鐵鎳定膨脹玻封合金4J54
材料牌號：4J54法國牌號：N54
德國牌號：Vacodil 540/FeNi54
一、4J54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范圍內能與膨脹系數(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。該合金是電真空工業(yè)中廣泛使用的封接結構材料。
1.1 4J54材料牌號 4J54。
1.2 4J54相近牌號 見表1-1。
表1-1
| 俄羅斯 | 美國 | 英國 | 日本 | 法國 | 德國 |
| - | - | - | - | N54 |
Vacodil 540 FeNi54 |
1.4 4J54化學成分 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 | - | - | 53.5～54.5 | 余量 |
1.5 4J54熱處理制度 標準規(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 4J54品種規(guī)格與供應狀態(tài) 品種有棒材、管材、板材、帶材和絲材。
1.7 4J54熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔煉。
1.8 4J54應用概況與特殊要求 4J54合金主要用于和云母、軟玻璃封接。
在應用中應使選用的封接材料與合金的膨脹系數(shù)相配。熱處理時應控制其晶粒度，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛、軋材時應嚴格檢驗材料的氣密性。
二、4J54物理及化學性能
2.1 4J54熱性能
2.1.1 4J54溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1430℃。
2.1.2 4J54熱導率 λ=18.8W/(m·℃)。
2.1.3 4J54比熱容 該合金的比熱容為502J/(kg•℃)。
2.1.4 4J54線膨脹系數(shù) 標準規(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2-5。
表2-1
| /10-6℃-1 | ||
| 20～300℃ | 20～400℃ | 20～450℃ |
| 10.2～11.4 | 10.2～11.4 | - |
2.3 4J54電性能 電阻率ρ=0.42μΩ·m。
表2-2
| /10-6℃-1 | |||||||
| 20～100℃ | 20～200℃ | 20～300℃ | 20～350℃ | 20～400℃ | 20～450℃ | 20～500℃ | 20～600℃ |
| 10.7 | 12.7 | 10.7 | 10.7 | 10.8 | 10.3 | 10.8 | 11.2 |
2.4 4J54磁性能
2.4.1 4J54居里點 Tc=530℃。
2.4.2 4J54合金的磁性能
2.5 4J54化學性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。
三、4J54力學性能
3.1 4J54技術標準規(guī)定的性能
3.1.1 4J54硬度 深沖態(tài)帶材應符合表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 4J54抗拉強度 合金帶材的抗拉強度應符合表3-2的規(guī)定。
3.2 4J54室溫及各種溫度下的力學性能
3.2.1 4J54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/% |
| 560 | - | 35 | - |
3.4 4J54疲勞性能
3.5 4J54彈性性能
3.5.1 4J54彈性模量 該合金的彈性模量E=157GPa。
四、4J54組織結構
4.1 4J54相變溫度
4.2 4J54時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 4J54合金組織結構 該合金為穩(wěn)定的奧氏體組織。
4.4 4J54晶粒度 合金深沖帶的晶粒度應不小于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)應不少于8個。
五、4J54工藝性能與要求
5.1 4J54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。當帶材冷應變率大于75%時，退火后會引起塑性各向異性。冷應變率在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。因此成品的最終應變率應控制在60%左右[2，5]。
5.2 4J54焊接性能 該合金具有良好的焊接性能，可釬焊和點焊。該合金與軟玻璃等材料封接前應進行預氧化處理。
5.3 4J54零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應力退火、中間退火及預氧化處理。
(1)消除應力退火 為消除零件在機械加工后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 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)預氧化處理 該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、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 4J54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 4J54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。
