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4J33膨胀合金

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 《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 冶韩实业可供品种有丝、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。

图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。
当最终应变率为60%～65%，晶粒度7～8.5级时，其塑性各向异性最小。

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。

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