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一、4J40概述
4J40属于Fe-Ni-Co三元合金，居里点在300℃以上。该合金在-20～300℃温度范围内具有较低的膨胀系数，直至-60℃温度下，不发生奥氏体(γ)→马氏体(M)的转变。该合金主要用于制造要求在-50～300℃温度范围内尺寸高度精密的仪表零件和电子器件。
1.1 4J40材料牌号 4J40。
1.2 4J40相近牌号
1.3 4J40材料的技术标准 YB/T 5241-1993《低膨胀合金4J32、4J36、4J38和4J40技术条件》。
1.4 4J40化学成分 见表1-1。
表1-1%
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ni |
Co |
Fe |
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≤ |
|||||||
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0.05 |
0.15 |
0.25 |
0.020 |
0.020 |
32.4～33.4 |
7.00～8.00 |
余量 |
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1-1规定范围。
1.5 4J40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按下述方法加工和热处理：将半成品试样加热至840℃±10℃，保温1h,水淬，再将试样加工为成品试样，在315℃±10℃保温1h，随炉冷或空冷。
1.6 4J40品种规格与供应状态 管、丝和带材。
1.7 4J40熔炼与铸造工艺 用非真空感应、真空感应炉和电弧炉熔炼。
1.8 4J40应用概况与特殊要求 该合金是20世纪70年代我国研制的新产品。经多年使用性能稳定。主要用于电真空工业中制造各种束调管、微波管的谐振腔和外形尺寸随温度变化较小的零部件。在使用中应严格控制热处理工艺及加工工艺，根据使用温度应严格检验其组织稳定性能。
二、4J40物理及化学性能
2.1 4J40热性能
2.1.1 4J40线膨胀系数
标准规定α1(20～300℃)≤2.0×10-6℃-1。
合金的平均线膨胀系数见表2-1。合金的膨胀曲线见图2-1。
表2-1
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20～50℃ |
20～100℃ |
20～200℃ |
20～300℃ |
20～400℃ |
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1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.7 |
4.5 |
2.2 4J40密度
2.3 4J40电性能
2.4 4J40磁性能 合金属于铁磁性。
2.5 4J40化学性能 合金在大气、淡水和海水中有较好的耐腐蚀性。
三、4J40力学性能
四、4J40组织结构
4.1 4J36相变温度 γ→α相变温度在－60℃以下。
4.2 4J36时间-温度-组织转变曲线
4.3 4J36合金组织结构 合金按1.5规定的热处理制度处理后，为奥氏体组织，而且再经-60℃冷冻2h,不应出现马氏体组织。但当合金成分不当时，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。
五、4J40工艺性能与要求
5.1 4J40成形性能 该合金很容易冷、热加工。热加工时应避免在含硫的气氛中加热。
5.2 4J40焊接性能 合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法焊接。由于膨胀系数与化学成分有关，应尽量避免因焊接造成合金成分的改变，因此，好采用氩弧焊。
5.3 4J40零件热处理工艺 热处理可分为：消除应力退火、中间退火及稳定化处理。
(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：530～550℃，保温1～2h,炉冷。
(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。工件加热到830～880℃，保温30min，炉冷或空冷。
(3)稳定化处理 为获得具有较低的膨胀系数又能使其性能稳定。一般采用三段处理。
a)均匀化：在加热中，合金中的杂质充分固溶和合金元素趋于均匀。工件在保护气氛中，加热到830℃，保温20min～1h，淬火。
b)回火：在回火过程中能够部分消除由淬火产生的应力。工件加热到315℃，保温1～4h，炉冷。
c)稳定化时效：使合金的尺寸稳定。工件加热到95℃，保温48h。
对于冷加工或机械加工后的高精度零件，不宜采用高温处理时，可采用下述消除应力稳定化处理：工件加热到315～370℃，1～4h。
该合金不能用热处理硬化。
5.4 4J40表面处理工艺 表面处理可采用喷砂、抛光或酸洗。合金可用25%盐酸溶液在70℃下酸洗，清除氧化皮。
5.5 4J40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。
