52晶粒度 合金深衝帶的晶粒度應不小於7級，小於7級的晶粒度不得超過面積的10%。厚度小於0.13mm的帶材估計平均晶粒度時，沿帶材厚度方向的晶粒個數應不少於8個。

五、4J52工藝性能與要求

    5.1 4J52成形性能 該合金很容易進行冷、熱加工。熱加工溫度不宜過高，加熱時間不宜過長，應避免在含硫的氣氛中加熱。當帶材冷應變率大於75%時，退火後會引起塑性各向異性。冷應變率在10%～15%，加熱到950～1050℃時（在釺焊過程中不可避免）晶粒顯著長大，致使合金塑性降低，對於薄的截面還可能喪失金屬的真空氣密性。因此成品的 終應變率應控制在60%左右[2,5]。

    5.2 4J52焊接性能 該組合金具有良好的焊接性能，可釺焊和點焊。該組合金與軟玻璃等材料封接前應進行預氧化處理。

    5.3 4J52零件熱處理工藝 熱處理可分爲：消除應力退火、中間退火及預氧化處理。

    (1)消除應力退火 爲消除零件在機械加工後的殘存應力要進行消除應力退火：430～540℃，保溫1～2h,爐冷或空冷。

(2)中間退火 爲消除合金在冷軋、冷拔、冷衝壓過程中引起的加工硬化現象，以利於繼續加工。工件需在真空或保護氣氛中，加熱到700～800℃，保溫30～60min，然後爐冷、空冷或水淬。

(3)預氧化處理 該組合金作封接材料使用時，在封接前應進行預氧化處理。使合金表面生成一層厚度均勻、緻密的氧化膜。零件在1100℃下，在飽和溼 中，加熱30min，然後在大約800℃的空氣中氧化5～10min。零件的增重在0.1～0.3mg/cm2爲適宜[6]。

    該合金不能用熱處理硬化。

5.4 4J52表面處理工藝 在熱處理、焊接或玻封之前，必須清除金屬表面污物、油脂。氧化層嚴重時可採用噴砂或先在熔融鹼液中浸泡，然後再酸洗。輕微氧化皮可用25% 溶液在70℃下酸洗。

5.5 4J52切削加工與磨削性能 該合金切削加工特性和奧氏體不鏽鋼相似。加工時採用高速鋼或硬質合金刀具，低速切削加工，切削時可使用冷卻劑。磨削性能良好。