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一、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。
1.14J33材料牌號4J33。
1.24J33相近牌號見表1-1。
表1-1
俄羅斯 | 美國 | 日本 | 德國 |
33HК(Ni33Co17) | - | KV-4(Ni33Co17) | - |
1.34J33材料的技術(shù)標準YB/T5234-1993《瓷封合金4J33、4J34技術(shù)條件》。
1.44J33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)達到標準規(guī)定條件下，允許鎳、鈷含量偏離表1-2規(guī)定范圍。
1.54J33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，在保護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。
1.64J33品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)品種有絲、管、板、帶和棒材。
1.74J33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。
1.84J33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)使用溫度嚴格檢驗低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應(yīng)進行適當(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)嚴格檢驗其氣密性。
二、4J33物理及化學(xué)性能
2.14J33熱性能
2.1.14J33熔化溫度范圍該合金溶化溫度約為1450℃。
2.1.24J33熱導(dǎo)率4J33合金熱導(dǎo)率λ=17.6W/(m?℃)。
2.1.34J33線膨脹系數(shù)標準規(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
/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 | |
2.24J33密度ρ=8.27g/cm3。
2.34J33電性能
2.3.14J33電阻率ρ=0.46μΩ·m。
2.3.24J33電阻溫度系數(shù)見表2-4。
表2-4
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 |
2.44J33磁性能
2.4.14J33居里點Tc=440℃。
2.4.24J33合金的磁性能見表2-6。
表2-6
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)強度Br=1.06T,矯頑力Hc=63.2A/m。
2.54J33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。
三、4J33力學(xué)性能
3.14J33技術(shù)標準規(guī)定的性能
3.1.14J33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 |
3.1.24J33抗拉強度絲材和帶材的抗拉強度應(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 |
3.24J33室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
3.2.14J33硬度合金帶材（退火態(tài)）硬度見表3-3。
3.2.24J33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
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% | HV |
539 | 343 | 32 | 158 |
3.34J33持久和蠕變性能
3.44J33疲勞性能
3.54J33彈性性能彈性模量E=139GPa。
四、4J33組織結(jié)構(gòu)
4.14J33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。
4.24J33時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.34J33合金組織結(jié)構(gòu)該合金的組織為單相奧氏體。按1.5規(guī)定的熱處理制度處理后，4J34再經(jīng)-78.5℃下冷凍，不應(yīng)出現(xiàn)馬氏體組織。
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γ→α相變。
4.44J33晶粒度標準規(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YB027－1992附錄A進行晶粒度評級，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
5.14J33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)終應(yīng)變率為60%～65%，晶粒度7～8.5級時，其塑性各向異性小。
5.24J33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。
5.34J33零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械加工后的殘存應(yīng)力，要進行消除應(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。
5.44J33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。
5.54J33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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