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4J32膨脹合金

一、4J32概述

    4J32合金又稱超因瓦(Super-Invar)合金。在－60～80℃溫度范圍內，其膨脹系數比4J36合金低，但低溫組織穩定性較4J36合金差。該合金主要用于制造要求在環境溫度變化范圍內尺寸高度精密儀表零件。

1.1 4J32材料牌號 4J32。

1.2 4J32相近牌號 見表1-1。

                                   表1-1

1.3 4J32材料的技術標準 YB/T 5241-1993 《低膨脹合金4J32、4J36、4J38和4J40技術條件》。

1.4 4J32化學成分  見表1-2。

                         表1-2%

在平均線膨脹系數達到標準規定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規定范圍。

1.5 4J32熱處理制度 標準規定的膨脹系數及低溫組織穩定性的性能檢驗試樣按下述方法加工和熱處理：將半成品試樣加熱至840℃±10℃，保溫1h，水淬，再將試樣加工為成品試樣，在315℃±10℃保溫1h，隨爐冷或空冷。

1.6 4J32品種規格與供應狀態 品種有棒、管、板、絲和帶。

1.7 4J32熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐，真空感應爐和電弧爐熔煉。

1.8 4J32應用概況與特殊要求 該合金是典型低膨脹合金，經航空工廠長期使用，性能穩定。主要用于制造在環境溫度變化范圍內尺寸高度精確的精密部件。在使用中應嚴格控制熱處理工藝及加工工藝，根據使用溫度應嚴格檢驗其組織穩定性。

二、4J32物理及化學性能 

2.1 4J32熱性能                                       

2.1.1 4J32溶化溫度范圍 1430～1450℃。

2.1.2 4J32熱導率 λ=13.9W/(m?℃)。

2.1.3 4J32線膨脹系數 標準規定α1(20～100℃)≤1.0×10-6℃-1。

4J43合金和4J36合金一樣，850℃以上退火，其線膨脹系數值最高。冷卻速度快可使線膨脹系數降低。對于α1(室溫～100℃)來說，淬火（冷卻速度快）較退火處理的可降低近一半。

典型成分的合金，試樣在保護氣氛或真空中，加熱到850℃±20℃，保溫1h,以不大于300℃/h的速度冷至200℃以下出爐，其平均線膨脹系數見表2-1。合金的膨脹曲線見圖2-1。

                                       表2-1

2.2 4J32密度 ρ=8.10g/cm3。

2.3 4J32電性能 

2.3.1 4J32電阻率 ρ=0.77μΩ·m。

2.3.2 4J32電阻溫度系數 見表2-2。 

2.4 4J32磁性能

                                         表2-2

2.4.1 4J32居里點 Tc=220℃。

2.4.2 4J32合金的磁性能 見表2-3。

                                           表2-3

在4000A/m下，剩余磁感應強度Br=0.58T，矯頑力Hc=75A/m。

2.5 4J32化學性能 合金在大氣、淡水、和海水中有一定的耐腐蝕性。 

三、4J32力學性能

3.1 4J32技術標準規定的性能

3.2 4J32室溫及各種溫度下的力學性能

3.2.1 4J32硬度 合金（退火狀態）硬度HV=150。

3.2.2 4J32拉伸性能 合金（退火狀態）在常溫下的拉伸性能見表3-1。

                                 表3-3

3.3 4J32持久和蠕變性能

3.4 4J32疲勞性能 

3.5 4J32彈性性能 

3.5.1 4J32彈性模量 合金（退火狀態）的彈性模量E=141GPa。

四、4J32組織結構

4.1 4J32相變溫度 γ→α相變溫度在-60℃以下。          

4.2 4J32時間-溫度-組織轉變曲線 

4.3 4J32合金組織結構 合金按1.5規定的熱處理制度處理后，再經-60℃冷速2h，不應出現馬氏體組織。但當合金成分不當時，在常溫或低溫下將發生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉變，相變時伴隨著體積膨脹效應。合金的膨脹系數相應增高。影響合金低溫組織穩定性的主要因素是合金的化學成分。從Fe-Ni-Co三元相圖中可以看到，鎳是穩定γ相的主要元素。鎳含量偏高有利于γ相的穩定。銅也是穩定合金組織的重要元素。隨合金總變形率增加，其組織越趨向穩定。合金成分偏析也可能造成局部區域的γ→α相變。此外，晶粒粗大也會促進γ→α相變。

五、4J32工藝性能與要求

5.1 4J32成形性能 該合金很容易冷、熱加工。熱加工時應避免在含硫的氣氛中加熱。

5.2 4J32焊接性能 合金可采用釬焊、熔焊、電阻焊等方法焊接。由于膨脹系數與化學成分有關，應盡量避免造成合金成分的改變，因此最好采用氬弧焊。

5.3 4J32零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應力退火、中間退火及穩定化處理。

(1)消除應力退火 為消除零件在機械加工后殘存應力，要進行消除應力退火：530～550℃，保溫1～2h,爐冷。

(2)中間退火 為消除合金在冷軋、冷拔、冷沖壓過程引起的加工硬化現象，以利于繼續加工。工件加熱到830～880℃，保溫30min，爐冷或空冷。

(3)穩定化處理 為獲得具有較低的膨脹系數又能使其性能穩定。一般采用三段處理。

a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質充分固溶和合金化元素趨于均勻。工件在保護氣氛中，加熱到830℃，保溫20min～1h，淬火。

b)回火：在回火過程中能夠部分消除由淬火產生的應力。工件加熱到315℃，保溫1～4h，爐冷。

c)穩定化時效：使合金的尺寸穩定。工件加熱到95℃，保溫48h。

對于冷加工或機械加工后的高精度零件，不宜采用高溫處理時，可采用下述消除應力穩定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。

該合金不能用熱處理硬化。

5.4 4J32表面處理工藝 表面處理可采用噴砂、拋光或酸洗。合金可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。

5.5 4J32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。該合金磨削性能良好。