4J29可伐(Kovar)合金膨脹系數(shù)

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,。 
     1.1 4J29材料牌號(hào) 4J29,。 
1.2 4J29相近牌號(hào) 見(jiàn)表1-1。 
表1-1[1～4]

1.3 4J29材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) YB/T 5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術(shù)條件》,。 
1.4 4J29化學(xué)成分 見(jiàn)表1-2,。 
                                   表1-2                                      %

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%。 
1.5 4J29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,。 
1.6 4J29品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有絲,、帶、板,、管和棒材,。 
     1.7 4J29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 4J29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)航空工廠長(zhǎng)期使用，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(pán),、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(guò)程中應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚员ＷC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     
     2.1 4J29熱性能                                         
2.1.1 4J29溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1450℃[1,2],。 
2.1.2 4J29熱導(dǎo)率 見(jiàn)表2-1,。 
表2-1[1]

2.1.3 4J29比熱容 在0℃時(shí)，比熱容為440J/(kg•℃),；在430℃時(shí),，比熱容為649J/(kg•℃)。 
2.1.4 4J29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(jiàn)表2-2。合金的膨脹曲線見(jiàn)圖2-1,。

  2.2 4J29密度 

2.3 4J29電性能 
     2.3.1 4J29電阻率  ρ=0.48μΩ·m[1,5],。 
  
                表2-2[1]

    2.3.1 4J29電阻溫度系數(shù) 見(jiàn)表2-3,。 
表2-3[1]

    2.4 4J29磁性能 
2.4.1 4J29居里點(diǎn) Tc=430℃[1,5]。 
2.4.2 4J29合金的磁性能 見(jiàn)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],。 
2.5 4J29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]

4J29力學(xué)性能 
3.1 4J29技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 
3.1.1 4J29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),。 
3.1.2 4J29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

表3-2

3.2 4J29室溫及各種溫度下的力學(xué)性能 
3.2.1 4J29硬度 冷應(yīng)變率為50%的帶材,，在不同退火溫度下的硬度見(jiàn)圖3-1,。 
3.2.2 4J29拉伸性能 合金（退火態(tài)）在室溫的拉伸性能見(jiàn)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(jiàn)圖3-2。 
表3-3[1,5]

 
     3.3 4J29持久和蠕變性能 
     3.4 4J29疲勞性能  
3.5 4J29彈性性能  
3.5.1 4J29彈性模量 E=138GPa,。 
四,、4J29組織結(jié)構(gòu) 
4.1 4J29相變溫度 γ→α相變溫度在-80℃以下。            
4.2 4J29時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線  
4.3 4J29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,。 
4.4 4J29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(guò)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YB 027-1992附錄A評(píng)級(jí),，其晶粒度見(jiàn)表4-1,。 
表4-1[1,2]

五、4J29工藝性能與要求 
5.1 4J29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)避免在含硫的氣氛中加熱,。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)引起塑性各向異性,；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)生合金的塑性各向異性,。當(dāng)終應(yīng)變率為60%～65%,，晶粒度為7～8.5級(jí)時(shí)，其塑性各向異性小[2,4,7～9],。 
合金帶材的杯突值與厚度的關(guān)系見(jiàn)圖5-1,。

5.2 4J29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(kāi)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,。 
5.3 4J29零件熱處理工藝 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(guò)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,。 
     5.4 4J29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%鹽酸+10%硝酸的水溶液中，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極發(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],。 
5.5 4J29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。