4j29合金的表面處理（4J42膨脹合金熱處理工藝對力學性能的影響）

2023-05-17 15:42:19 1

4J42合金是鐵鎳定膨脹合金,含有42%的鎳元素,鐵元素次之,平均膨脹係數（常溫條件）為1.6x10-6/ ℃，低膨脹係數波動較小，主要適用於航天航空、精密儀器、電子設備等多個領域，是製造杜美絲芯材(Dumet wire)的主要原材料。杜美絲是用來封接鉑組玻璃的專用金屬材料，因為其性能總體表現最好。普遍適用於半導體、電子管等領域。退火處理環節在4J42合金製造中極為重要，嚴重影響到成品的質量表現。本實驗通過熱處理溫度和保溫時間兩個因素，分析對4J42冷軋板組織及性能的影響及其規律表現，以期在4J42的工業生產中制訂較為科學的熱處理工藝依據。

1.實驗

1.1 實驗選材

化學成分

1.2 實驗方法

熱處理溫度為：900攝氏度、975 攝氏和1050攝氏度

保溫時間為：3分鐘 、4分鐘 、5分鐘 、6分鐘

採取線切割的方式切取金相試樣和室溫拉伸試樣,金相試樣是r=10毫米的圓試樣,室溫拉伸試樣尺寸見圖1,每組切取3片拉伸試樣,確保實驗效果的準確性。​

上海雄鋼

熱處理實驗在S X2 5 12箱式電阻爐中完成,再把金相試樣進行打磨、拋光處理之後，再使用（4克 CuSO 4 12毫升硫酸 20毫升hcl 25毫升水）混合溶液腐蝕試樣表面，然後用尼康L V150型正立式金相顯微鏡觀察其金相組織並拍照。採用電子萬能試驗機CM T5305進行樣品的拉伸實驗。使用H BRVU 187.5型布洛維光學硬度計測試硬度,每個樣品選取5個點,並算出平均值。加載持續時間為20s,壓頭類型為洛氏,直徑為1.588毫米的淬火鋼球 。

2 實驗結果分析

2.1 組織觀察

圖2—圖5是使用不同熱處理工藝得到的金相組織照片。通過鐵鎳合金相圖我們可以得知,4J42合金為單相的奧氏體組織,不存在相變過程。​

上海雄鋼金相組織

觀察圖2,沒有進行熱處理的樣品內都為典型的軋制組織。觀察圖3(a)可知,3min 、900℃參照組的試樣內部已經全部為等軸晶,說明此時再結晶過程已完成。

從圖3-圖5還可以觀察到,熱處理溫度相同,逐漸延長保溫時間,晶粒尺寸也隨之變大;保溫時間相同,逐漸增加熱處理溫度,晶粒尺寸也隨之變大。通過熱處理後的試樣中均存在孿晶組織,不論是增加熱處理時間還是增加熱處理溫度,孿晶組織都呈現增長的趨勢,且部分晶粒內的孿晶出現貫穿整個晶粒的現象。而900℃、6m in 的試樣中晶界不再清晰,由於熱處理溫度過高,產生過燒,導致奧氏體晶界發生晶界弱化,因此在工業生產中一定要避免這種情況。​​

2.2 熱處理工藝對力學性能的影響

在工業生產中,板帶的力學性能對現場軋制有著十分重要的作用。為此,研究了不同熱處理時間及溫度取得的樣品的力學性能,拉伸實驗每組選擇3個試樣,並排除在拉伸過程中呈現異常斷裂的數據。硬度實驗中，每個試樣進行5~10次打點測試,然後取合理數據的平均值。

熱處理工藝對4J42組織及力學性能的影響

圖6-圖8為不同熱處理溫度時，硬度、抗拉強度、延伸率隨熱處理時間變化的曲線。沒有熱處理的4J42的原始延伸率為9.3%,抗拉強度為758.9M Pa,洛氏硬度為98.2。因為4J42合金硬度過高、延伸率過低、抗拉強度低,為了方便後期的軋制首先要退火熱處理。

觀察圖6-圖8可知,4J42在熱處理後，其硬度、延伸率、抗拉強度均呈現較為顯著的變化,延伸率變大，但抗拉強度和硬度值呈現下降趨勢。​

從圖6可以看到,在不同熱處理溫度及保溫時間時,隨著熱處理溫度的升高及保溫時間的延長,4J42合金的抗拉強度均呈下降趨勢。當熱處理溫度為900 時,隨著保溫時間的延長,抗拉強度先明顯下降,至保溫時間為5min 時,再延長保溫時間,抗拉強度不再發生變化;當熱處理溫度為1050 時,抗拉強度的變化規律與900 時基本相同;而當熱處理溫度為975 時,隨著保溫時間的延長,4J42合金的抗拉強度一直呈下降趨勢,且當保溫時間延長至6min 時,抗拉強度的下降速率變大。

觀察圖7,熱處理溫度為900攝氏度，試樣在3m in、4min階段的延伸率變化不大,但在4min後，延伸率變大,從4min 到6m in 上升幅度高達5.1%。觀察圖7可知,在不同時間下,975 攝氏度時試樣延伸率均大魚1050℃的延伸率,表明熱處理溫度從900 增加到1050 ℃,試樣的延伸率先增後減。

圖8可知,當熱處理溫度為900 時,增加保溫時間,4J42試樣的硬度值減低,但變化不大,從3min到6min下降幅度為2.4%;當到達975℃ 時,4J42硬度基本降低,存在較小波動,從3m in 時的76.4降低為6min 時的73.1,下降幅度為4.3%;當到達1050 ℃ 時,增加熱處理時間,樣品硬度先降低,到4min 時回彈。當保溫時間為5分鐘 時,繼續增加熱處理時間,硬度值變化不大。結合前期的金相組織剖析,當熱處理溫度為1050 時,晶粒尺寸明顯變大,晶內孿晶組分增加,並有較多的孿晶貫串整個晶粒,直至6min 時過燒,這些應該是導致硬度出現此規律的原因,說明熱處理溫度過高,不再適合現場軋制。

鑑於現場軋制退火後4J42合金的抗拉強度控制在約490M Pa,硬度值在76以下,綜合本實驗結果發現,熱處理溫度為975 、保溫時間為3~4m in 時最適合退火後續的軋制生產。

3 結論

(1)熱處理溫度為900 、975 、1050 ,保溫時間為3min 、4m in 、5m in 、6m in 時,增加4J42熱處理時間和保溫時間，抗拉強度下降。

(2)4J42合金的延伸率隨著熱處理溫度的升高而呈現先增大後減小的趨勢;當4J42合金熱處理溫度到達900 、保溫時間超過4min 時,延伸率開始明顯增大,從4m in到6min 上升幅度達5.1%。

(3)當熱處理溫度為900 和975 時,4J42合金的硬度值隨著熱處理時間的延長呈下降趨勢。當到達1050 ℃ 時,增加熱處理時間,4J42硬度先降低,到4min 最小後回彈。當保溫時間為5分鐘 時,繼續增加熱處理時間,硬度值變化不大。這主要是由於熱處理溫度過高,隨著保溫時間的延長,樣品過燒。

(4)結合現場技術要求,熱處理溫度為975 、保溫時間為3~4m in時最適合退火後續的軋制生產。​