4J29

一、4J29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。

1.14J29材料牌号4J29。

1.24J29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	NiloK	KV-1	DilverP0	Vacon12
29HК-BИ	Rodar TechallonyGlasseal29-17	Telcaseal	KV-2 KV-3	DilverP1	Silvar48

1.34J29材料的技术标准YB/T5231-1993《铁镍钴玻封合金4J29和4J44技术条件》。

1.44J29化学成分见表1-2。

表1-2% 

C	Mn	Si	P	S	Cu	Cr	Mo	Ni	Co	Fe
≤
0.03	0.5	0.30	0.020	0.020	0.20	0.20	0.20	28.5～29.5	16.8～17.8	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1-2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%。

1.54J29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。

1.64J29品种规格与供应状态品种有丝、带、板、管和棒材。

1.74J29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。

1.84J29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 

2.14J29热性能

2.1.14J29溶化温度范围该合金溶化温度约为1450℃[1,2]。

2.1.24J29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

2.1.34J29比热容在0℃时，比热容为440J/(kg?℃)；在430℃时，比热容为649J/(kg?℃)。

2.1.44J29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。

2.24J29密度

2.34J29电性能

2.3.14J29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

2.3.14J29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

2.44J29磁性能

2.4.14J29居里点Tc=430℃[1,5]。

2.4.24J29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]。

2.54J29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 

3.14J29技术标准规定的性能

3.1.14J29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。

3.1.24J29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

3.24J29室温及各种温度下的力学性能

3.2.14J29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。

3.2.24J29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

3.34J29持久和蠕变性能

3.44J29疲劳性能

3.54J29弹性性能

3.5.14J29弹性模量E=138GPa。

四、4J29组织结构 

4.14J29相变温度γ→α相变温度在-80℃以下。

4.24J29时间-温度-组织转变曲线

4.34J29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。

4.44J29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YB027-1992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

五、4J29工艺性能与要求 

5.14J29成形性能该合金具有良好的冷、热加工性能，可制成各种复杂形状的零件。但应避免在含硫的气氛中加热。在冷轧时，当带材的冷应变率大于70%时，退火后会引起塑性各向异性；冷应变率在10%～15%范围时，合金在退火后会导致晶粒急剧长大，也将产生合金的塑性各向异性。当最终应变率为60%～65%，晶粒度为7～8.5级时，其塑性各向异性最小[2,4,7～9]。

合金带材的杯突值与厚度的关系见图5-1。

5.24J29焊接性能该合金可采用钎焊、熔焊、电阻焊等方法与铜、钢、镍等金属焊接。当合金中锆含量大于0.06%时，将影响板材的氩弧焊焊接质量，甚至使焊缝开裂。

该合金与玻璃封接前，应清洗干净，随后进行高温湿氢处理、预氧化处理。

5.34J29零件热处理工艺热处理可分为：消除应力退火、中间退火、净化去气处理、预氧化处理。

(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：470～540℃，保温1～2h,炉冷或空冷。

(2)中间退火为消除合金在冷轧、冷拔、冷冲压过程中引起的加工硬化现象，以利于继续加工。工件需在干氢、分解氨或真空中，加热到750～900℃，保温14min～1h，然后炉冷，空冷或水淬。

(3)净化去气处理零件成形后，预氧化处理前，需进行湿氢处理，处理前应进行除油。工作需在饱和湿氢中，加热到950～1050℃，保温10～30min,然后炉冷。

(4)预氧化处理合金在湿氢处理后，熔封前一般要进行预氧化处理，使合金表面生成一层厚度均匀、致密的氧化膜，该氧化膜与基体结合牢固，且能很好地与熔融的玻璃浸润。零件在湿氢处理后，在大约800℃的空气中氧化。零件的增重在0.2～0.4mg/cm2范围为宜[10]。

该合金不能用热处理硬化。

5.44J29表面处理工艺表面处理可用喷砂、抛光、酸洗。

零件与玻璃封接后，为易于焊接，需去除封接时生成的氧化膜，可将零件在10%盐酸 10%硝酸的水溶液中，加热到70℃左右，酸洗2～5min。

该合金具有良好的电镀性能，表面能镀金、银、镍、铬等金属。为便于零件间的焊接或热压粘结，常镀以铜、镍、金、锡的镀层。为改善高频电流的传导能力，降低接触电阻以保证正常的阴极发射特性，常镀以金、银的镀层。为提高器件的耐蚀性能可镀镍或金[11]。

5.54J29切削加工与磨削性能该合金切削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。