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成分與熱處理對4J36因瓦合金（殷鋼Invar Steel鐵鎳合金）力學和物理性能的影響
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-04-16
為了提高因瓦合金的強度，已開發出了Fe-Ni-C、Fe-Ni-Mn-C、Fe-Ni-Co等因瓦合金體系。與因瓦合金相對應的國內牌號為4J36合金，含35.0%～37.0%Ni，余為Fe。4J36合金具有熱膨脹系數小、良好的尺寸穩定性和容易消磁等特點，因而在航空航天、軍事武器、微波通訊、彩電蔭罩以及石油運輸容器等行業中得到了廣泛應用。
??含鎳36%的Fe-Ni合金具有很低的膨脹系數，因其尺寸幾乎不隨溫度變化而被稱為因瓦合金。因瓦合金的強度和硬度不高，抗拉強度一般＜500MPa。為了提高因瓦合金的強度，已開發出了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體合金的強度，但合金的膨脹性能也隨之增大。因此，通過元素調整獲得因瓦合金強度的同時，也要兼顧低膨脹系數這一指標。此外，該類合金只有在熱處理后才能發揮其性能優勢。
與因瓦合金相對應的國內牌號為4J36合金，含35.0%～37.0%Ni，余為Fe。4J36合金具有熱膨脹系數小、良好的尺寸穩定性和容易消磁等特點，因而在航空航天、軍事武器、微波通訊、彩電蔭罩以及石油運輸容器等行業中得到了廣泛應用，成為21世紀倍受人們關注的合金之一，并在應用中得到了不斷的發展。為此，針對國內某特殊行業用4J36合金的成分及性能要求，通過研究成分與熱處理過程中退火溫度的選擇對合金性能的影響，為特殊工況環境用4J36合金成分及熱處理工藝的優化提供依據。
表1??試驗合金的化學成分（質量分數，%）
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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
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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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?
試驗合金采用10kg真空感應爐熔煉，通過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萬能試驗機上測試合金室溫拉伸性能。將鍛棒在850℃條件下進行退火軟化處理后機加工成Φ4mm×25mm膨脹測試試樣和Φ4.5mm×150mm彈性模量測試試樣。熱膨脹系數測試在DP-49光學三角差示膨脹儀上進行，彈性模量測試在DT-1彈性綜合測量儀上進行。將優選成分的合金鍛棒在箱式電阻爐中進行退火熱處理，退火溫度為820、880、940和1000℃，保溫時間為1h，空冷。在經不同熱處理后的合金棒料上沿縱向截取金相試樣，用OLYMPUS?GX71光學顯微鏡對試樣進行組織觀察。測定試樣顯微硬度選用HXS-1000A型數顯顯微維氏硬度計。試驗結果如下：
（1）4J36合金中添加C、Si、Mn總量的增加可使合金的彈性模量、強度和硬度增加，但會使線膨脹系數（20～100℃）顯著增大，因此通過增加C、Si、Mn含量來獲得高彈性模量、高強度和硬度的同時，為滿足線膨脹系數的指標要求，應將合金中∑（C+Si+Mn）控制在0.65%以下。
（2）4J36合金鍛態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，奧氏體晶粒逐漸長大并發生了明顯粗化，合金拉伸斷口呈現典型的韌性斷裂形貌。
（3）隨著退火溫度的升高，試驗合金的抗拉強度和硬度明顯下降，伸長率先顯著上升后略有降低。合金在820～880℃范圍進行退火時經歷了回復及完全再結晶，組織均勻性的明顯改善，伸長率顯著提高。通過對比分析可知，4J36合金在820～850℃范圍內進行退火處理，具有最佳的綜合力學性能。
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