鐵鎳定膨脹玻封合金4J52
材料牌號：4J52
俄羅斯牌號：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(diào)整鎳含量而獲得在給定溫度范圍內(nèi)能與膨脹系數(shù)不同的軟玻璃和陶瓷匹配的一系列定膨脹合金，其膨脹系數(shù)和居里點隨鎳含量增加而增加。該組合金是電真空工業(yè)中廣泛使用的封接結(jié)構(gòu)材料。
1.1 4J52材料牌號 4J52。
1.2 4J52相近牌號 見表1-1。
表1-1
| 俄羅斯 | 美國 | 英國 | 日本 | 法國 | 德國 |
|
52H 52H-BИ |
Glass Sealing52 Niloy52 |
- | N52 | N52 |
Vacodil 520 FeNi52 |
1.4 4J52化學(xué)成分 見表1-2。
表1-2%
| C | Mn | Si | P | S | Al | Co | Ni | Fe |
| ≤ | ||||||||
| 0.05 | 0.80 | 0.30 | 0.020 | 0.020 | - | - | 51.5～52.5 | 余量 |
1.5 4J52熱處理制度 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹系數(shù)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，以不大于300℃/min速度冷至400℃以下出爐。
1.6 4J52品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有棒材、管材、板材、帶材和絲材。
1.7 4J52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。
1.8 4J52應(yīng)用概況與特殊要求 4J52屬玻封合金典型牌號，經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定。
4J52合金主要用于與軟鉛玻璃封接，小型電子管引線。在應(yīng)用中應(yīng)使選用的封接材料與合金的膨脹系數(shù)相配。熱處理時應(yīng)控制其晶粒度，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當(dāng)使用鍛、軋材時應(yīng)嚴(yán)格檢驗材料的氣密性。
二、4J52物理及化學(xué)性能
2.1 4J52熱性能
2.1.1 4J52溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1430℃。
2.1.2 4J52熱導(dǎo)率 λ=16.7W/(m·℃)。
2.1.3 4J52比熱容 該合金的比熱容為502J/(kg•℃)。
2.1.4 4J52線膨脹系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合金平均線膨脹系數(shù)見表2-1。合金的平均線膨脹系數(shù)見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-4。
表2-1
| /10-6℃-1 | ||
| 20～300℃ | 20～400℃ | 20～450℃ |
| 9.8～11.0 | 9.8～11.0 | - |
2.3 4J52電性能 電阻率ρ=0.43μΩ·m。
表2-2
| /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 |
2.4.1 4J52居里點 Tc=520℃。
2.4.2 4J52合金的磁性能
2.5 4J52化學(xué)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(xué)性能
3.1 4J52技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1 4J52硬度 深沖態(tài)帶材應(yīng)符合表3-1的規(guī)定。厚度不大于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(yīng)符合表3-2的規(guī)定。
3.2 4J52室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
3.2.1 4J52硬度 該合金（退火態(tài)）硬度HV約為135。
表3-1 表3-2
| δ/mm | HV | 狀態(tài)代號 | 狀態(tài) | σb/MPa | |
| <2.5 | ≤170 | R | 軟態(tài) | <590 | |
| ≤2.5 | ≤165 | I | 硬態(tài) | >820 |
表3-3
| σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% | φ/% |
| 550 | 276 | 35 | 65 |
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。
四、4J52組織結(jié)構(gòu)
4.1 4J52相變溫度
4.2 4J52時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 4J52合金組織結(jié)構(gòu) 該組合金均為穩(wěn)定的奧氏體組織。
4.4 4J52晶粒度 合金深沖帶的晶粒度應(yīng)不小于7級，小于7級的晶粒度不得超過面積的10%。厚度小于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(shù)應(yīng)不少于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(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。當(dāng)帶材冷應(yīng)變率大于75%時，退火后會引起塑性各向異性。冷應(yīng)變率在10%～15%，加熱到950～1050℃時（在釬焊過程中不可避免）晶粒顯著長大，致使合金塑性降低，對于薄的截面還可能喪失金屬的真空氣密性。因此成品的最終應(yīng)變率應(yīng)控制在60%左右。
5.2 4J52焊接性能 該組合金具有良好的焊接性能，可釬焊和點焊。該組合金與軟玻璃等材料封接前應(yīng)進行預(yù)氧化處理。
5.3 4J52零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火及預(yù)氧化處理。
(1)消除應(yīng)力退火 為消除零件在機械加工后的殘存應(yīng)力要進行消除應(yīng)力退火：430～540℃，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。工件需在真空或保護氣氛中，加熱到700～800℃，保溫30～60min，然后爐冷、空冷或水淬。
(3)預(yù)氧化處理 該組合金作封接材料使用時，在封接前應(yīng)進行預(yù)氧化處理。使合金表面生成一層厚度均勻、致密的氧化膜。零件在1100℃下，在飽和濕氫中，加熱30min，然后在大約800℃的空氣中氧化5～10min。零件的增重在0.1～0.3mg/cm2為適宜[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(yán)重時可采用噴砂或先在熔融堿液中浸泡，然后再酸洗。輕微氧化皮可用25%鹽酸溶液在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銹鋼相似。加工時采用高速鋼或硬質(zhì)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。
