4J29
材料牌号：4J29精密合金
一、4J29精密合金概述：
4J29合金又称可伐(Kovar)合金。该合金在20～450℃具有与硅硼硬玻璃相近的线膨胀系数，居里点较高，并有良好的低温组织稳定性。合金的氧化膜致密，能很好地被玻璃浸润。且不与汞作用，适合在含汞放电的仪表中使用。是电真空器件主要密封结构材料。
1、4J29材料牌号： 4J29。
2、4J29相近牌号： 见表1-1。
表1-1[1～4]
| 俄罗斯 | 美国 | 英国 | 日本 | 法国 | 德国 |
| 29HК | Kovar | Nilo K | KV-1 | Dilver P0 | Vacon 12 |
| 29HК-BИ | Rodar Techallony Glasseal 29-17 |
Telcaseal | KV-2 KV-3 | Dilver P1 | Silvar 48 |
3、4J29材料的技术标准：
4、4J29化学成分： 见表1-2。
表1-2 %
| C≤ | Si≤ | Mn≤ | P≤ | S≤ | Cr≥ | Ni≥ | Mo≥ | Cu≤ |
| 0.03 | 0.30 | 0.50 | 0.020 | 0.020 | - | 28.5-29.5 | - | 0.20 |
| 其他 | Al≤ | Ti≤ | Fe≤ | Co≤ | V≤ | W≤ | Nb≤ | N≤ |
| - | - | 余量 | 16.8-17.8 | - | - | - |
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。铝、镁、锆和钛的含量各不大于0.10%，其总量应不大于0.20%。
5、4J29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，在氢气气氛中加热至900℃±20℃,保温1h，再加热至1100℃±20℃，保温15min，以不大于5℃/min速度冷至200℃以下出炉。
6、4J29品种规格与供应状态：品种有丝、带、板、管和棒材。
7、4J29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。
8、4J29应用概况与特殊要求：该合金是国际通用的典型的Fe-Ni-Co硬玻璃封接合金。经航空工厂长期使用，性能稳定。主要用于电真空元器件如发射管、振荡管、引燃管、磁控管、晶体管、密封插头、继电器、集成电路的引出线、底盘、外壳、支架等的玻璃封接。在应用中应使选用的玻璃与合金的膨胀系数相匹配。根据使用温度严格检验其低温组织稳定性。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、4J29物理及化学性能：
1、4J29热性能：
(1)、4J29溶化温度范围：该合金溶化温度约为1450℃[1,2]。
(2)、4J29热导率： 见表2-1。
表2-1[1]
| θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| λ/(W/(m·℃)) | 20.6 | 21.5 | 22.7 | 23.7 | 25.4 |
(3)、4J29比热容： 在0℃时，比热容为440J/(kg•℃)；在430℃时，比热容为649J/(kg•℃)。
(4)、4J29线膨胀系数： 标准规定α1(20～400℃)=(4.6～5.2)×10-6℃-1；α1(20～450℃)=(5.1～5.5)×10-6℃-1(当用于晶体管时上限为5.6×10-6℃-1)。合金的平均线膨胀系数见表2-2。合金的膨胀曲线见图2-1。
2、4J29密度：
3、4J29电性能：
(1)、4J29电阻率：ρ=0.48μΩ·m[1,5]。
表2-2[1]
| θ/℃ |  /10-6℃-1 |
θ/℃ | /10-6℃-1 |
| 20～60 | 7.8 | 20～500 | 6.2 |
| 20～100 | 6.4 | 20～550 | 7.1 |
| 20～200 | 5.9 | 20～600 | 7.8 |
| 20～300 | 5.3 | 20～700 | 9.2 |
| 20～400 | 5.1 | 20～800 | 10.2 |
| 20～450 | 5.3 | 20～900 | 11.4 |
(2)、4J29电阻温度系数：见表2-3。
表2-3[1]
| 温度范围/℃ | 20～50 | 20～85 | 20～100 | 20～200 | 20～300 | 20～400 |
| αR/10-3℃-1 | 3.7 | 3.7 | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.3 |
4、4J29磁性能：
(1)、4J29居里点： Tc=430℃[1,5]。
(2)、4J29合金的磁性能：见表2-4[1]。
在4000A/m下，剩余磁感应强度Br=0.98T，矫顽力Hc=68.8A/m[1,2]。
5、4J29化学性能：合金在大气、淡水和海水中有较好的耐腐蚀性。
表2-4[1,2]
| H/(A/m) | B/T | H/(A/m) | B/T | H/(A/m) | B/T |
| 8 | 0.9×10-2 | 80 | 0.35 | 2000 | 1.47 |
| 16 | 2.1×10-2 | 160 | 0.81 | 4000 | 1.61 |
| 24 | 3.6×10-2 | 400 | 1.17 | ||
| 40 | 8.3×10-2 | 800 | 1.34 |
三、4J29力学性能：
1、4J29技术标准规定的性能：
(1)、4J29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时不作硬度检验。
(1)、4J29抗拉强度： 丝材和带材的抗拉强度应符合表3-2的规定。
表3-1
| 状态 | δ/mm | 硬度HV |
| 深冲态 | >2.5 | ≤170 |
| ≤2.5 | ≤165 |
表3-2
| 状态代号 | 状态 | σb/MPa | |
| 丝材 | 带材 | ||
| R | 软态 | <585 | <570 |
| 1/4I | 1/4硬态 | 585～725 | 520～630 |
| 1/2I | 1/2硬态 | 655～795 | 590～700 |
| 3/4I | 3/4硬态 | 725～860 | 600～770 |
| I | 硬态 | >850 | >700 |
2、4J29室温及各种温度下的力学性能：
(1)、4J29硬度： 冷应变率为50%的带材，在不同退火温度下的硬度见图3-1。
(2)、4J29拉伸性能：合金（退火态）在室温的拉伸性能见表3-3。冷应变率为50%的带材，在不同退火温度下的拉伸性能见图3-2。
表3-3[1,5]
| σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% |
| 520 | 330 | 30 |
3、4J29持久和蠕变性能：
4、4J29疲劳性能：
5、4J29弹性性能：4J29弹性模量： E=138GPa。
四、4J29组织结构：
1、4J29相变温度：γ→α相变温度在-80℃以下。
2、4J29时间-温度-组织转变曲线：
3、4J29合金组织结构：合金按1.5规定的热处理制度处理后，再经-78.5℃冷冻，大于等于4h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。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越趋向稳定。合金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、4J29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%。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%的厚的带材，在表4-1所示温度下退火1h,空冷后，按YB 027-1992附录A评级，其晶粒度见表4-1。
表4-1[1,2]
| 退火温度/℃ | 675 | 700 | 750 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
| 晶粒度级别 | 开始再结晶 | >10 | >10 | 10 | 7.5 | 5.0 | 4.0 | 3.0 |
