4J45合金中厚板锻件百科

材料概述

4J45合金是一种铁镍定膨胀精密合金，通过调整镍含量而获得在给定温度范围内能与膨胀系数不同的软玻璃和陶瓷匹配的特性，其膨胀系数和居里点随镍含量增加而增加-2。该合金是电真空工业中广泛使用的封接结构材料，因其低热膨胀系数和优异的机械稳定性而被高精密机械、航空航天以及光学仪器等领域认可-3。

4J45合金具有稳定的奥氏体组织，很容易进行冷、热加工，适用于制造各种复杂形状的精密零件-2。该合金主要用于制作精密阻抗膜片，与人造蓝宝石、软玻璃和陶瓷密封-7。

化学成分

4J45合金的化学成分严格控制在以下范围内-1-7：

• 镍（Ni）：43%～46%（或更为精确的44.5%-45.5%）

• 铁（Fe）：余量

• 锰（Mn）：≤0.80%

• 硅（Si）：≤0.30%

• 碳（C）：≤0.05%

• 磷（P）：≤0.020%

• 硫（S）：≤0.020%

• 铝（Al）：≤0.10%

各元素的精确配比保证了4J45合金在不同使用环境中都能保持优异的性能，尤其是镍含量的严格控制确保了合金具有一致的热膨胀特性。

物理性能

4J45合金中厚板锻件具有以下突出的物理性能-1-7：

• 密度：7.85 g/cm³（另有数据表示为8.18g/cm³）

• 热膨胀系数：平均值为7.5×10⁻⁶/℃（在20℃至300℃范围内）

• 比热容：约为460 J/(kg·K)（另有数据502J/(kg•℃)）

• 热导率：约为15 W/(m·K)

• 电阻率：约为0.48 μΩ·m（20℃时，另有数据0.49μΩ·m）

• 磁导率：大约为1000，适用于高磁导率要求的应用场合

• 弹性模量：E=158GPa

• 熔化温度范围：约为1430℃

这些物理性能让4J45合金在涉及温度变化、导电性和磁性要求高的环境中具有广泛的应用。

机械性能

4J45合金中厚板锻件在机械性能方面表现出色，具有极高的强度和韧性，能够承受高负荷和复杂环境-1：

• 抗拉强度：≥ 600 MPa

• 屈服强度：≥ 380 MPa

• 伸长率：≥ 25%

• 硬度：布氏硬度HBW 150～200

• 冲击韧性：≥ 100 J

这些机械性能使得4J45合金非常适合用于制造需要高强度和高韧性的零件，如航空器件、电子设备中的结构部件等。

工艺性能与要求

成形性能

4J45合金很容易进行冷、热加工-2。热加工温度不宜过高，加热时间不宜过长，应避免在含硫的气氛中加热。当带材冷应变率大于75%时，退火后会引起塑性各向异性。成品的最终应变率应控制在60%左右最为理想。

焊接性能

该合金具有良好的焊接性能，可钎焊和点焊。与软玻璃等材料封接前应进行预氧化处理，以确保封接质量-2。

热处理工艺

4J45合金的热处理可分为以下几种类型-2：

1. 消除应力退火：为消除零件在机械加工后的残存应力，在430～540℃保温1～2小时，然后炉冷或空冷。

2. 中间退火：为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程中引起的加工硬化现象，工件需在真空或保护气氛中，加热到700～800℃，保温30～60分钟，然后炉冷、空冷或水淬。

3. 预氧化处理：当合金作为封接材料使用时，在封接前应进行预氧化处理，使合金表面生成一层厚度均匀、致密的氧化膜。典型工艺为零件在1100℃下，在饱和湿氢中加热30分钟，然后在大约800℃的空气中氧化5～10分钟。零件的增重控制在0.1～0.3mg/cm²为适宜。

需要注意的是，该组合金不能用热处理硬化-2。

切削加工与磨削性能

4J45合金的切削加工特性与奥氏体不锈钢相似-2。加工时可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。该合金的磨削性能良好，适合进行精密加工。

应用领域

4J45合金中厚板锻件凭借其卓越的物理和机械性能，在多个高技术领域得到了广泛应用-1：

• 电子元件：4J45合金在电子元件中常被用作核心材料，能够有效地保持器件的尺寸稳定性和磁性要求。

• 精密仪器：该合金广泛应用于精密仪器仪表的制造中，特别是需要精确控制温度和磁性变化的环境中。

• 航空航天：航空航天领域要求材料具有极高的强度、抗腐蚀性和耐高温性，4J45合金正是这种环境的理想材料。

• 化工设备：化工设备中常需要耐高温和耐腐蚀的材料，4J45合金能够在腐蚀性环境中长期保持其性能。

品种规格与供应状态

4J45合金中厚板锻件可根据需求生产各种规格的产品-2。常见的中厚板规格为：厚度≥4.0mm，宽度≤2500mm-6。锻件的交货状态通常为退火+车光，确保产品具有良好的表面质量和性能稳定性。

选材注意事项

在选择和使用4J45合金中厚板锻件时，需要注意以下几个关键点-3：

1. 避免与Invar合金完全等同使用：虽然二者热膨胀系数接近，但4J45的机械强度略高，切削性能差异明显，直接替换会影响加工工艺。

2. 高温环境下性能变化：4J45在超过400℃长期使用时热膨胀系数会轻微上升，需要通过退火或溶体处理稳定性能。

3. 表面状态对热膨胀的一致性影响：锻件表面粗糙度和残余应力会导致热膨胀不均，尤其在光学组件中容易产生误差，需严格控制表面加工质量。

4J45合金中厚板锻件作为一种高性能材料，凭借其稳定的低热膨胀特性和优异的机械性能，已成为电子真空、航空航天、精密仪器等高端制造领域不可或缺的关键材料。