4J32、4J36、invar殷鋼標(biāo)準(zhǔn): 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(dòng)層及其他隨溫度變化刻度漂移很小的無線電頻率元件、標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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(xué)玻璃的線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的特性，從而獲得光學(xué)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(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制化學(xué)成分，根據(jù)零件的使用溫度嚴(yán)格檢驗(yàn)其組織穩(wěn)定性。當(dāng)合金成分發(fā)生偏差時(shí)，在常溫和低溫環(huán)境下會(huì)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(shí)，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(xué)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(jī)械加工后材料中會(huì)存有殘余應(yīng)力，必須進(jìn)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(jìn)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(huì)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(xué)元素趨于均勻化。工件在保護(hù)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(shí)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(duì)于冷加工或機(jī)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(jìn)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(dá)31.5%～33.0%。雖然鎳能使材料的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(hào)鋼（K=50.2 W/m·K）的1/4，因此，切削時(shí)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(kuò)散磨損。同時(shí)，這種材料軟粘塑性較大，切削時(shí)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(gè)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(xiàng)內(nèi)外形的加工。專門設(shè)計(jì)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(kuò)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(qiáng)度都高、在切削速度方面W18一般低于50~60 m/min，而 M2A可達(dá) 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(yǔ)

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(shí)，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(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)，數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求;同時(shí)，框架的恒定和穩(wěn)定性，通過線膨脹系數(shù)測(cè)定全達(dá)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(hào)航天器設(shè)計(jì)選用低膨脹合金奠定了可加工性的基礎(chǔ)。