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更新時間：2020-11-11
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4J29
一、4J29概述
4J29合金又稱可伐(Kovar)合金。該合金在20～450℃具有與硅硼硬玻璃相近的線膨脹系數，居里點較高，并有良好的低溫組織穩定性。合金的氧化膜致密，能很好地被玻璃浸潤。且不與汞作用，適合在含汞放電的儀表中使用。是電真空器件主要密封結構材料。
1.14J29材料牌號4J29。
1.24J29相近牌號見表1-1。
表1-1[1～4]
俄羅斯 | 英國 | 日本 | 法國 | 德國 | |
29HК | Kovar | NiloK | KV-1 | DilverP0 | Vacon12 |
29HК-BИ | Rodar TechallonyGlasseal29-17 | Telcaseal | KV-2 KV-3 | DilverP1 | Silvar48 |
1.34J29材料的技術標準YB/T5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術條件》。
1.44J29化學成分見表1-2。
表1-2%
C | Mn | Si | P | S | Cu | Cr | Mo | Ni | Co | Fe |
≤ | ||||||||||
0.03 | 0.5 | 0.30 | 0.020 | 0.020 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 28.5～29.5 | 16.8～17.8 | 余量 |
在平均線膨脹系數達到標準規定條件下，允許鎳、鈷含量偏離表1-2規定范圍。鋁、鎂、鋯和鈦的含量各不大于0.10%，其總量應不大于0.20%。
1.54J29熱處理制度標準規定的膨脹系數及低溫組織穩定性的性能檢驗試樣，在氫氣氣氛中加熱至900℃?20℃,保溫1h，再加熱至1100℃?20℃，保溫15min，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出爐。
1.64J29品種規格與供應狀態品種有絲、帶、板、管和棒材。
1.74J29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。
1.84J29應用概況與特殊要求該合金是通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。經航空工廠使用，性能穩定。主要用于電真空元器件如發射管、振蕩管、引燃管、磁控管、晶體管、密封插頭、繼電器、集成電路的引出線、底盤、外殼、支架等的玻璃封接。在應用中應使選用的玻璃與合金的膨脹系數相匹配。根據使用溫度嚴格檢驗其低溫組織穩定性。在加工過程中應進行適當的熱處理，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、4J29物理及化學性能
2.14J29熱性能
2.1.14J29溶化溫度范圍該合金溶化溫度約為1450℃[1,2]。
2.1.24J29熱導率見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
λ/(W/(m?℃)) | 20.6 | 21.5 | 22.7 | 23.7 | 25.4 |
2.1.34J29比熱容在0℃時，比熱容為440J/(kg?℃)；在430℃時，比熱容為649J/(kg?℃)。
2.1.44J29線膨脹系數標準規定α1(20～400℃)=(4.6～5.2)?10-6℃-1；α1(20～450℃)=(5.1～5.5)?10-6℃-1(當用于晶體管時上限為5.6?10-6℃-1)。
合金的平均線膨脹系數見表2-2。合金的膨脹曲線見圖2-1。
2.24J29密度
2.34J29電性能
2.3.14J29電阻率ρ=0.48μΩ?m[1,5]。
表2-2[1]
θ/℃ | /10-6℃-1 | θ/℃ | /10-6℃-1 |
20～60 | 7.8 | 20～500 | 6.2 |
20～100 | 6.4 | 20～550 | 7.1 |
20～200 | 5.9 | 20～600 | 7.8 |
20～300 | 5.3 | 20～700 | 9.2 |
20～400 | 5.1 | 20～800 | 10.2 |
20～450 | 5.3 | 20～900 | 11.4 |
2.3.14J29電阻溫度系數見表2-3。
表2-3[1]
溫度范圍/℃ | 20～50 | 20～85 | 20～100 | 20～200 | 20～300 | 20～400 |
αR/10-3℃-1 | 3.7 | 3.7 | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.3 |
2.44J29磁性能
2.4.14J29居里點Tc=430℃[1,5]。
2.4.24J29合金的磁性能見表2-4[1]。
在4000A/m下，剩余磁感應強度Br=0.98T，矯頑力Hc=68.8A/m[1,2]。
2.54J29化學性能合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。
表2-4[1,2]
H/(A/m) | B/T | H/(A/m) | B/T | H/(A/m) | B/T |
8 | 0.9?10-2 | 80 | 0.35 | 2000 | 1.47 |
16 | 2.1?10-2 | 160 | 0.81 | 4000 | 1.61 |
24 | 3.6?10-2 | 400 | 1.17 | ||
40 | 8.3?10-2 | 800 | 1.34 |
三、4J29力學性能
3.14J29技術標準規定的性能
3.1.14J29硬度深沖態帶材的硬度應符合表3-1的規定。厚度不大于0.2mm時不作硬度檢驗。
3.1.24J29抗拉強度絲材和帶材的抗拉強度應符合表3-2的規定。
表3-1
狀態 | δ/mm | 硬度HV |
深沖態 | >2.5 | ≤170 |
≤2.5 | ≤165 |
表3-2
狀態代號 | 狀態 | σb/MPa | |
絲材 | 帶材 | ||
R | 軟態 | <585 | <570 |
1/4I | 1/4硬態 | 585～725 | 520～630 |
1/2I | 1/2硬態 | 655～795 | 590～700 |
3/4I | 3/4硬態 | 725～860 | 600～770 |
I | 硬態 | >850 | >700 |
3.24J29室溫及各種溫度下的力學性能
3.2.14J29硬度冷應變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的硬度見圖3-1。
3.2.24J29拉伸性能合金（退火態）在室溫的拉伸性能見表3-3。冷應變率為50%的帶材，在不同退火溫度下的拉伸性能見圖3-2。
表3-3[1,5]
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% |
520 | 330 | 30 |
3.34J29持久和蠕變性能
3.44J29疲勞性能
3.54J29彈性性能
3.5.14J29彈性模量E=138GPa。
四、4J29組織結構
4.14J29相變溫度γ→α相變溫度在-80℃以下。
4.24J29時間-溫度-組織轉變曲線
4.34J29合金組織結構合金按1.5規定的熱處理制度處理后，再經-78.5℃冷凍，大于等于4h不應出現馬氏體組織。但當合金成分不當時，在常溫或低溫下將發生不同程度的奧氏體(γ)向針狀馬氏體(α)轉變，相變時伴隨著體積膨脹效應。合金的膨脹系數相應增高，致使封接件的內應力劇增，甚至造成部分損壞。影響合金低溫組織穩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，鎳是穩定γ相的主要元素，鎳含量偏高有利于γ相的穩定。隨合金總變形率增加其組織越趨向穩定。合金成分偏析也可能造成局部區域的γ→α相變。此外晶粒粗大也會促進γ→α相變。
4.44J29晶粒度標準規定深沖態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%。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應不少于8個。
冷應變率為60%～70%的厚的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h,空冷后，按YB027-1992附錄A評級，其晶粒度見表4-1。
表4-1[1,2]
退火溫度/℃ | 675 | 700 | 750 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
晶粒度級別 | 開始再結晶 | >10 | >10 | 10 | 7.5 | 5.0 | 4.0 | 3.0 |
五、4J29工藝性能與要求
5.14J29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。但應避免在含的氣氛中加熱。在冷軋時，當帶材的冷應變率大于70%時，退火后會引起塑性各向；冷應變率在10%～15%范圍時，合金在退火后會導致晶粒急劇長大，也將產生合金的塑性各向。當終應變率為60%～65%，晶粒度為7～8.5級時，其塑性各向小[2,4,7～9]。
合金帶材的杯突值與厚度的關系見圖5-1。
5.24J29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量，甚至使焊縫開裂。
該合金與玻璃封接前，應清洗干凈，隨后進行高溫濕氫處理、預氧化處理。
5.34J29零件熱處理工藝熱處理可分為：消除應力退火、中間退火、凈化去氣處理、預氧化處理。
(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、冷沖壓過程中引起的加工硬化現象，以利于繼續加工。工件需在干氫、分解氨或真空中，加熱到750～900℃，保溫14min～1h，然后爐冷，空冷或水淬。
(3)凈化去氣處理零件成形后，預氧化處理前，需進行濕氫處理，處理前應進行除油。工作需在飽和濕氫中，加熱到950～1050℃，保溫10～30min,然后爐冷。
(4)預氧化處理合金在濕氫處理后，熔封前一般要進行預氧化處理，使合金表面生成一層厚度均勻、致密的氧化膜，該氧化膜與基體結合牢固，且能很好地與熔融的玻璃浸潤。零件在濕氫處理后，在大約800℃的空氣中氧化。零件的增重在0.2～0.4mg/cm2范圍為宜[10]。
該合金不能用熱處理硬化。
5.44J29表面處理工藝表面處理可用噴砂、拋光、酸洗。
零件與玻璃封接后，為易于焊接，需去除封接時生成的氧化膜，可將零件在10% 10%的水溶液中，加熱到70℃左右，酸洗2～5min。
該合金具有良好的電鍍性能，表面能鍍金、銀、鎳、鉻等金屬。為便于零件間的焊接或熱壓粘結，常鍍以銅、鎳、金、錫的鍍層。為改善高頻電流的傳導能力，降低接觸電阻以保證正常的陰發射特性，常鍍以金、銀的鍍層。為提高器件的耐蝕性能可鍍鎳或金[11]。
5.54J29切削加工與磨削性能該合金切削特性和奧氏體不銹鋼相似。加工時采用高速鋼或硬質合金刀具，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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