殷钢-4j36 铁镍合金表作之一
4J36是一种具有超低膨胀系数的特殊的低膨胀铁镍合金。其中对碳、锰成分的控制非常重要。冷变形能降低热膨胀系数，在特定温度范围内的热处理能使热膨胀系数稳定化。在室温干燥空气中4J36具有抗腐蚀性。在其他恶劣环境中，如潮湿空气中，有可能会发生腐蚀（生锈）。
殷钢是金属材料。殷钢属于铁镍合金的一种，其成分为镍36%、铁63.8%、碳0.2%。这种材料的基本性质有膨胀系数小、强度硬度不高、导热系数低以及塑性韧性高等，随温度的变形极小，适合于制作对温度变形有严格要求的零件。 瑞士科学家纪尧姆发现了一种奇妙的合金，这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象（负反常），从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数，这种合金的组成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心立方结构，其牌号为4J36，它的中文名字叫殷钢，英文名字叫殷瓦合金，意思是体积不变
因瓦合金（invar，也称为殷钢，改名字原为一商标名），是一种镍铁合金，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。
因瓦合金，也叫做“不变钢”，中文俗称殷钢，是一种镍钢合金，是含镍36%的特殊钢，由于其膨胀系数极小，适合做测量元件。 因瓦是法语“Invar”的音译。
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。
4J36材料牌号。
4J36相近牌号?见表1-1。
表1-1[1,2]
|
俄罗斯 |
美国 |
英国 |
日本 |
法国 |
德国 |
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32H 32H-BИ - |
Invar Nilvar Unipsan?36 |
Invar Nilo36 36Ni |
不变钢 Cactus?LE - |
Invar?Standard Fe-Ni36 - |
Vacodil36 Nilos36 - |
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》。
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。
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。
品种规格与供应状态?品种有棒、管、板、丝和带。
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。
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?
4J36热性能????????????????????????????????????????
4J36溶化温度范围?1430～1450℃[1,2]。
4J36热导率?λ=11W/(m?℃)[1,2]。
4J36比热容?c(20～100℃)=515J/(kg?℃)。
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[1]
|
温度范围/℃ |
|
温度范围/℃ |
|
|
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电性能
4J36电阻率?ρ=0.78μΩ·m[1,2]。
4J36电阻温度系数?见表2-2。?
表2-2[1,2]
|
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 |
4J36磁性能
4J36居里点?Tc=230℃[1,2]。
4J36合金（带材）的磁性能?见表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，剩余磁感应强度Br=0.6T，矫顽力Hc=48A/m[1,2]。
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[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
4J36技术标准规定的性能
4J36室温及各种温度下的力学性能?
4J36硬度?合金在退火状态的硬度HV=140[1,2]。
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[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持久和蠕变性能
4J36疲劳性能?
4J36弹性性能?
4J36弹性模量?合金（退火状态）的弹性模量E=144GPa。
四、4J36组织结构
4J36相变温度
4J36时间-温度-组织转变曲线?
4J36合金组织结构?合金为单相奥氏体组织。
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[1,2]
|
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、工艺性能与要求
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。
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，因此好使用氩弧焊，焊接的填充金属好含有0.5%～1.5%的钛，以减少焊接的气孔和裂缝。
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。
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。
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。
4J36主要适用于电器元件与硬玻璃、软玻璃、陶瓷匹配封接的玻封合金，属于低膨胀合金。其状态有硬态和软态两种．4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金在-60度--80度大气温度变化内有较低的膨胀系数和良好的可塑性，用于制作在气温变化范围内尺寸近于恒定的元件，广泛用于无线电，精密仪表,仪器和其他行业，4J36(Invar36/K93600/1.3912)因瓦合金/玻封合金用来制作标准量具，微波谐振腔，双金属片被动层等。
