4J36膨胀合金
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。
1.1 4J36材料牌号 4J36。
1.2 4J36相近牌号 见表1-1。
表1-1
| 俄罗斯 | 美国 | 英国 | 日本 | 法国 | 德国 |
| 32H32H-BИ- | InvarNilvarUnipsan 36 | InvarNilo3636Ni | 不变钢Cactus LE- | Invar StandardFe-Ni36- | Vacodil36Nilos36- |
1.3 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》。
1.4 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。
1.5 4J36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。
1.6 4J36品种规格与供应状态 品种有棒、管、板、丝和带。
1.7 4J36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。
1.8 4J36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
2.1 4J36热性能
2.1.1 4J36溶化温度范围 1430～1450℃。
2.1.2 4J36热导率 λ=11W/(m•℃)。
2.1.3 4J36比热容 c(20～100℃)=515J/(kg•℃)。
2.1.4 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
| 温度范围/℃ | /10-6℃-1 | 温度范围/℃ | /10-6℃-1 |
| 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 |
2.2 4J36密度 ρ=8.10g/cm3。
2.3 4J36电性能
2.3.1 4J36电阻率 ρ=0.78μΩ·m。
2.3.2 4J36电阻温度系数 见表2-2。
表2-2
| 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 |
2.4 4J36磁性能
2.4.1 4J36居里点 Tc=230℃。
2.4.2 4J36合金（带材）的磁性能 见表2-3。
表2-3
| 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。
2.4.3 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
| 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 |
2.5 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
3.1 4J36技术标准规定的性能
3.2 4J36室温及各种温度下的力学性能
3.2.1 4J36硬度 合金在退火状态的硬度HV=140。
3.2.2 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
| σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% |
| 450 | 274 | 35 |
表3-2
3.3 4J36持久和蠕变性能
3.4 4J36疲劳性能
3.5 4J36弹性性能
3.5.1 4J36弹性模量 合金（退火状态）的弹性模量E=144GPa。
四、4J36组织结构
4.1 4J36相变温度
4.2 4J36时间-温度-组织转变曲线
4.3 4J36合金组织结构 合金为单相奥氏体组织。
4.4 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
| 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、4J36工艺性能与要求
5.1 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。
5.2 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，因此最好使用氩弧焊，焊接的填充金属最好含有0.5%～1.5%的钛，以减少焊接的气孔和裂缝。
5.3 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。
5.4 4J36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。
5.5 4J36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。
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