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4J29

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4J29
材料牌号:4J29精密合金
一、4J29精密合金概述:

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、4J29材料牌号: 4J29。
2、4J29相近牌号: 见表1-1。
表1-1[1~4]
                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
3、4J29材料的技术标准:
4、4J29化学成分:
见表1-2。
表1-2                                                                  %
C≤Si≤Mn≤P≤S≤Cr≥Ni≥Mo≥Cu≤
                0.03                0.30                0.50                0.020                0.020                -                28.5-29.5                -                0.20
                其他Al≤Ti≤Fe≤Co≤V≤W≤Nb≤N≤
                -                -                余量                16.8-17.8                -                -                -                 
    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%。
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。
6、4J29品种规格与供应状态:品种有丝、带、板、管和棒材。
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。
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:   
1、4J29热性能: 
                                      
(1)、4J29溶化温度范围:该合金溶化温度约为1450℃[1,2]
(2)、4J29热导率: 见表2-1。
2-1[1]
                θ/℃                100                200                300                400                500
                λ/(W/(m·℃))                20.6                21.5                22.7                23.7                25.4
    (3)、4J29比热容: 在0℃时,比热容为440J/(kg•℃);在430℃时,比热容为649J/(kg•℃)。
(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、4J29密度:
3、4J29电性能:

(1)、4J29电阻率:ρ=0.48μΩ·m[1,5]
2-2[1]
                θ/℃spacer.gif/10-6℃-1                θ/℃spacer.gif/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
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(2)、4J29电阻温度系数:见表2-3。
2-3[1]
                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
4、4J29磁性能:
(1)、4J29居里点: Tc=430℃[1,5]
(2)、4J29合金的磁性能:见表2-4[1]
在4000A/m下,剩余磁感应强度Br=0.98T,矫顽力Hc=68.8A/m[1,2]
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。
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力学性能:
1、4J29技术标准规定的性能:

(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。
(1)、4J29抗拉强度: 丝材和带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。
3-1
                状态                δ/mm                硬度HV
                深冲态                >2.5                ≤170
                ≤2.5                ≤165
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
2、4J29室温及各种温度下的力学性能:
(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。
(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。
3-3[1,5]
                σb/MPa                σP0.2/MPa                δ/%
                520                330                30

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3、4J29持久和蠕变性能:
4、4J29疲劳性能:
5、4J29弹性性能:
4J29弹性模量: E=138GPa。
四、4J29组织结构:
1、4J29相变温度:
γ→α相变温度在-80℃以下。           
2、4J29时间-温度-组织转变曲线:
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、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。
4-1[1,2]
                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:
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。当最终应变率为60%~65%,晶粒度为7~8.5级时,其塑性各向异性最小[2,4,7~9]
合金带材的杯突值与厚度的关系见图5-1。
 

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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。
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[10]。
该合金不能用热处理硬化。
4、4J29表面处理工艺: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[11]。
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。
五、4J29品种规格与供应状态:
1、品种分类:
公司可生产各种规格的无缝管、钢板、圆钢、锻件、法兰、圆环、焊管、钢带、丝材及配套焊材。
2、交货状态:无缝管:固溶+酸白,长度可定尺;板材:固溶、酸洗、切边;焊管:固溶酸白+RT%探伤,锻件:退火+车光;棒材以锻轧状态、表面磨光或车光;带材经冷轧、固溶软态、去氧化皮交货;丝材以固溶酸洗盘状或直条状、固溶直条细磨光状态交货。
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