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精密合金
4J33

目  錄

概述--------------------------------------------------------------- 3 
----------1.1、材料牌號 
----------1.2、相近牌號 
----------1.3、材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 
----------1.4、化學(xué)成分 
----------1.5、熱處理制度 
----------1.6、品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 
----------1.7、熔煉與鑄造工藝 
----------1.8、應(yīng)用概況與特殊要求 
特理及化學(xué)性能------------------------------------------------3 
----------2.1、熱性能 
----------2.2、密度 
----------2.3、電性能 
----------2.4、磁性能 
----------2.5、化學(xué)性能 
力學(xué)性能---------------------------------------------------------4 
----------3.1、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 
----------3.2、室溫下及各種溫度下的力學(xué)性能 
----------3.3、持久和蠕變性能 
----------3.4、疲勞性能 
----------3.5、彈性性能 
組織機(jī)構(gòu)---------------------------------------------------------5 
----------4.1、相應(yīng)溫度 
----------4.2、合金組織機(jī)構(gòu) 
----------4.3、時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 
----------4.4、晶粒度 
工藝性能與要求------------------------------------------------5 
----------5.1、成形性能 
----------5.2、焊接性能 
----------5.3、零件熱處理工藝 
----------5.4、表面處理工藝 
----------5.5、切削加工與磨削性能

4J33概述 
     4J33是結(jié)合我國的陶瓷特點研制的陶瓷封接合金。合金在-60℃~600℃溫度范圍內(nèi)具有與95%Al2O3陶瓷相近的線膨脹系數(shù)。主要用于和陶瓷進(jìn)行匹配封接,是電真空工業(yè)中重要的封接結(jié)構(gòu)材料。 
     1.1 4J33材料牌號 4J33。 
1.2 4J33相近牌號 見表1-1。 
表1-1[1~3]


俄羅斯

美國

日本

德國

33HК(Ni33Co17)

-

KV-4(Ni33Co17)

-

1.3 4J33材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) YB/T 5234-1993《瓷封合金4J33、4J34技術(shù)條件》。 
1.4 4J33化學(xué)成分  見表1-2。                          表1-2                                   %


C

Mn

Si

P

S

Ni

Co

Fe








0.05

0.50

0.30

0.020

0.020

32.0~33.6

14.0~15.2

余量

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。 
1.5 4J33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)定性的性能檢驗試樣,在保護(hù)氣氛或真空中加熱到900℃±20℃,保溫1h,以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出爐。 
1.6 4J33品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有絲、管、板、帶和棒材。 
     1.7 4J33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 4J33應(yīng)用概況與特殊要求 該合金經(jīng)航空工廠長期使用,性能穩(wěn)定。主要用于電真空元件與Al2O3陶瓷封接。制造大型電子管和磁控管的電極、引出盤和引出線。在使用中應(yīng)使選用的陶瓷與合金的膨脹系數(shù)相匹配。當(dāng)選用合金時,應(yīng)根據(jù)使用溫度嚴(yán)格檢驗低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?,以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當(dāng)使用鍛材時應(yīng)嚴(yán)格檢驗其氣密性。 
二、4J33物理及化學(xué)性能     
     2.1 4J33熱性能                                         
2.1.1 4J33熔化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1450℃[1,2]。 
2.1.2 4J33熱導(dǎo)率 4J33合金熱導(dǎo)率λ=17.6W/(m?℃)[1,2]。 
2.1.3 4J33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。 
該合金的平均線膨脹系數(shù)見表2-2。4J33合金的膨脹曲線見圖2-1。 
         表2-1                                       表2-2[1]


/10-6℃-1

/10-6℃-1





20~400℃

20~500℃

20~600℃

20~300℃

20~400℃

20~500℃

20~600℃

6.0~6.8

6.6~7.4

-

6.3

6.1

6.9

8.3

    2.2 4J33密度 見表2-3。                                 表2-3[1,4]


ρ/(g/cm3)

ρ/(μΩ·m)

8.27

0.46

2.3 4J33電性能 
2.3.1 4J33電阻率 見表2-3。 
2.3.2 4J33電阻溫度系數(shù) 見表2-4。 
表2-4[1,2]


溫度范圍/℃

20~100

20~200

20~300

20~400

20~500

αR/10-3℃-1

4.2

4.1

3.9

3.6

3.2

2.4 4J33磁性能 
2.4.1 4J33居里點 Tc=440℃[1,2]。  

53f55680cb19634d87a1e44f07348b0a.png 
2.4.2 4J33合金的磁性能 見表2-6。 
表2-6[1,2]


H/(A/m)

B/T

H/(A/m)

B/T

8

1.0×10-2

160

0.89

16

2.2×10-2

400

1.19

24

3.9×10-2

800

1.35

40

9.1×10-2

2000

1.49

80

0.47

4000

1.61

在4000A/m下,剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br=1.06T,矯頑力Hc=63.2A/m[1,2]。 
2.5 4J33化學(xué)性能 該合金在大氣、淡水和海水中具有較好的耐腐蝕性。 
4J33力學(xué)性能 
3.1 4J33技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 
3.1.1 4J33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的帶材不做硬度檢驗。 
表3-1


狀態(tài)

δ/mm

HV

深沖態(tài)

>2.5

≤170

≤2.5

≤165


3.1.2 4J33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3-2


狀態(tài)代號

狀態(tài)

σb/MPa


絲材

帶材



R

軟態(tài)

<585

<570

Y

硬態(tài)

>860

>700

3.2 4J33室溫及各種溫度下的力學(xué)性能 
3.2.1 4J33硬度 合金帶材(退火態(tài))硬度見表3-3。 
3.2.2 4J33拉伸性能 合金(退火態(tài))在室溫的拉伸性能見表3-3。 
表3-3[1,2,4]


σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

HV

539

343

32

158

    3.3 4J33持久和蠕變性能 
     3.4 4J33疲勞性能  
3.5 4J33彈性性能 彈性模量E=139GPa。

四、4J33組織結(jié)構(gòu) 
4.1 4J33相變溫度 4J34合金 γ→α相變溫度在-80℃以下。4J33較4J34組織穩(wěn)定。            
4.2 4J33時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線  
4.3 4J33合金組織結(jié)構(gòu) 該合金的組織為單相奧氏體。 
當(dāng)合金成分不當(dāng)時,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)定奧氏體(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愈趨向穩(wěn)定。合金的成分偏析也可能造成局部區(qū)域的γ→α相變。此外,晶粒粗大也會促進(jìn)γ→α相變[2,5,6]。 
4.4 4J33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,小于7級的晶粒不得超過面積的10%。對厚度小于0.13mm的帶材,估計平均晶粒度時,沿帶材厚度方向晶粒個數(shù)應(yīng)不少于8個。 
冷應(yīng)變率為60%~70%的1mm厚4J33帶材,在表4-1所示溫度下退火,空冷后,按YB 027-1992附錄A進(jìn)行晶粒度評級,結(jié)果見表4-1。 
表4-1


退火溫度/℃

600

650

700

750

800

900

1000

1100

1200

晶粒度級別

開始再結(jié)晶

>10

>10

10

10

8.0

6.5

5.0

4.0

五、4J33工藝性能與要求 
5.1 4J33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。在冷加工時,帶材的冷應(yīng)變率大于70%,退火后會引起塑性各向異性。應(yīng)變率在10%~15%內(nèi),合金在退火時會導(dǎo)致晶粒急劇長大,也將產(chǎn)生合金的塑性各向異性。當(dāng)最終應(yīng)變率為60%~65%,晶粒度7~8.5級時,其塑性各向異性最小。 
5.2 4J33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,將影響板材的氬弧焊焊接質(zhì)量,甚至使焊縫開裂。 
該合金的零件在與陶瓷封接前,應(yīng)進(jìn)行退火、清洗、鍍鎳,然后與金屬化后再鍍鎳的陶瓷件用銀焊封接。 
5.3 4J33零件熱處理工藝 熱處理可分為:消除應(yīng)力退火、中間退火。 
(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、冷沖壓過程引起的加工硬化現(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15min~1h,然后爐冷、空冷或水淬。 
該合金不能用熱處理硬化。 
5.4 4J33表面處理工藝 表面處理可用噴砂、拋光、酸洗。該合金具有良好的電鍍性能,表面能鍍金、銀、鎳、鉻等金屬。 
5.5 4J33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。該合金磨削性能良好。


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