4J29
材料牌號：4J29精密合金
一、4J29精密合金概述：
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、4J29材料牌號： 4J29。
2、4J29相近牌號： 見表1-1。
表1-1[1～4]
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俄羅斯
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美國
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英國
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日本
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法國
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德國
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29HК
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Kovar
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Nilo K
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KV-1
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Dilver P0
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Vacon 12
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29HК-BИ
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Rodar
Techallony Glasseal 29-17
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Telcaseal
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KV-2 KV-3
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Dilver P1
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Silvar 48
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3、4J29材料的技術標準：
4、4J29化學成分： 見表1-2。
表1-2 %
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C≤
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Si≤
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Mn≤
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P≤
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S≤
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Cr≥
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Ni≥
|
Mo≥
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Cu≤
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0.03
|
0.30
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0.50
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0.020
|
0.020
|
-
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28.5-29.5
|
-
|
0.20
|
|
其他
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Al≤
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Ti≤
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Fe≤
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Co≤
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V≤
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W≤
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Nb≤
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N≤
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-
|
-
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余量
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16.8-17.8
|
-
|
-
|
-
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|
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%。
5、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。
6、4J29品種規格與供應狀態：品種有絲、帶、板、管和棒材。
7、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。
8、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。
二、4J29物理及化學性能：
1、4J29熱性能：
(1)、4J29溶化溫度范圍：該合金溶化溫度約為1450℃
[1,2]。
(2)、4J29熱導率： 見表2-1。
表2-1[1]
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θ/℃
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
|
λ/(W/(m·℃))
|
20.6
|
21.5
|
22.7
|
23.7
|
25.4
|
(3)、4J29比熱容： 在0℃時，比熱容為440J/(kg?℃)；在430℃時，比熱容為649J/(kg?℃)。
(4)、4J29線膨脹系數： 標準規定α
1(20～400℃)=(4.6～5.2)×10
-6℃
-1；α
1(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、4J29密度：
3、4J29電性能：
(1)、4J29電阻率：ρ=0.48μΩ·m
[1,5]。
表2-2[1]
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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)、4J29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
|
4、4J29磁性能：
(1)、4J29居里點： T
c=430℃
[1,5]。
(2)、4J29合金的磁性能：見表2-4
[1]。
在4000A/m下，剩余磁感應強度B
r=0.98T，矯頑力H
c=68.8A/m
[1,2]。
5、4J29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]
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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：
1、4J29技術標準規定的性能：
(1)、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。
(1)、4J29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
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狀態
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δ/mm
|
硬度HV
|
|
深沖態
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>2.5
|
≤170
|
|
≤2.5
|
≤165
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表3-2
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狀態代號
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狀態
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σb/MPa
|
|
絲材
|
帶材
|
|
R
|
軟態
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<585
|
<570
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1/4I
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1/4硬態
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585～725
|
520～630
|
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1/2I
|
1/2硬態
|
655～795
|
590～700
|
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3/4I
|
3/4硬態
|
725～860
|
600～770
|
|
I
|
硬態
|
>850
|
>700
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2、4J29室溫及各種溫度下的力學性能：
(1)、4J29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。
(2)、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見圖3-2。
表3-3[1,5]
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σb/MPa
|
σP0.2/MPa
|
δ/%
|
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520
|
330
|
30
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3、4J29持久和蠕變性能：
4、4J29疲勞性能：
5、4J29彈性性能：4J29彈性模量： E=138GPa。
四、4J29組織結構：
1、4J29相變溫度：γ→α相變溫度在-80℃以下。
2、4J29時間-溫度-組織轉變曲線：
3、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、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，其晶粒度見表4-1。
表4-1[1,2]
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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
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五、4J29工藝性能與要求：
1、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
[2,4,7～9]。
合金帶材的杯突值與厚度的關系見圖5-1。
2、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。
3、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。
4、4J29表面處理工藝：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]。
5、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。
五、4J29品種規格與供應狀態：
1、品種分類：生產各種規格的無縫管、鋼板、圓鋼、鍛件、法蘭、圓環、焊管、鋼帶、絲材及配套焊材。
2、交貨狀態：無縫管：固溶+酸白，長度可定尺；板材：固溶、酸洗、切邊；焊管：固溶酸白+RT%探傷，鍛件：退火+車光；棒材以鍛軋狀態、表面磨光或車光；帶材經冷軋、固溶軟態、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤狀或直條狀、固溶直條細磨光狀態交貨。
