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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(nèi)，其膨脹系數(shù)比4J36合金低，但低溫組織穩(wěn)定性較4J36合金差。該合金主要用于制造要求在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)尺寸高度精密儀表零件。
1.14J32材料牌號4J32。
1.24J32相近牌號見表1-1。
表1-1
俄羅斯 | 美國 | 日本 | 法國 |
32HКД 32HК-BИ | Super-Invar Super-Nilvar | - SI | Invar Superieur |
1.34J32材料的技術(shù)標準YB/T5241-1993《低膨脹合金4J32、4J36、4J38和4J40技術(shù)條件》。
1.44J32化學成分見表1-2。
表1-2%
C | P | S | Si | Mn | Cu | Co | Ni | Fe |
≤ | ||||||||
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 |
在平均線膨脹系數(shù)達到標準規(guī)定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規(guī)定范圍。
1.54J32熱處理制度標準規(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。
1.64J32品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)品種有棒、管、板、絲和帶。
1.74J32熔煉與鑄造工藝用非真空感應(yīng)爐，真空感應(yīng)爐和電弧爐熔煉。
1.84J32應(yīng)用概況與特殊要求該合金是典型低膨脹合金，經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定。主要用于制造在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)尺寸高度精密部件。在使用中應(yīng)嚴格控制熱處理工藝及加工工藝，根據(jù)使用溫度應(yīng)嚴格檢驗其組織穩(wěn)定性。
二、4J32物理及化學性能
2.14J32熱性能
2.1.14J32溶化溫度范圍1430～1450℃。
2.1.24J32熱導率λ=13.9W/(m?℃)。
2.1.34J32線膨脹系數(shù)標準規(guī)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(shù)值高。冷卻速度快可使線膨脹系數(shù)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(shù)見表2-1。合金的膨脹曲線見圖2-1。
表2-1
溫度范圍/℃ | /10-6℃-1 | 溫度范圍/℃ | /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 |
2.24J32密度ρ=8.10g/cm3。
2.34J32電性能
2.3.14J32電阻率ρ=0.77μΩ·m。
2.3.24J32電阻溫度系數(shù)見表2-2。
2.44J32磁性能
表2-2
溫度范圍/℃ | 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 |
2.4.14J32居里點Tc=220℃。
2.4.24J32合金的磁性能見表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，剩余磁感應(yīng)強度Br=0.58T，矯頑力Hc=75A/m。
2.54J32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
3.14J32技術(shù)標準規(guī)定的性能
3.24J32室溫及各種溫度下的力學性能
3.2.14J32硬度合金（退火狀態(tài)）硬度HV=150。
3.2.24J32拉伸性能合金（退火狀態(tài)）在常溫下的拉伸性能見表3-1。
表3-3
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% | φ/% |
470 | 302 | 25 | 72 |
3.34J32持久和蠕變性能
3.44J32疲勞性能
3.54J32彈性性能
3.5.14J32彈性模量合金（退火狀態(tài)）的彈性模量E=141GPa。
四、4J32組織結(jié)構(gòu)
4.14J32相變溫度γ→α相變溫度在-60℃以下。
4.24J32時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.34J32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)-60℃冷速2h，不應(yīng)出現(xiàn)馬氏體組織。但當合金成分不當時，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。影響合金低溫組織穩(wěn)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(wěn)定γ相的主要元素。鎳含量偏高有利于γ相的穩(wěn)定。銅也是穩(wěn)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(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，晶粒粗大也會促進γ→α相變。
五、4J32工藝性能與要求
5.14J32成形性能該合金很容易冷、熱加工。熱加工時應(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。
5.24J32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(shù)與化學成分有關(guān)，應(yīng)盡量避免造成合金成分的改變，因此好采用氬弧焊。
5.34J32零件熱處理工藝熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火及穩(wěn)定化處理。
(1)消除應(yīng)力退火為消除零件在機械加工后殘存應(yīng)力，要進行消除應(yīng)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(xiàn)象，以利于繼續(xù)加工。工件加熱到830～880℃，保溫30min，爐冷或空冷。
(3)穩(wěn)定化處理為獲得具有較低的膨脹系數(shù)又能使其性能穩(wěn)定。一般采用三段處理。
a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質(zhì)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(chǎn)生的應(yīng)力。工件加熱到315℃，保溫1～4h，爐冷。
c)穩(wěn)定化時效：使合金的尺寸穩(wěn)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(yīng)力穩(wěn)定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。
該合金不能用熱處理硬化。
5.44J32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。
5.54J32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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