4J50膨胀合金
一、4J50概述

铁镍定膨胀合金是通过调整镍含量而获得在给定温度范围内能与膨胀系数不同的软玻璃和陶瓷匹配的一系列定膨胀合金，其膨胀系数和居里点随镍含量增加而增加。该组合金是电真空工业中广泛使用的封接结构材料。

1.14J50材料型号4J50。

1.24J50相近型号见表1-1。
表1-1
 美国 英国  法国 德国
50H FeNi50 Nilo51  N50 Vacodil500
1.34J50材料的技术标准
1.44J50化学成分见表1-2。
表1-2%
C Mn Si P S Al Co Ni Fe
≤  
0.05 0.80 0.30 0.020 0.020 0.10 1.0 49.5～50.5 余量

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规定的范围。

1.54J50热处理制度标准规定的膨胀系数性能检验试样其热处理制度：在气气氛中将试样加热到900℃±20℃，保温1h，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出炉。

1.64J50品种规格与供应状态品种有棒材、管材、板材、带材和丝材。

1.74J50熔炼与铸造工艺用非真空感应炉、真空感应炉或电弧炉熔炼。

1.84J50应用概况与特殊要求4J50属玻封合金典型型号，经航空工厂长期使用，性能稳定。

4J50合金主要用于制作精密阻抗膜片，湿簧、干簧继电器，精密长度计量，与相应的软玻璃封接。

在应用中应使选用的封接材料与合金的膨胀系数相配。热处理时应控制其晶粒度，以保材料具有良好的深冲引伸性能。当使用锻、轧材时应严格检验材料的气密性。

二、4J50物理及化学性能

2.14J50热性能

2.1.14J50溶化温度范围该合金溶化温度约为1430℃。

2.1.24J50热导率λ=16.7W/(m·℃)。

2.1.34J50比热容该合金的比热容为502J/(kg℃)。

2.1.44J50线膨胀系数标准规定的合金平均线膨胀系数见表2-2。合金的平均线膨胀系数见表2-3。合金的膨胀曲线见图2-3。
表2-2
/10-6℃-1
20～300℃ 20～400℃ 20～450℃
9.2～10.0 9.2～9.9 -

2.24J50密度ρ=8.21g/cm3。

2.34J50电性能电阻率ρ=0.44μΩ·m。
表2-3
/10-6℃-1
20～100℃ 20～200℃ 20～300℃ 20～350℃ 20～400℃ 20～450℃ 20～500℃ 20～600℃
9.8 9.8 9.5 9.4 9.4 9.4 9.7 10.6

2.44J50磁性能

2.4.14J50居里点Tc=500℃。

2.4.24J50合金的磁性能4J50合金的磁性能见表2-4。

在4000A/m下，剩余磁感应强度Br=1.03T，矫顽力Hc=10A/m。

2.54J50化学性能合金在大气、淡水和海水中有较好的耐腐蚀性。
表2-4
H/(A/m) 8 16 24 40 80
B/T 0.29 0.64 0.74 0.83 0.94
H/(A/m) 160 400 800 2000 4000
B/T 1.06 1.20 0.30 1.44 1.50

三、4J50力学性能

3.14J50技术标准规定的性能

3.1.14J50硬度深冲态带材应符合表3-1的规定。厚度不大于0.2mm的带材不作硬度检验。

3.1.24J50抗拉强度合金带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。

3.24J50室温及各种温度下的力学性能

3.2.14J50硬度该合金（退火态）硬度HV约为135。
表3-1表3-2
δ/mm HV  状态代号 状态 σb/MPa
<2.5 ≤170  R 软态 <590
≤2.5 ≤165  I 硬态 >820

3.2.24J50拉伸性能该组合金（退火态）室温拉伸性能见表3-3。
表3-3
σb/MPa σP0.2/MPa δ/% φ/%
550 276 35 65

3.34J50持久和蠕能

3.44J50性能

3.54J50性性能

3.5.14J50性模量该组合金的性模量E=158GPa。

四、4J50组织结构

4.14J50相变温度

4.24J50时间-温度-组织转变曲线

4.34J50合金组织结构该组合金均为稳定的奥氏体组织。

4.44J50晶粒度合金深冲带的晶粒度应不小于7级，小于7级的晶粒度不得过面积的10%。厚度小于0.13mm的带材估计平均晶粒度时，沿带材厚度方向的晶粒个数应不少于8个。

五、4J50工艺性能与要求

5.14J50成形性能该合金很进行冷、热加工。热加工温度不宜过高，加热时间不宜过长，应避免在含硫的气氛中加热。当带材冷应变率大于75%时，退火后会引起塑性各向异性。冷应变率在10%～15%，加热到950～1050℃时（在钎焊过程中不可避免）晶粒显著长大，致使合金塑性降低，对于薄的截面还可能丧失金属的真空气密性。因此成品的ZUI终应变率应控制在60%左右。

5.24J50焊接性能该合金具有良好的焊接性能，可钎焊和点焊。该合金与软玻璃等材料封接前应进行预处理。

5.34J50零件热处理工艺热处理可分为：应力退火、中间退火及预处理。

(1)应力退火为零件在机械加工后的残存应力要进行应力退火：430～540℃，保温1～2h,炉冷或空冷。

(2)中间退火为合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程中引起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件需在真空或保护气氛中，加热到700～800℃，保温30～60min，然后炉冷、空冷或水淬。

(3)预处理该组合金作封接材料使用时，在封接前应进行预处理。使合金表面生成一层厚度均匀、致密的膜。零件在1100℃下，在饱和湿中，加热30min，然后在大约800℃的空气中5～10min。零件的增重在0.1～0.3mg/cm2为适宜。

该组合金不能用热处理硬化。

5.44J50表面处理工艺在热处理、焊接或玻封之前，金属表面污物、油脂。层严重时可采用喷砂或先在熔融碱液中浸泡，然后再酸洗。轻微皮可用25%溶液在70℃下酸洗。

5.54J50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具，低速切削加工，切削时可使用冷却剂。磨削性能良好。

从这个等式可以看出： 1.碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。 2.氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。 3.添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。 从这个等式中也可以看出： 1.添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成**的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。例如在201型不锈钢中，只含有4. 5%的镍，同时含有0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成**奥氏体结构。这也是200系列不锈钢的形成原理。 2.在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。锻件终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素，所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系列不锈钢是铁素体不锈钢，具有磁性。 3.在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中，随着镍成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了300系列不锈钢。 4.如果仅添加一半数量的镍，就会形成50

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