4J系列定膨胀合金终极指南：特性、工艺与选型建议

1 概述

1.1 材料牌号

4J42, 4J45, 4J50, 4J52, 4J54。

1.2 相近牌号

该系列合金在国际上拥有众多相近牌号，涵盖了中、俄、美、英、日、法、德等国的主要标准，例如美国的Nilo 42、Nilo 46，英国的Niloseal 12，法国的Fe-Ni42等，体现了其全球应用的广泛性。

1.3 技术标准

中国的技术标准遵循 YB/T 5235-1993《铁镍铬、铁镍封接合金技术条件》。

1.4 化学成分

各牌号化学成分以铁镍为基础，通过严格控制碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)等杂质元素含量，并调整镍(Ni)的精确比例，来保证其膨胀特性。

4J42: Ni 41.5%～42.5%

4J45: Ni 44.5%～45.5%

4J50: Ni 49.5%～50.5%

4J52: Ni 51.5%～52.5%

4J54: Ni 53.5%～54.5%

注：在平均线膨胀系数达到标准规定条件下，允许镍含量偏离表规定范围。

1.5 热处理制度

为获得标准规定的膨胀系数性能，检验试样需经过严格的热处理：

4J42, 4J45: 在氢气气氛中加热至900°C±20°C，保温1小时，以不大于5°C/min的速度冷却至200°C以下出炉。

4J50, 4J52, 4J54: 在保护气氛或真空中加热至850°C±20°C，保温1小时，以不大于300°C/h的速度冷却至400°C以下出炉。

1.6 品种规格与供应状态

合金可提供棒材、管材、板材、带材和丝材等多种品种规格。

2 组织结构

该组合金均为稳定的奥氏体组织。其晶粒度有严格要求，深冲带的晶粒度应不小于7级，以确保良好的加工和封接性能。

3 工艺性能与要求

3.1 成形性能

该合金很容易进行冷、热加工。但需注意：

热加工温度不宜过高，时间不宜过长，应避免在含硫气氛中加热。

冷加工时，若应变率大于75%，退火后可能引起塑性各向异性。

成品最终应变率建议控制在60%左右，以避免晶粒过分长大和塑性降低。

3.2 焊接性能

此系列合金具有良好的焊接性能，可进行钎焊和点焊。用于软玻璃封接前，必须进行预氧化处理。

3.3 零件热处理工艺

热处理主要包括三种类型：

消除应力退火：430～540°C，保温1~2小时，炉冷或空冷。用于消除机加残余应力。

中间退火：700~800°C（真空或保护气氛），保温30～60分钟，然后炉冷、空冷或水淬。用于消除冷加工硬化。

预氧化处理：封接前的关键步骤。在湿氢中加热至1100°C，保温30分钟，再在约800°C的空气中氧化5～10分钟，使表面生成致密氧化膜。零件增重控制在0.1～0.3 mg/cm²为适宜。

重要提示：该组合金不能用热处理硬化。

3.4 表面处理

在热处理、焊接或玻封前，必须彻底清洁表面。可根据氧化层严重程度，选择喷砂、碱液浸泡后酸洗，或用25%盐酸溶液在70°C下清洗轻微氧化皮。

3.5 切削加工与磨削性能

其切削加工特性与奥氏体不锈钢相似。建议使用高速钢或硬质合金刀具，采用低速切削并辅以冷却剂。其磨削性能良好。

综上所述，4J42、4J45、4J50、4J52、4J54系列合金凭借其精确的膨胀特性、优良的封接性能和良好的加工性，成为电真空器件制造中不可或缺的关键材料。

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