殷钢-4j36 铁镍合金表作之一
4J36是一种具有超低膨胀系数的特殊的低膨胀铁镍合金。其中对碳、锰成分的控制非常重要。冷变形能降低热膨胀系数，在特定温度范围内的热处理能使热膨胀系数稳定化。在室温干燥空气中4J36具有抗腐蚀性。在其他恶劣环境中，如潮湿空气中，有可能会发生腐蚀（生锈）。
殷钢是金属材料。殷钢属于铁镍合金的一种，其成分为镍36%、铁63.8%、碳0.2%。这种材料的基本性质有膨胀系数小、强度硬度不高、导热系数低以及塑性韧性高等，随温度的变形极小，适合于制作对温度变形有严格要求的零件。 瑞士科学家纪尧姆发现了一种奇妙的合金，这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象（负反常），从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数，这种合金的组成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心立方结构，其牌号为4J36，它的中文名字叫殷钢，英文名字叫殷瓦合金，意思是体积不变
因瓦合金（invar，也称为殷钢，改名字原为一商标名），是一种镍铁合金，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。
因瓦合金，也叫做“不变钢”，中文俗称殷钢，是一种镍钢合金，是含镍36%的特殊钢，由于其膨胀系数极小，适合做测量元件。 因瓦是法语“Invar”的音译。
一、4J36概述
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材料牌号。
4J36相近牌号?见表1-1。
表1-1[1,2]
|
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》。
4J36化学成分?见表1-2。
表1-2%
|
C |
P |
S |
Si |
Mn |
Ni |
Fe |
|
≤ |
||||||
|
0.05 |
0.020 |
0.020 |
0.30 |
0.2～0.6 |
35.0～37.0 |
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规定范围。
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。
品种规格与供应状态?品种有棒、管、板、丝和带。
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。
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。
二、4J36物理及化学性能?
4J36热性能????????????????????????????????????????
4J36溶化温度范围?1430～1450℃[1,2]。
4J36热导率?λ=11W/(m?℃)[1,2]。
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。
合金试样在保护气氛或真空中加热到880℃±20℃，保温1h，以不大于300℃/h冷却，其平均线膨胀系数见表2-1。合金的膨胀曲线见图?2-1。
表2-1[1]
|
温度范围/℃ |
|
温度范围/℃ |
|
|
20～60 |
1.8 |
20～250 |
3.6 |
|
20～40 |
1.8 |
20～300 |
5.2 |
|
20～20 |
1.6 |
20～350 |
6.5 |
|
20～0 |
1.6 |
20～400 |
7.8 |
|
20～50 |
1.1 |
20～450 |
8.9 |
|
20～100 |
1.4 |
20～500 |
9.7 |
|
20～150 |
1.9 |
20～550 |
10.4 |
|
20～200 |
2.5 |
20～600 |
11.0 |
4J36密度?ρ=8.10g/cm3[1]。
4J36电性能
4J36电阻率?ρ=0.78μΩ·m[1,2]。
4J36电阻温度系数?见表2-2。?
表2-2[1,2]
|
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?见表2-3。
表2-3[1,2]
|
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)?见表2-4。
表2-4[1,2]
|
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。?
三、4J36力学性能
4J36技术标准规定的性能
4J36室温及各种温度下的力学性能?
4J36硬度?合金在退火状态的硬度HV=140[1,2]。
4J36拉伸性能?合金（退火状态）在常温下的拉伸性能见表3-1。在不同冷应变下的拉伸性能见表3-2。?
表3-1[1]
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ/% |
|
450 |
274 |
35 |
表3-2
|
ε/% |
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ/% |
|
15 25 30 |
641 689 731 |
448 617 655 |
14 9 8 |
4J36持久和蠕变性能
4J36疲劳性能?
4J36弹性性能?
4J36弹性模量?合金（退火状态）的弹性模量E=144GPa。
四、4J36组织结构
4J36相变温度
4J36时间-温度-组织转变曲线?
4J36合金组织结构?合金为单相奥氏体组织。
4J36晶粒度?冷应变率ε=60%～70%、厚度d=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，结果见表4-1。
表4-1[1,2]
|
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、工艺性能与要求
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。
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，因此好使用氩弧焊，焊接的填充金属好含有0.5%～1.5%的钛，以减少焊接的气孔和裂缝。
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。
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。
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。
4J36主要适用于电器元件与硬玻璃、软玻璃、陶瓷匹配封接的玻封合金，属于低膨胀合金。其状态有硬态和软态两种．4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金在-60度--80度大气温度变化内有较低的膨胀系数和良好的可塑性，用于制作在气温变化范围内尺寸近于恒定的元件，广泛用于无线电，精密仪表,仪器和其他行业，4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金用来制作标准量具，微波谐振腔，双金属片被动层等。殷钢，（InvarSteel的音译），属于铁镍合金的一种，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%。这种材料的特点就是随温度的变形极小，适合于制作对温度变形有严格要求的零件。殷钢及与殷钢有相似特性的材料有：殷钢35Ni-65Fe，32Ni-64Fe-4Co(超殷钢),37Fe-32Co-11Cr（不锈殷钢）和非晶合金83Fe-17B等。
镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
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