4J36合金,又称因瓦合金或Invar 36,是一种具有超低热膨胀系数的特殊低膨胀铁镍合金-8。其核心特性是在一定温度范围内(-250℃至+200℃)具有极低的热膨胀系数(平均线膨胀系数一般为1.2×10⁻⁶/℃至1.5×10⁻⁶/℃)-5。该合金的居里点约为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,膨胀系数会显著增大-1。
4J36合金主要由铁(Fe) 和镍(Ni) 组成,其中镍含量严格控制在35.0%-37.0%,铁为余量-1。这种精确的化学成分控制是实现其特殊热膨胀性能的关键。该合金在室温干燥空气中具有抗腐蚀性,但在潮湿空气等恶劣环境中可能会发生腐蚀(生锈)。
4J36合金的化学成分经过精确配比,各元素含量范围如下:
镍:35.0%-37.0%
碳:≤0.05%
锰:0.20%-0.60%
硅:≤0.30%
磷:≤0.02%
硫:≤0.02%
铁:余量
该合金的金相组织结构为单相奥氏体-1,这是其具有低膨胀特性的微观结构基础。合金中的碳、磷、硫等杂质元素被严格限制在较低水平,以确保材料具有良好的加工性能和使用性能-7。
4J36合金具有以下主要物理性能参数-1:
密度:8.10 g/cm³
熔点:1430℃
热导率:11 λ/(W/m•℃)
比热容:515 J/kg•℃
弹性模量:1450 GPa
电阻率:0.78 μΩ•m
泊松比:1.2
在20℃环境下,4J36合金的机械性能最小值如下-1:
抗拉强度:450 MPa
屈服强度:274 MPa
延伸率:35%
实际应用中,退火状态的4J36合金抗拉强度可达490 MPa以上,屈服强度≥240 MPa,延伸率≥42%-2。合金的强度和硬度不高,但塑性、韧性、延伸率、断面收缩率以及冲击韧性都很高-8,可以通过冷变形来提高强度,在强度提高的同时仍保持良好的塑性。
4J36合金很容易进行冷、热加工-1。热加工时应避免在含硫的气氛中加热-1。该合金的切削加工特性与奥氏体不锈钢相似-1。加工时建议采用高速钢或硬质合金刀具,进行低速切削加工-1。切削时可使用冷却剂,该合金磨削性能良好-1。
4J36合金具有良好的焊接性能,可以采用所有常规焊接工艺进行焊接,包括钨电极焊、金属电弧焊、等离子焊、氩弧焊、手工电弧焊等-2。首先考虑采用脉冲电弧焊-2。
焊接时需注意以下要点-2:
焊接前,材料要处于退火态,表面干净,无油污、刮痕、记号漆等
必须采用低热量输入,层间温度应低于120℃
不需要焊前和焊后热处理
若焊缝性能设计为与母材相同,需要采用与母材同种材质的焊条
4J36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,广泛应用于以下领域-1:
无线电工业、精密仪器、仪表:制造标准量具、微波谐振腔、双金属波动层等精密部件
液化气的生产、贮存和运输设备
工作温度低于+200℃的测量和控制仪器,如温度调节装置
金属和其他材料间的螺旋连接器衬套
双金属和温控双金属、膜式框架
航空航天工业:CRP部件回火模具、激光控制装置电磁镜头中的辅助电子管等
电子与半导体领域:引线框架、微波管组件、真空电子器件、激光器基座、半导体制造设备中的精密部件
在使用和加工4J36合金时,需要特别注意以下几点:
热处理工艺:标准热处理为退火,典型工艺是加热到830℃-880℃,保温足够时间(根据厚度决定),然后以≤300℃/h的速度冷却至400℃以下,最后可以空冷-7。缓冷对于获得最佳的低膨胀性能至关重要-7。
热加工控制:热加工温度范围通常在900℃-1200℃-7。温度控制需精确,避免过热或过低导致开裂-7。
厚度效应:相比更厚的板材,厚度在35mm以下的4J36钢板在热处理时更容易达到均匀的组织和性能,冷加工性能也更好-7。
4J36合金作为一种具有超低热膨胀系数的特殊功能材料,在现代工业特别是精密仪器、航空航天和电子领域发挥着不可替代的作用。其独特的性能组合使得它成为在高精度、高稳定性要求的应用环境中的理想选择。