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成分與熱處理對(duì)4J36因瓦合金（殷鋼Invar Steel鐵鎳合金）力學(xué)和物理性能的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司m.85978597.cn
更新時(shí)間：2015-04-16
為了提高因瓦合金的強(qiáng)度，已開發(fā)出了Fe-Ni-C、Fe-Ni-Mn-C、Fe-Ni-Co等因瓦合金體系。與因瓦合金相對(duì)應(yīng)的國(guó)內(nèi)牌號(hào)為4J36合金，含35.0%～37.0%Ni，余為Fe。4J36合金具有熱膨脹系數(shù)小、良好的尺寸穩(wěn)定性和容易消磁等特點(diǎn)，因而在航空航天、軍事武器、微波通訊、彩電蔭罩以及石油運(yùn)輸容器等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。
??含鎳36%的Fe-Ni合金具有很低的膨脹系數(shù)，因其尺寸幾乎不隨溫度變化而被稱為因瓦合金。因瓦合金的強(qiáng)度和硬度不高，抗拉強(qiáng)度一般＜500MPa。為了提高因瓦合金的強(qiáng)度，已開發(fā)出了Fe-Ni-C、Fe-Ni-Mn-C、Fe-Ni-Co等因瓦合金體系。元素添加量增加雖能提高機(jī)體合金的強(qiáng)度，但合金的膨脹性能也隨之增大。因此，通過(guò)元素調(diào)整獲得因瓦合金強(qiáng)度的同時(shí)，也要兼顧低膨脹系數(shù)這一指標(biāo)。此外，該類合金只有在熱處理后才能發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。
與因瓦合金相對(duì)應(yīng)的國(guó)內(nèi)牌號(hào)為4J36合金，含35.0%～37.0%Ni，余為Fe。4J36合金具有熱膨脹系數(shù)小、良好的尺寸穩(wěn)定性和容易消磁等特點(diǎn)，因而在航空航天、軍事武器、微波通訊、彩電蔭罩以及石油運(yùn)輸容器等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，成為21世紀(jì)倍受人們關(guān)注的合金之一，并在應(yīng)用中得到了不斷的發(fā)展。為此，針對(duì)國(guó)內(nèi)某特殊行業(yè)用4J36合金的成分及性能要求，通過(guò)研究成分與熱處理過(guò)程中退火溫度的選擇對(duì)合金性能的影響，為特殊工況環(huán)境用4J36合金成分及熱處理工藝的優(yōu)化提供依據(jù)。
表1??試驗(yàn)合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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合金
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Ni
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Fe
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技術(shù)條件
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≤0.05
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≤0.3
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≤0.6
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≤0.02
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≤0.02
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35.0-37.0
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余量
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No.1
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0.001
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0.065
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0.10
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0.0032
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0.006
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36.17
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余量
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No.2
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0.003
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0.089
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0.30
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0.0032
|
0.006
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36.17
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余量
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No.3
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0.007
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0.082
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0.41
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0.0035
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0.007
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36.49
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余量
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?
試驗(yàn)合金采用10kg真空感應(yīng)爐熔煉，通過(guò)添加具有梯度含量的C和Mn冶煉三爐合金，錠重5kg，成分如表1所示。將得到的鑄錠熱鍛至Φ15mm的棒料，在鍛棒上取樣制成拉伸試樣，在MTS萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試合金室溫拉伸性能。將鍛棒在850℃條件下進(jìn)行退火軟化處理后機(jī)加工成Φ4mm×25mm膨脹測(cè)試試樣和Φ4.5mm×150mm彈性模量測(cè)試試樣。熱膨脹系數(shù)測(cè)試在DP-49光學(xué)三角差示膨脹儀上進(jìn)行，彈性模量測(cè)試在DT-1彈性綜合測(cè)量?jī)x上進(jìn)行。將優(yōu)選成分的合金鍛棒在箱式電阻爐中進(jìn)行退火熱處理，退火溫度為820、880、940和1000℃，保溫時(shí)間為1h，空冷。在經(jīng)不同熱處理后的合金棒料上沿縱向截取金相試樣，用OLYMPUS?GX71光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行組織觀察。測(cè)定試樣顯微硬度選用HXS-1000A型數(shù)顯顯微維氏硬度計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果如下：
（1）4J36合金中添加C、Si、Mn總量的增加可使合金的彈性模量、強(qiáng)度和硬度增加，但會(huì)使線膨脹系數(shù)（20～100℃）顯著增大，因此通過(guò)增加C、Si、Mn含量來(lái)獲得高彈性模量、高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，為滿足線膨脹系數(shù)的指標(biāo)要求，應(yīng)將合金中∑（C+Si+Mn）控制在0.65%以下。
（2）4J36合金鍛態(tài)及退火處理后的組織均為單一的等軸晶奧氏體，退火處理后的組織均勻性得到改善。隨退火溫度升高，奧氏體晶粒逐漸長(zhǎng)大并發(fā)生了明顯粗化，合金拉伸斷口呈現(xiàn)典型的韌性斷裂形貌。
（3）隨著退火溫度的升高，試驗(yàn)合金的抗拉強(qiáng)度和硬度明顯下降，伸長(zhǎng)率先顯著上升后略有降低。合金在820～880℃范圍進(jìn)行退火時(shí)經(jīng)歷了回復(fù)及完全再結(jié)晶，組織均勻性的明顯改善，伸長(zhǎng)率顯著提高。通過(guò)對(duì)比分析可知，4J36合金在820～850℃范圍內(nèi)進(jìn)行退火處理，具有最佳的綜合力學(xué)性能。
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