4J33膨脹合金

 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。

 

1.1 4J33材料牌號 4J33。

 

1.2 4J33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)	-

 

1.3 4J33材料的技術(shù)標準 YB/T 5234-1993《瓷封合金4J33、4J34技術(shù)條件》。

 

1.4 4J33化學成分  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。

 

1.5 4J33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。

 

1.6 4J33品種規(guī)格與供應狀態(tài)，駒尋可供品種有絲、管、板、帶和棒材。

 

1.7 4J33熔煉與鑄造工藝 用非真空感應爐、真空感應爐或電弧爐熔煉。

 

1.8 4J33應用概況與特殊要求 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。在使用中應使選用的陶瓷與合金的膨脹系數(shù)相匹配。當選用合金時，應根據(jù)使用溫度嚴格檢驗低溫組織穩(wěn)定性。在加工過程中應進行適當?shù)臒崽幚?，以保證材料具有良好的深沖引伸性能。當使用鍛材時應嚴格檢驗其氣密性。

 

二、4J33物理及化學性能   

 

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℃。

 

2.1.2 4J33熱導率 4J33合金熱導率λ=17.6W/(m?℃)。 

 

2.1.3 4J33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。

 

圖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

 

2.2 4J33密度 ρ=8.27g/cm3。

 

2.3 4J33電性能

 

2.3.1 4J33電阻率 ρ=0.46μΩ·m。

 

2.3.2 4J33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

 

2.4 4J33磁性能

 

2.4.1 4J33居里點 Tc=440℃。 

 

2.4.2 4J33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，剩余磁感應強度Br=1.06T,矯頑力Hc=63.2A/m。

 

2.5 4J33化學性能 該合金在大氣、淡水和海水中具有較好的耐腐蝕性。

 

三、4J33力學性能

3.1 4J33技術(shù)標準規(guī)定的性能

 

3.1.1 4J33硬度 深沖態(tài)帶材的硬度應符合表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抗拉強度 絲材和帶材的抗拉強度應符合表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

 

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。按1.5規(guī)定的熱處理制度處理后，4J34再經(jīng)-78.5℃下冷凍，不應出現(xiàn)馬氏體組織。

 

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。合金的膨脹系數(shù)相應增高，致使封接件的內(nèi)應力劇增，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。

 

4.4 4J33晶粒度 標準規(guī)定，深沖態(tài)帶材的晶粒度應不小于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)應不少于8個。

 

冷應變率為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，可制成各種復雜形狀的零件。但應避免在含硫的氣氛中加熱。在冷加工時，帶材的冷應變率大于70%，退火后會引起塑性各向異性。應變率在10%～15%內(nèi)，合金在退火時會導致晶粒急劇長大，也將產(chǎn)生合金的塑性各向異性。當終應變率為60%～65%，晶粒度7～8.5級時，其塑性各向異性小。

 

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。

 

5.3 4J33零件熱處理工藝 熱處理可分為：消除應力退火、中間退火。

 

(1)消除應力退火 為消除零件在機械加工后的殘存應力，要進行消除應力退火：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。