殷鋼-4j36 鐵鎳合金表作之一
4J36是一種具有超低膨脹系數的特殊的低膨脹鐵鎳合金。其中對碳、錳成分的控制非常重要。冷變形能降低熱膨脹系數，在特定溫度范圍內的熱處理能使熱膨脹系數穩定化。在室溫干燥空氣中4J36具有抗腐蝕性。在其他惡劣環境中，如潮濕空氣中，有可能會發生腐蝕（生銹）。
殷鋼是金屬材料。殷鋼屬于鐵鎳合金的一種，其成分為鎳36%、鐵63.8%、碳0.2%。這種材料的基本性質有膨脹系數小、強度硬度不高、導熱系數低以及塑性韌性高等，隨溫度的變形極小，適合于制作對溫度變形有嚴格要求的零件。 瑞士科學家紀堯姆發現了一種奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心立方結構，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫殷瓦合金，意思是體積不變
因瓦合金（invar，也稱為殷鋼，改名字原為一商標名），是一種鎳鐵合金，其成分為鎳36%，鐵63.8%，碳0.2%，它的熱膨脹系數極低，能在很寬的溫度范圍內保持固定長度。
因瓦合金，也叫做“不變鋼”，中文俗稱殷鋼，是一種鎳鋼合金，是含鎳36%的特殊鋼，由于其膨脹系數極小，適合做測量元件。 因瓦是法語“Invar”的音譯。
一、4J36概述
4J36合金又稱因瓦(INVAR)合金，合金的居里點約為230℃，低于這一溫度時合金是鐵磁性的，具有很低的膨脹系數，高于這一溫度時合金為無磁性的，膨脹系數增大。該合金主要用于制造在氣溫變化范圍內尺寸近似恒定的元件，廣泛用于無線電工業、精密儀器、儀表及其他工業。
4J36材料牌號。
4J36相近牌號?見表1-1。
表1-1[1,2]
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俄羅斯 |
美國 |
英國 |
日本 |
法國 |
德國 |
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32H 32H-BИ - |
Invar Nilvar Unipsan?36 |
Invar Nilo36 36Ni |
不變鋼 Cactus?LE - |
Invar?Standard Fe-Ni36 - |
Vacodil36 Nilos36 - |
4J36材料的技術標準?YB/T?5241-1993《低膨脹合金4J32、4J36、4J38和4J40技術條件》。
4J36化學成分?見表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 |
在平均線膨脹系數達到標準規定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規定范圍。
熱處理制度?標準規定的膨脹系數性能檢驗試樣按下述方法加工和熱處理：將半成品試樣加熱至840℃±10℃，保溫1h,水淬，再將試樣加工為成品試樣，在315℃±10℃保溫1h，隨爐冷或空冷。
品種規格與供應狀態?品種有棒、管、板、絲和帶。
熔煉與鑄造工藝?用非真空感應爐、真空感應爐和電弧爐熔煉。
應用概況與特殊要求?該合金是典型低膨脹合金。經航空工廠長期使用，性能穩定；使用中應嚴格控制熱處理工藝及加工工藝，以保證材料的穩定性。
二、4J36物理及化學性能?
4J36熱性能????????????????????????????????????????
4J36溶化溫度范圍?1430～1450℃[1,2]。
4J36熱導率?λ=11W/(m?℃)[1,2]。
4J36比熱容?c(20～100℃)=515J/(kg?℃)。
4J36線膨脹系數?標準規定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。
合金試樣在保護氣氛或真空中加熱到880℃±20℃，保溫1h，以不大于300℃/h冷卻，其平均線膨脹系數見表2-1。合金的膨脹曲線見圖?2-1。
表2-1[1]
|
溫度范圍/℃ |
|
溫度范圍/℃ |
|
|
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電性能
4J36電阻率?ρ=0.78μΩ·m[1,2]。
4J36電阻溫度系數?見表2-2。?
表2-2[1,2]
|
溫度范圍/℃ |
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居里點?Tc=230℃[1,2]。
4J36合金（帶材）的磁性能?見表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，剩余磁感應強度Br=0.6T，矯頑力Hc=48A/m[1,2]。
4J36合金磁導率與溫度的關系（磁場強度400A/m)?見表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化學性能?合金在大氣、淡水、和海水中有一定的耐腐蝕性。?
三、4J36力學性能
4J36技術標準規定的性能
4J36室溫及各種溫度下的力學性能?
4J36硬度?合金在退火狀態的硬度HV=140[1,2]。
4J36拉伸性能?合金（退火狀態）在常溫下的拉伸性能見表3-1。在不同冷應變下的拉伸性能見表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持久和蠕變性能
4J36疲勞性能?
4J36彈性性能?
4J36彈性模量?合金（退火狀態）的彈性模量E=144GPa。
四、4J36組織結構
4J36相變溫度
4J36時間-溫度-組織轉變曲線?
4J36合金組織結構?合金為單相奧氏體組織。
4J36晶粒度?冷應變率ε=60%～70%、厚度d=1mm的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h，空冷后，按YB?027-1992標準進行晶粒度評級，結果見表4-1。
表4-1[1,2]
|
退火溫度/℃ |
700 |
750 |
800 |
900 |
1000 |
1050 |
1100 |
1200 |
|
晶粒度級別 |
開始再結晶 |
>10 |
>10 |
9.0 |
6.5 |
4.0 |
3.0 |
2.0 |
五、工藝性能與要求
4j36成形性能?合金很容易冷、熱加工。熱加工時應避免在含硫的氣氛中加熱。
4j36焊接性能?合金可采用氧乙炔焊、電弧焊、點焊和氫原子焊等方法焊接。由于膨脹系數與合金的化學成分有關，應盡量避免因焊接造成合金成分的改變，因此好使用氬弧焊，焊接的填充金屬好含有0.5%～1.5%的鈦，以減少焊接的氣孔和裂縫。
4J36零件熱處理工藝?該合金熱處理可分為：消除應力退火、中間退火及穩定化處理。
(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：530～550℃，保溫1～2h,爐冷。
(2)中間退火?為消除合金在冷軋，冷拔、冷沖壓過程引起的加工硬化現象，以利于繼續加工。工件加熱到830～880℃，保溫30min，爐冷或空冷。
(3)穩定化處理?為獲得具有較低的膨脹系數又能使其性能穩定的處理。一般采用三段處理。
a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質充分固溶和合金化元素趨于均勻。工件在保護氣氛中，加熱到830℃，保溫20min～1h，淬火。
b)回火：在回火過程中能夠部分消除由淬火產生的應力。工件加熱到315℃，保溫1～4h，爐冷。
c)穩定化時效：使合金的尺寸穩定。工件加熱到95℃，保溫48h。對于冷加工或機械加工后的高精度零件，不宜采用高溫處理時，可采用下述消除應力穩定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。
該合金不能用熱處理硬化。
表面處理工藝?表面處理可采用噴砂、拋光或酸洗。合金可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
切削加工與磨削性能?該合金切削加工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。
4J36主要適用于電器元件與硬玻璃、軟玻璃、陶瓷匹配封接的玻封合金，屬于低膨脹合金。其狀態有硬態和軟態兩種．4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金在-60度--80度大氣溫度變化內有較低的膨脹系數和良好的可塑性，用于制作在氣溫變化范圍內尺寸近于恒定的元件，廣泛用于無線電，精密儀表,儀器和其他行業，4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金用來制作標準量具，微波諧振腔，雙金屬片被動層等。
