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低膨脹合金

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可伐合金 4J29 Kovar Vacon 12

產品描述

                                                         4J29介紹

  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。

4J29材料牌號 4J29。

4J29相近牌號 

俄羅斯

美國

英國

日本

法國

德國

29HК

Kovar

Nilo K

KV-1

Dilver P0

Vacon 12

29HК-BИ

Rodar

Techallony Glasseal 29-17

Telcaseal

KV-2

KV-3

Dilver P1

Silvar 48

 4J29材料的技術標準 YB/T 5231-1993《鐵鎳鈷玻封合金4J29和4J44技術條件》。

 4J29化學成分 

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%。

4J29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。

 4J29品種規格與供應狀態 品種有絲、帶、板、管和棒材。

 4J29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。

 4J29應用概況與特殊要求 該合金是國際通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。經航空工廠長期使用,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。

 4J29物理及化學性能 

4J29熱性能                                       

4J29溶化溫度范圍 該合金溶化溫度約為1450℃。

4J29熱導率 

θ/℃

100

200

300

400

500

λ/(W/(m·℃))

20.6

21.5

22.7

23.7

25.4

 4J29比熱容 在0℃時,比熱容為440J/(kg?℃);在430℃時,比熱容為649J/(kg?℃)。

4J29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。合金的膨脹曲線見圖。

 4J29密度

4J29電性能

4J29電阻率 ρ=0.48μΩ·m。

θ/℃

1/10-6℃-1

θ/℃

1/10-6℃-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

4J29電阻溫度系數 

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

4J29磁性能

 4J29居里點 Tc=430℃。

 4J29合金的磁性能 見表。

    在4000A/m下,剩余磁感應強度Br=0.98T,矯頑力Hc=68.8A/m。

 4J29化學性能 合金在大氣、淡水和海水中有較好的耐腐蝕性。

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



4J29力學性能

4J29技術標準規定的性能

4J29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。

4J29抗拉強度 絲材和帶材的抗拉強度應符合規定。

狀態

δ/mm

硬度HV

深沖態

>2.5

≤170

≤2.5

≤165

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

4J29室溫及各種溫度下的力學性能 

4J29硬度 冷應變率為50%的帶材,在不同退火溫度下的硬度圖。

4J29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

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

520

330

30 

 4J29持久和蠕變性能

4J29疲勞性能 

4J29彈性性能

4J29彈性模量 E=138GPa。

4J29組織結構

4J29相變溫度 γ→α相變溫度在-80℃以下。           

4J29時間-溫度-組織轉變曲線 

4J29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。

4.4 4J29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YB 027-1992附錄A評級,其晶粒度

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

4J29工藝性能與要求

4J29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。在冷軋時,當帶材的冷應變率大于70%時,退火后會引起塑性各向異性;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異性。當最終應變率為60%~65%,晶粒度為7~8.5級時,其塑性各向異性最小。

合金帶材的杯突值與厚度的關系見圖5-1。

4J29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。

4J29零件熱處理工藝 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。

4J29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%鹽酸+10%硝酸的水溶液中,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極發射特性,常鍍以金、銀的鍍層。為提高器件的耐蝕性能可鍍鎳或金[11]。

4J29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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