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4J32膨胀合金
一、4J32概述
4J32合金又称超因瓦(Super-Invar)合金。在－60～80℃温度范围内，其膨胀系数比4J36合金低，但低温组织稳定性较4J36合金差。该合金主要用于制造要求在环境温度变化范围内尺寸高度精密仪表零件。
4J32材料牌号 4J32。
4J32相近牌号 见表1-1。
表1-1
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俄罗斯 |
美国 |
日本 |
法国 |
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32HКД 32HК-BИ |
Super-Invar Super-Nilvar |
- SI |
Invar Superieur |
4J32材料的技术标准 YB/T 5241-1993 《低膨胀合金4J32、4J36、4J38和4J40技术条件》。
4J32化学成分 见表1-2。
表1-2%
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C |
P |
S |
Si |
Mn |
Cu |
Co |
Ni |
Fe |
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≤ |
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|
|
|
|
|
|
|
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0.05 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.20～0.60 |
0.40～0.80 |
3.2～4.2 |
31.5～33.0 |
余量 |
在平均线膨胀系数达到标准规定条件下，允许镍含量偏离表1-2规定范围。
4J32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按下述方法加工和热处理：将半成品试样加热至840℃±10℃，保温1h，水淬，再将试样加工为成品试样，在315℃±10℃保温1h，随炉冷或空冷。
4J32品种规格与供应状态 品种有棒、管、板、丝和带。
4J32熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉，真空感应炉和电弧炉熔炼。
4J32应用概况与特殊要求 该合金是典型低膨胀合金，经航空工厂长期使用，性能稳定。主要用于制造在环境温度变化范围内尺寸高度精确的精密部件。在使用中应严格控制热处理工艺及加工工艺，根据使用温度应严格检验其组织稳定性。
二、4J32物理及化学性能
4J32热性能
4J32溶化温度范围 1430～1450℃。
4J32热导率 λ=13.9W/(m•℃)。
4J32线膨胀系数 标准规定α1(20～100℃)≤1.0×10-6℃-1。
4J43合金和4J36合金一样，850℃以上退火，其线膨胀系数值最高。冷却速度快可使线膨胀系数降低。对于α1(室温～100℃)来说，淬火（冷却速度快）较退火处理的可降低近一半。
典型成分的合金，试样在保护气氛或真空中，加热到850℃±20℃，保温1h,以不大于300℃/h的速度冷至200℃以下出炉，其平均线膨胀系数见表2-1。合金的膨胀曲线见图2-1。
表2-1
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温度范围/℃ |
/10-6℃-1 |
温度范围/℃ |
/10-6℃-1 |
|
20～60 20～50 20～100 20～150 20～200 |
－0.90 0.5 0.9 1.4 2.0 |
20～250 20～300 20～400 20～500 20～600 |
3.2 4.9 7.7 9.6 10.8 |
4J32密度 ρ=8.10g/cm3。
4J32电性能
4J32电阻率 ρ=0.77μΩ·m。
4J32电阻温度系数 见表2-2。
4J32磁性能
表2-2
|
温度范围/℃ |
20～50 |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
|
αR/10-3℃-1 |
1.5 |
1.4 |
1.3 |
1.0 |
0.9 |
0.8 |
4J32居里点 Tc=220℃。
4J32合金的磁性能 见表2-3。
表2-3
|
H/(A/m) |
B/T |
H/(A/m) |
B/T |
H/(A/m) |
B/T |
|
8 16 24 40 |
0.6×10-2 1.6×10-2 2.9×10-2 6.6×10-2 |
80 160 400 800 |
0.21 0.45 0.72 0.91 |
2000 4000
|
1.14 1.24
|
在4000A/m下，剩余磁感应强度Br=0.58T，矫顽力Hc=75A/m。
4J32化学性能 合金在大气、淡水、和海水中有一定的耐腐蚀性。
三、4J32力学性能
4J32技术标准规定的性能
4J32室温及各种温度下的力学性能
4J32硬度 合金（退火状态）硬度HV=150。
4J32拉伸性能 合金（退火状态）在常温下的拉伸性能见表3-1。
表3-3
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σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ/% |
φ/% |
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470 |
302 |
25 |
72 |
4J32持久和蠕变性能
4J32疲劳性能
4J32弹性性能
4J32弹性模量 合金（退火状态）的弹性模量E=141GPa。
四、4J32组织结构
4J32相变温度 γ→α相变温度在-60℃以下。
4J32时间-温度-组织转变曲线
4J32合金组织结构 合金按1.5规定的热处理制度处理后，再经-60℃冷速2h，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。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。铜也是稳定合金组织的重要元素。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。
五、4J32工艺性能与要求
4J32成形性能 该合金很容易冷、热加工。热加工时应避免在含硫的气氛中加热。
4J32焊接性能 合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法焊接。由于膨胀系数与化学成分有关，应尽量避免造成合金成分的改变，因此最好采用氩弧焊。
4J32零件热处理工艺 热处理可分为：消除应力退火、中间退火及稳定化处理。
(1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后残存应力，要进行消除应力退火：530～550℃，保温1～2h,炉冷。
(2)中间退火 为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件加热到830～880℃，保温30min，炉冷或空冷。
(3)稳定化处理 为获得具有较低的膨胀系数又能使其性能稳定。一般采用三段处理。
a)均匀化：在加热中，合金中的杂质充分固溶和合金化元素趋于均匀。工件在保护气氛中，加热到830℃，保温20min～1h，淬火。
b)回火：在回火过程中能够部分消除由淬火产生的应力。工件加热到315℃，保温1～4h，炉冷。
c)稳定化时效：使合金的尺寸稳定。工件加热到95℃，保温48h。
对于冷加工或机械加工后的高精度零件，不宜采用高温处理时，可采用下述消除应力稳定化处理：工件加热到315～370℃，1～4h。
该合金不能用热处理硬化。
4J32表面处理工艺 表面处理可采用喷砂、抛光或酸洗。合金可用25%盐酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
4J32切削加工与磨削性能 该合金切削加工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。
