膨胀合金 4J36


一、4J36材料简介


     4J36合金又称因瓦(INVAR)合金，合金的居里点约为230℃，低于这一温度时合金是铁磁性的，具有很低的膨胀系数，高于这一温度时合金为无磁性的，膨胀系数增大。该合金主要用于制造在气温变化范围内尺寸近似恒定的元件，广泛用于无线电工业、精密仪器、仪表及其他工业。
     

4J36对应牌号/中外牌号对照表


  俄罗斯

美国

英国

日本

法国

德国

32H
  32H-BИ
  -

Invar
  Nilvar
  Unipsan 36

Invar
  Nilo36
  36Ni

不变钢
  Cactus LE
  -

Invar   Standard
  Fe-Ni36
  -

Vacodil36
  Nilos36
  -

4J36材料的技术标准 YB/T 5241-1993《低膨胀合金4J32、4J36、4J38和4J40技术条件》。


二、4J36化学成分
                  

合金

%

镍Ni

铬Cr

铁Fe

碳C

锰Mn

硅Si

钴Co

磷P

硫S

4J36

最小值

35.0

-

-

-

0.30

0.40

-

-

-

最大值

37.0

0.20

余量

0.03

0.60

0.20

0.50

0.020

0.010

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下，允许镍含量偏离表1-2规定范围。
     1.5 4J36热处理制度 标准规定的膨胀系数性能检验试样按下述方法加工和热处理：将半成品试样加热至840℃±10℃，保温1h,水淬，再将试样加工为成品试样，在315℃±10℃保温1h，随炉冷或空冷。
1.6 4J36品种规格与供应状态 品种有棒、管、板、丝和带。
     1.7 4J36熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉、真空感应炉和电弧炉熔炼。
1.8 4J36应用概况与特殊要求 该合金是典型低膨胀合金。经航空工厂长期使用，性能稳定；使用中应严格控制热处理工艺及加工工艺，以保证材料的稳定性。


三、4J36物理及化学性能       

4J36密度 ρ=8.10g/cm3    ，4J36硬度，在退火状态的硬度HV=140                            
4J36溶化温度范围 1430～1450℃[1,2]。
4J36热导率 λ=11W/(m•℃)
4J36比热容 c(20～100℃)=515J/(kg•℃)。
4J36线膨胀系数 标准规定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。
4J36电阻率 ρ=0.78μΩ·m，4J36电阻温度系数 


  温度范围/℃

20～50

20～100

20～200

20～300

20～400

20～500

αR/103℃-1

1.8

1.7

1.4

1.2

1.0

0.9

4J36磁性能
4J36居里点 Tc=230℃[1,2]。
4J36合金（带材）的磁性能


  H/(A/m)

B/T

H/(A/m)

B/T

8

1.8×10-2

160

0.74

16

4.2×10-2

400

0.97

24

8×10-2

800

1.12

40

0.2

2000

1.27

80

0.5

4000

1.32

在4000A/m下，剩余磁感应强度Br=0.6T，矫顽力Hc=48A/m[1,2]。
4J36合金磁导率与温度的关系（磁场强度400A/m) 见下表


  θ/℃

-17.8

10.0

37.8

66

93

116

μ/(mH/m)

2.25

2.14

2.04

1.93

1.81

1.70

4J36化学性能 合金在大气、淡水、和海水中有一定的耐腐蚀性。

4J36技术标准规定的性能，4J36室温及各种温度下的力学性能                   


  σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

450

274

35


4J36拉伸性能 合金（退火状态）在             


  ε/%

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ/%

15
  25
  30

641
  689
  731

448
  617
  655

14
  9
  8

4J36弹性性能——弹性模量 合金（退火状态）的弹性模量E=144GPa。


四、4J36合金组织为单相奥氏体组织。
       晶粒度 冷应变率ε=60%～70%、厚度 =1mm的带材，在表4-1所示温度下退火1h，空冷后，按YB 027-1992标准进行晶粒度评级，结果见下表


  退火温度/℃

700

750

800

900

1000

1050

1100

1200

晶粒度级别

开始再结晶

>10

>10

9.0

6.5

4.0

3.0

2.0


五、4J36工艺性能与要求


 5.1 4J36成形性能 合金很容易冷、热加工。热加工时应避免在含硫的气氛中加热。
5.2 4J36焊接性能 合金可采用氧乙炔焊、电弧焊、点焊和氢原子焊等方法焊接。由于膨胀系数与合金的化学成分有关，应尽量避免因焊接造成合金成分的改变，因此最好使用氩弧焊，焊接的填充金属最好含有0.5%～1.5%的钛，以减少焊接的气孔和裂缝。
     5.3 4J36零件热处理工艺 该合金热处理可分为：消除应力退火、中间退火及稳定化处理。
     (1)消除应力退火 为消除零件在机械加工后的残存应力，要进行消除应力退火：530～550 ℃，保温1～2h,炉冷。
     (2)中间退火 为消除合金在冷轧，冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件加热到830～880 ℃，保温30min，炉冷或空冷。
     (3)稳定化处理 为获得具有较低的膨胀系数又能使其性能稳定的处理。一般采用三段处理。
     a)均匀化：在加热中，合金中的杂质充分固溶和合金化元素趋于均匀。工件在保护气氛中，加热到830 ℃，保温20min～1h，淬火。
     b)回火：在回火过程中能够部分消除由淬火产生的应力。工件加热到315 ℃，保温1～4h，炉冷。
     c)稳定化时效：使合金的尺寸稳定。工件加热到95 ℃，保温48h。对于冷加工或机械加工后的高精度零件，不宜采用高温处理时，可采用下述消除应力稳定化处理：工件加热到315～370℃，1～4h。
     该合金不能用热处理硬化。
5.4 4J36表面处理工艺 表面处理可采用喷砂、抛光或酸洗。合金可用25%盐酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
5.5 4J36切削加工与磨削性能 该合金切削加工特性和奥氏体不锈钢相似。加工时采用高速钢或硬质合金刀具，低速切削加工。切削时可使用冷却剂。该合金磨削性能良好。

六、4J36应用领域

4J36应用于需要极低膨胀系数的环境中。

典型应用如下：●液化气的生产、贮存和运输

●工作温度低于+200℃以下的测量和控制仪器，如温度调节装置

●金属和其他材料间的螺旋连接器衬套

●双金属和温控双金属●膜式框架

●航空工业的CRP 部件回火模具

●低于-200℃的人造卫星和导弹电子控制单元框架

●激光控制装置电磁镜头中的辅助电子管


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