4J32低膨胀合金介绍

4J32是典型的低膨胀合金，又称超因瓦合金（Super-Invar）。4J32低膨胀合金在大气温度变化范围内（-60-80℃）具有很低的膨胀系数。其塑性良好，性能稳定，导热性差。主要用于制造在环境温度变化范围内，尺寸高度精确的精密部件和在常温附近要求尺寸恒定的膨胀系数极低的精密仪器、仪表器件、谐振腔零件和热双金属被动层及其他随温度变化刻度漂移很小的无线电频率元件、标准刻度尺、天文仪器构架及钟表摆轮等装置中。随着航天技术的飞速发展、4132低膨胀合金已应用于航天遥感器型号的平面和球面反射镜框结构件上。其目的在于利用它的低的膨胀系数和热导率接近于无色光学玻璃的线膨胀系数和热导率的特性，从而获得光学玻璃在镜框中的稳定可靠的定位，保证航天遥感器在高空复杂环境中传输高质量的信息。

4J32低膨胀合金在使用时应严格控制化学成分，根据零件的使用温度严格检验其组织稳定性。当合金成分发生偏差时，在常温和低温环境下会发生不同程度的奥氏体（y）向针状马氏体（a）转变。相变时，伴随着体积膨胀效应，造成合金膨胀系数相应提高。该合金含镍量较高，塑性好，在大气、海水、淡水中具有较好的耐腐蚀性能。合金在退火状态下硬度HV为150。

4J32低膨胀合金的主要化学成分

热处理工艺

4J32合金的热处理工艺

4J32材料在加工过程中热处理工艺主要分为三类∶消除应力退火、中间退火、稳定化处理。

（1）消除应力退火。零件在机械加工后材料中会存有残余应力，必须进行应力退火∶530~550℃，保温 1~2h，随炉冷却。

（2）中间退火。为消除合金在冷拔、冷冲压、冷轧等过程引起的加工硬化现象，进行中间退火以利于继续加工∶830~880℃，保温 30min，随炉冷却或空冷。

（3）稳定化处理。在热处理过程中，合金的组织结构会出现不同程度的奥氏体（y）向针状马氏体（a）的转变并伴随体积膨胀效应，影响低温组织的稳定性，为获得具有较低膨胀系数而又稳定的材料，一般采用三段处理∶

均匀化∶加热工件，将材料中的杂质充分固熔和合金化学元素趋于均匀化。工件在保护气体中加热到 830℃，保温 20min~1h，淬火。

回火∶将均匀化过程中淬火产生的应力部分消除。将工件加热到 315℃，保温 1h~4h，随炉冷却。

稳定化时效∶使合金的性能稳定。将工件加热到95膨胀系数，保温 48h。

对于冷加工或机械加工后不宜采用高温处理的高精度零件，可将工件加热到 315~370℃，保温 1~4h 进行稳定化处理。

4J32低膨胀合金的可加工性

4J32低膨胀合金含镍量高达31.5%～33.0%。虽然镍能使材料的强度、塑性、韧性增加，热导率降低。但是，含镍量超过8%形成奥氏体钢，奥氏体其硬度虽然不高（HB=160），而切性很高，切削性软粘，使切削性能显著下降。凡导热系数小于41.87 W/m·K的材料均属于难加工材料。4J32低膨胀合金的导热系数仅为13.4 W/m·K，因此可加工性很低，属于难加工材料之一。

切削力大

4J32低膨胀合金塑性和韧性较好，抗拉强度和硬度虽不很高，一般与中碳钢接近，但是其延伸率是 45#钢的2倍左右，切削时塑性变形大，晶格歪扭畸变，断面收缩也较高，加工硬化倾向大，从而造成切削阻力大。

切削温度高

该合金切削变形大，导热系数较低（K=13.4W/m·K）.比1CrI8Ni9Ti（K=16.3W/m·K）还低，仅是45号钢（K=50.2 W/m·K）的1/4，因此，切削时产生的大量热量不易被切屑带走，集中在刀具上，造成刀具磨损加快，降低了使用寿命。

刀具磨损大

由于切削力大和切削温度较高，刀具极易产生氧化磨损和扩散磨损。同时，这种材料软粘塑性较大，切削时增加了切屑和刀具前刀面的摩擦，加剧了刀具前刀面的磨损。

平面反射镜框的铣削加工

平面反射镜框是 1个形状复杂且不规则的结构零件。主要切削加工是在普通铣床和数控铣床上完成各项内外形的加工。专门设计了加工4J32低膨胀合金的立铣刀，选用前角 Y。=15°，螺旋槽β=45°，扩大出屑槽、防止切屑阻塞;后角qg=16°左右，以减少切屑变形与后刀面的摩擦。刀具材料采用 M2A 无钴超硬高速钢。M2A 比 W18的淬火和高温硬度及抗弯强度都高、在切削速度方面W18一般低于50~60 m/min，而 M2A可达 100 m/min左右，提高了切削效率，使用寿命比W18高约5一10倍。

球面反射镜框的车削加工

车削 4J32 低膨胀合金应选用耐热性好，耐磨性，粘附性小的硬质合金和高速钢（如∶YG6、YG8和 813、M2A））作为切削刀具。在刀具几何参数采用较大前角，刀刃锋利，切削轻快并使切屑和刀具不易粘结、易卷曲和折断。Y。=12"～20*，后角an=6°～10*;高速钢αo=8°~12°，主偏角Kr=60°~75"之间

结束语

4J32低膨胀合金的切削加工性能类似于 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢。切削加工时，应根据这种材料的特性，选用合适的刀具材料、合理的刀具几何参数和最佳的切削速度（一般采用低速切削加工）及切削量，零件的质量是可以保证的。平面和球面反射镜框的加工质量，经三坐标测量机检测，数据达到设计要求;同时，框架的恒定和稳定性，通过线膨胀系数测定完全达到规定的要求。由此可见，平面和球面反射镜框经模样、初样的切削加工，掌握了难加工材料4I32低膨胀合金的切削规律，为新型号航天器设计选用低膨胀合金奠定了可加工性的基础。