4J32、4J36、invar殷鋼標準: YB/T 5241成份性能

4J32低膨脹合金介紹

4J32是典型的低膨脹合金，又稱超因瓦合金（Super-Invar）。4J32低膨脹合金在大氣溫度變化范圍內(nèi)（-60-80℃）具有很低的膨脹系數(shù)。其塑性良好，性能穩(wěn)定，導(dǎo)熱性差。主要用于制造在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)，尺寸高度精確的精密部件和在常溫附近要求尺寸恒定的膨脹系數(shù)極低的精密儀器、儀表器件、諧振腔零件和熱雙金屬被動層及其他隨溫度變化刻度漂移很小的無線電頻率元件、標準刻度尺、天文儀器構(gòu)架及鐘表擺輪等裝置中。隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展、4132低膨脹合金已應(yīng)用于航天遙感器型號的平面和球面反射鏡框結(jié)構(gòu)件上。其目的在于利用它的低的膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率接近于無色光學玻璃的線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的特性，從而獲得光學玻璃在鏡框中的穩(wěn)定可靠的定位，保證航天遙感器在高空復(fù)雜環(huán)境中傳輸高質(zhì)量的信息。

4J32低膨脹合金在使用時應(yīng)嚴格控制化學成分，根據(jù)零件的使用溫度嚴格檢驗其組織穩(wěn)定性。當合金成分發(fā)生偏差時，在常溫和低溫環(huán)境下會發(fā)生不同程度的奧氏體（y）向針狀馬氏體（a）轉(zhuǎn)變。相變時，伴隨著體積膨脹效應(yīng)，造成合金膨脹系數(shù)相應(yīng)提高。該合金含鎳量較高，塑性好，在大氣、海水、淡水中具有較好的耐腐蝕性能。合金在退火狀態(tài)下硬度HV為150。

4J32低膨脹合金的主要化學成分

熱處理工藝

4J32合金的熱處理工藝

4J32材料在加工過程中熱處理工藝主要分為三類∶消除應(yīng)力退火、中間退火、穩(wěn)定化處理。

（1）消除應(yīng)力退火。零件在機械加工后材料中會存有殘余應(yīng)力，必須進行應(yīng)力退火∶530~550℃，保溫 1~2h，隨爐冷卻。

（2）中間退火。為消除合金在冷拔、冷沖壓、冷軋等過程引起的加工硬化現(xiàn)象，進行中間退火以利于繼續(xù)加工∶830~880℃，保溫 30min，隨爐冷卻或空冷。

（3）穩(wěn)定化處理。在熱處理過程中，合金的組織結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不同程度的奧氏體（y）向針狀馬氏體（a）的轉(zhuǎn)變并伴隨體積膨脹效應(yīng)，影響低溫組織的穩(wěn)定性，為獲得具有較低膨脹系數(shù)而又穩(wěn)定的材料，一般采用三段處理∶

均勻化∶加熱工件，將材料中的雜質(zhì)充分固熔和合金化學元素趨于均勻化。工件在保護氣體中加熱到 830℃，保溫 20min~1h，淬火。

回火∶將均勻化過程中淬火產(chǎn)生的應(yīng)力部分消除。將工件加熱到 315℃，保溫 1h~4h，隨爐冷卻。

穩(wěn)定化時效∶使合金的性能穩(wěn)定。將工件加熱到95膨脹系數(shù)，保溫 48h。

對于冷加工或機械加工后不宜采用高溫處理的高精度零件，可將工件加熱到 315~370℃，保溫 1~4h 進行穩(wěn)定化處理。

4J32低膨脹合金的可加工性

4J32低膨脹合金含鎳量高達31.5%～33.0%。雖然鎳能使材料的強度、塑性、韌性增加，熱導(dǎo)率降低。但是，含鎳量超過8%形成奧氏體鋼，奧氏體其硬度雖然不高（HB=160），而切性很高，切削性軟粘，使切削性能顯著下降。凡導(dǎo)熱系數(shù)小于41.87 W/m·K的材料均屬于難加工材料。4J32低膨脹合金的導(dǎo)熱系數(shù)僅為13.4 W/m·K，因此可加工性很低，屬于難加工材料之一。

切削力大

4J32低膨脹合金塑性和韌性較好，抗拉強度和硬度雖不很高，一般與中碳鋼接近，但是其延伸率是 45#鋼的2倍左右，切削時塑性變形大，晶格歪扭畸變，斷面收縮也較高，加工硬化傾向大，從而造成切削阻力大。

切削溫度高

該合金切削變形大，導(dǎo)熱系數(shù)較低（K=13.4W/m·K）.比1CrI8Ni9Ti（K=16.3W/m·K）還低，僅是45號鋼（K=50.2 W/m·K）的1/4，因此，切削時產(chǎn)生的大量熱量不易被切屑帶走，集中在刀具上，造成刀具磨損加快，降低了使用壽命。

刀具磨損大

由于切削力大和切削溫度較高，刀具極易產(chǎn)生氧化磨損和擴散磨損。同時，這種材料軟粘塑性較大，切削時增加了切屑和刀具前刀面的摩擦，加劇了刀具前刀面的磨損。

平面反射鏡框的銑削加工

平面反射鏡框是 1個形狀復(fù)雜且不規(guī)則的結(jié)構(gòu)零件。主要切削加工是在普通銑床和數(shù)控銑床上完成各項內(nèi)外形的加工。專門設(shè)計了加工4J32低膨脹合金的立銑刀，選用前角 Y。=15°，螺旋槽β=45°，擴大出屑槽、防止切屑阻塞;后角qg=16°左右，以減少切屑變形與后刀面的摩擦。刀具材料采用 M2A 無鈷超硬高速鋼。M2A 比 W18的淬火和高溫硬度及抗彎強度都高、在切削速度方面W18一般低于50~60 m/min，而 M2A可達 100 m/min左右，提高了切削效率，使用壽命比W18高約5一10倍。

球面反射鏡框的車削加工

車削 4J32 低膨脹合金應(yīng)選用耐熱性好，耐磨性，粘附性小的硬質(zhì)合金和高速鋼（如∶YG6、YG8和 813、M2A））作為切削刀具。在刀具幾何參數(shù)采用較大前角，刀刃鋒利，切削輕快并使切屑和刀具不易粘結(jié)、易卷曲和折斷。Y。=12"～20*，后角an=6°～10*;高速鋼αo=8°~12°，主偏角Kr=60°~75"之間

結(jié)束語

4J32低膨脹合金的切削加工性能類似于 1Cr18Ni9Ti 奧氏體不銹鋼。切削加工時，應(yīng)根據(jù)這種材料的特性，選用合適的刀具材料、合理的刀具幾何參數(shù)和最佳的切削速度（一般采用低速切削加工）及切削量，零件的質(zhì)量是可以保證的。平面和球面反射鏡框的加工質(zhì)量，經(jīng)三坐標測量機檢測，數(shù)據(jù)達到設(shè)計要求;同時，框架的恒定和穩(wěn)定性，通過線膨脹系數(shù)測定全達到規(guī)定的要求。由此可見，平面和球面反射鏡框經(jīng)模樣、初樣的切削加工，掌握了難加工材料4I32低膨脹合金的切削規(guī)律，為新型號航天器設(shè)計選用低膨脹合金奠定了可加工性的基礎(chǔ)。