一、4J33概述

    4J33是结合我国的陶瓷特点研制的陶瓷封接合金。合金在-60℃~600℃温度范围内具有与95%Al2O3陶瓷相近的线膨胀系数。主要用于和陶瓷进行匹配封接,是电真空工业中重要的封接结构材料。

1.1 4J33材料牌号 4J33。

1.2 4J33相近牌号 见表1-1。

                                表1-1

1.3 4J33材料的技术标准 YB/T 5234-1993《瓷封合金4J33、4J34技术条件》。

1.4 4J33化学成分  见表1-2。

                               表1-2%

在平均线膨胀系数达到标准规定条件下,允许镍、钴含量偏离表1-2规定范围。

1.5 4J33热处理制度 标准规定的膨胀系数及低温组织稳定性的性能检验试样,在保护气氛或真空中加热到900℃±20℃,保温1h,以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出炉。

1.6 4J33品种规格与供应状态 品种有丝、管、板、带和棒材。

1.7 4J33熔炼与铸造工艺 用非真空感应炉、真空感应炉或电弧炉熔炼。

1.8 4J33应用概况与特殊要求 该合金经航空工厂长期使用,性能稳定。主要用于电真空元件与Al2O3陶瓷封接。制造大型电子管和磁控管的电极、引出盘和引出线。在使用中应使选用的陶瓷与合金的膨胀系数相匹配。当选用合金时,应根据使用温度严格检验低温组织稳定性。在加工过程中应进行适当的热处理,以保证材料具有良好的深冲引伸性能。当使用锻材时应严格检验其气密性。

二、4J33物理及化学性能   

2.1 4J33热性能 

2.1.1 4J33熔化温度范围 该合金溶化温度约为1450℃。

2.1.2 4J33热导率 4J33合金热导率λ=17.6W/(m?℃)。

2.1.3 4J33线膨胀系数 标准规定的合金平均线膨胀系数见表2-1。

该合金的平均线膨胀系数见表2-2。4J33合金的膨胀曲线见图2-1。

                  表2-1                                        表2-2

2.2 4J33密度 ρ=8.27g/cm3。

2.3 4J33电性能

2.3.1 4J33电阻率 ρ=0.46μΩ·m。

2.3.2 4J33电阻温度系数 见表2-4。 

                                          表2-4

2.4 4J33磁性能

2.4.1 4J33居里点 Tc=440℃。  

2.4.2 4J33合金的磁性能 见表2-6。

                                            表2-6

在4000A/m下,剩余磁感应强度Br=1.06T,矫顽力Hc=63.2A/m。

2.5 4J33化学性能 该合金在大气、淡水和海水中具有较好的耐腐蚀性。

三、4J33力学性能

3.1 4J33技术标准规定的性能

3.1.1 4J33硬度 深冲态带材的硬度应符合表3-1的规定。厚度不大于0.2mm的带材不做硬度检验。

                           表3-1

3.1.2 4J33抗拉强度 丝材和带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。

                                              表3-2

3.2 4J33室温及各种温度下的力学性能 

3.2.1 4J33硬度 合金带材(退火态)硬度见表3-3。

3.2.2 4J33拉伸性能 合金(退火态)在室温的拉伸性能见表3-3。

                            表3-3

3.3 4J33持久和蠕变性能

3.4 4J33疲劳性能 

3.5 4J33弹性性能 弹性模量E=139GPa。

四、4J33组织结构

4.1 4J33相变温度 4J34合金 γ→α相变温度在-80℃以下。4J33较4J34组织稳定。 

4.2 4J33时间-温度-组织转变曲线 

4.3 4J33合金组织结构 该合金的组织为单相奥氏体。按1.5规定的热处理制度处理后,4J34再经-78.5℃下冷冻,不应出现马氏体组织。

当合金成分不当时,在常温或低温下将发生不同程度的奥氏体(γ)向针状马氏体(α)转变。相变时伴随着体积膨胀效应。合金的膨胀系数相应增高,致使封接件的内应力剧增,甚至造成部分损坏。影响合金低温组织稳定性的主要因素是合金的化学成分。从Fe-Ni-Co三元相图中可以看到,镍是稳定奥氏体(γ)相的主要元素,镍含量偏高有利于γ相的稳定。随合金总变形率增加其组织愈趋向稳定。合金的成分偏析也可能造成局部区域的γ→α相变。此外,晶粒粗大也会促进γ→α相变。

4.4 4J33晶粒度 标准规定,深冲态带材的晶粒度应不小于7级,小于7级的晶粒不得超过面积的10%。对厚度小于0.13mm的带材,估计平均晶粒度时,沿带材厚度方向晶粒个数应不少于8个。

冷应变率为60%~70%的1mm厚4J33带材,在表4-1所示温度下退火,空冷后,按YB 027-1992附录A进行晶粒度评级,结果见表4-1。

                                       表4-1

五、4J33工艺性能与要求

5.1 4J33成形性能 该合金具有良好的冷、热加工性能,可制成各种复杂形状的零件。但应避免在含硫的气氛中加热。在冷加工时,带材的冷应变率大于70%,退火后会引起塑性各向异性。应变率在10%~15%内,合金在退火时会导致晶粒急剧长大,也将产生合金的塑性各向异性。当 终应变率为60%~65%,晶粒度7~8.5级时,其塑性各向异性 小。

5.2 4J33焊接性能 该合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法与铜、钢、镍等金属焊接。当合金中锆含量大于0.06%时,将影响板材的氩弧焊焊接质量,甚至使焊缝开裂。

该合金的零件在与陶瓷封接前,应进行退火、清洗、镀镍,然后与金属化后再镀镍的陶瓷件用银焊封接。

5.3 4J33零件热处理工艺 热处理可分为:消除应力退火、中间退火。

(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:470~540℃,保温1~2h,炉冷或空冷。

(2)中间退火 为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程引起的加工硬化现象,以利于继续加工。工件需在干氢、分解氨或真空中加热到750~900℃,保温15min~1h,然后炉冷、空冷或水淬。

该合金不能用热处理硬化。

5.4 4J33表面处理工艺 表面处理可用喷砂、抛光、酸洗。该合金具有良好的电镀性能,表面能镀金、银、镍、铬等金属。

5.5 4J33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。