4J36殷鋼 Invar36 鐵鎳合金成份性能分析
一、Invar 36(4J36)因瓦合金概述
殷鋼，因瓦，膨脹合金，Invar36®是含鎳36%的鐵鎳合金。在204°C以下，它的熱膨脹系數(shù)大約為碳鋼的十分之一。
Invar 36(4J36)因瓦合金合金又稱因瓦(INVAR)合金，合金的居里點(diǎn)約為230℃，低于這一溫度時(shí)合金是鐵磁性的，具有很低的膨脹系數(shù)，高于這一溫度時(shí)合金為無磁性的，膨脹系數(shù)增大。該合金主要用于制造在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近似恒定的元件，廣泛用于無線電工業(yè)、精密儀器、儀表及其他工業(yè)。
Invar 36(4J36)因瓦合金材料牌號(hào) Invar 36(4J36)因瓦合金。4J36（中國）、Fe-Ni36（法國）、1.3912、Ni36（德國）、X1NiCrMoCu、N 25-20-7(英國）Invar 36、UNSK93600恒溫器合金、UNSK93601壓力容器板材(美國）
Invar 36(4J36)因瓦合金相近牌號(hào) 見表1-1。
表1-1[1,2]
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俄羅斯 |
美國 |
英國 |
日本 |
法國 |
德國 |
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32H 32H-BИ - |
Invar Nilvar Unipsan 36 |
Invar Nilo36 36Ni |
不變鋼 Cactus LE - |
Invar Standard Fe-Ni36 - |
Vacodil36 Nilos36 - |
Invar 36(4J36)因瓦合金材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) YB/T 5241-1993《低膨脹合金4J32、Invar 36(4J36)因瓦合金、4J38和4J40技術(shù)條件》。
Invar 36(4J36)因瓦合金化學(xué)成分 見表1-2。
表1-2%
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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 |
在平均線膨脹系數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下，允許鎳含量偏離表1-2規(guī)定范圍。
Invar 36(4J36)因瓦合金熱處理制度 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的膨脹系數(shù)性能檢驗(yàn)試樣按下述方法加工和熱處理：將半成品試樣加熱至840℃±10℃，保溫1h,水淬，再將試樣加工為成品試樣，在315℃±10℃保溫1h，隨爐冷或空冷。
Invar 36(4J36)因瓦合金品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 品種有棒、管、板、絲和帶。
Invar 36(4J36)因瓦合金熔煉與鑄造工藝 用非真空感應(yīng)爐、真空感應(yīng)爐和電弧爐熔煉。
Invar 36(4J36)因瓦合金應(yīng)用概況與特殊要求 該合金是典型低膨脹合金。經(jīng)航空工廠長期使用，性能穩(wěn)定；使用中應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理工藝及加工工藝，以保證材料的穩(wěn)定性。
二、Invar 36(4J36)因瓦合金物理及化學(xué)性能
Invar 36(4J36)因瓦合金熱性能
Invar 36(4J36)因瓦合金溶化溫度范圍 1430～1450℃[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金熱導(dǎo)率 λ=11W/(m?℃)[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金比熱容 c(20～100℃)=515J/(kg?℃)。
Invar 36(4J36)因瓦合金線膨脹系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定α1(20～100℃)≤1.5×10-6℃-1。
合金試樣在保護(hù)氣氛或真空中加熱到880℃±20℃，保溫1h，以不大于300℃/h冷卻，其平均線膨脹系數(shù)見表2-1。合金的膨脹曲線見圖 2-1。
表2-1[1]
|
溫度范圍/℃ |
|
溫度范圍/℃ |
/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 |
Invar 36(4J36)因瓦合金密度 ρ=8.10g/cm3[1]。
Invar 36(4J36)因瓦合金電性能
Invar 36(4J36)因瓦合金電阻率 ρ=0.78μΩ·m[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金電阻溫度系數(shù) 見表2-2。
表2-2[1,2]
|
溫度范圍/℃ |
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 |
Invar 36(4J36)因瓦合金磁性能
Invar 36(4J36)因瓦合金居里點(diǎn) Tc=230℃[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金合金（帶材）的磁性能 見表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，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br=0.6T，矯頑力Hc=48A/m[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金合金磁導(dǎo)率與溫度的關(guān)系（磁場強(qiáng)度400A/m) 見表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 |
Invar 36(4J36)因瓦合金化學(xué)性能 合金在大氣、淡水、和海水中有一定的耐腐蝕性。
三、Invar 36(4J36)因瓦合金力學(xué)性能
Invar 36(4J36)因瓦合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
Invar 36(4J36)因瓦合金室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
Invar 36(4J36)因瓦合金硬度 合金在退火狀態(tài)的硬度HV=140[1,2]。
Invar 36(4J36)因瓦合金拉伸性能 合金（退火狀態(tài)）在常溫下的拉伸性能見表3-1。在不同冷應(yīng)變下的拉伸性能見表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 |
Invar 36(4J36)因瓦合金持久和蠕變性能
Invar 36(4J36)因瓦合金疲勞性能
Invar 36(4J36)因瓦合金彈性性能
Invar 36(4J36)因瓦合金彈性模量 合金（退火狀態(tài)）的彈性模量E=144GPa。
四、Invar 36(4J36)因瓦合金組織結(jié)構(gòu)
Invar 36(4J36)因瓦合金相變溫度
Invar 36(4J36)因瓦合金時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
Invar 36(4J36)因瓦合金合金組織結(jié)構(gòu) 合金為單相奧氏體組織。
Invar 36(4J36)因瓦合金晶粒度 冷應(yīng)變率ε=60%～70%、厚度d=1mm的帶材，在表4-1所示溫度下退火1h，空冷后，按YB 027-1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)，結(jié)果見表4-1。
表4-1[1,2]
|
退火溫度/℃ |
700 |
750 |
800 |
900 |
1000 |
1050 |
1100 |
1200 |
|
晶粒度級(jí)別 |
開始再結(jié)晶 |
>10 |
>10 |
9.0 |
6.5 |
4.0 |
3.0 |
2.0 |
五、Invar 36(4J36)因瓦合金工藝性能與要求
Invar 36(4J36)因瓦合金成形性能 合金很容易冷、熱加工。熱加工時(shí)應(yīng)避免在含硫的氣氛中加熱。
Invar 36(4J36)因瓦合金焊接性能 合金可采用氧乙炔焊、電弧焊、點(diǎn)焊和氫原子焊等方法焊接。由于膨脹系數(shù)與合金的化學(xué)成分有關(guān)，應(yīng)盡量避免因焊接造成合金成分的改變，因此好使用氬弧焊，焊接的填充金屬好含有0.5%～1.5%的鈦，以減少焊接的氣孔和裂縫。
Invar 36(4J36)因瓦合金零件熱處理工藝 該合金熱處理可分為：消除應(yīng)力退火、中間退火及穩(wěn)定化處理。
(1)消除應(yīng)力退火 為消除零件在機(jī)械加工后的殘存應(yīng)力，要進(jìn)行消除應(yīng)力退火：530～550℃，保溫1～2h,爐冷。
(2)中間退火 為消除合金在冷軋，冷拔、冷沖壓過程引起的加工硬化現(xiàn)象，以利于繼續(xù)加工。工件加熱到830～880℃，保溫30min，爐冷或空冷。
(3)穩(wěn)定化處理 為獲得具有較低的膨脹系數(shù)又能使其性能穩(wěn)定的處理。一般采用三段處理。
a)均勻化：在加熱中，合金中的雜質(zhì)充分固溶和合金化元素趨于均勻。工件在保護(hù)氣氛中，加熱到830℃，保溫20min～1h，淬火。
b)回火：在回火過程中能夠部分消除由淬火產(chǎn)生的應(yīng)力。工件加熱到315℃，保溫1～4h，爐冷。
c)穩(wěn)定化時(shí)效：使合金的尺寸穩(wěn)定。工件加熱到95℃，保溫48h。對(duì)于冷加工或機(jī)械加工后的高精度零件，不宜采用高溫處理時(shí)，可采用下述消除應(yīng)力穩(wěn)定化處理：工件加熱到315～370℃，1～4h。
該合金不能用熱處理硬化。
Invar 36(4J36)因瓦合金表面處理工藝 表面處理可采用噴砂、拋光或酸洗。合金可用25%鹽酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
Invar 36(4J36)因瓦合金切削加工與磨削性能 該合金切削加工特性和奧氏體不銹鋼相似。加工時(shí)采用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，低速切削加工。切削時(shí)可使用冷卻劑。該合金磨削性能良好。
