4J36是一種具有超低膨脹系數(shù)的特殊的低膨脹鐵鎳合金。其中對碳、錳成分的控制非常重要。冷變形能降低熱膨脹系數(shù)，在特定溫度范圍內(nèi)的熱處理能使熱膨脹系數(shù)穩(wěn)定化。在室溫干燥空氣中4J36具有抗腐蝕性。在其他惡劣環(huán)境中，如潮濕空氣中，有可能會發(fā)生腐蝕（生銹）。

化學(xué)成分

合金 % 鎳 鐵 碳 錳 硅 磷 硫

4J36 最小 35 余量 0.20

最大 37 0.05 0.60 0.30 0.020 0.020

具有特性

在-250℃和+200℃之間具有極低的熱膨脹系數(shù)

很好的塑性和韌性

應(yīng)用領(lǐng)域

4J36應(yīng)用于需要極低膨脹系數(shù)的環(huán)境中。

典型應(yīng)用如下：

●液化氣的生產(chǎn)、貯存和運輸

●工作溫度低于+200℃以下的測量和控制儀器，如溫度調(diào)節(jié)裝置

●金屬和其他材料間的螺旋連接器襯套

●雙金屬和溫控雙金屬

●膜式框架

●蔭罩

●航空工業(yè)的CRP部件回火模具

●低于-200℃的人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈電子控制單元框架

●激光控制裝置電磁鏡頭中的輔助電子管

Fe-Ni36（法國）、W.Nr.1.3912、Ni36（德國）、X1NiCrMoCu、N25-20-7(英國）4J36、UNSK93600恒溫器合金、UNSK93601壓力容器板材(美國）

牌號：4J36(InvarNiIvarUniSPan36)名稱：因瓦合金

低膨脹合金4J36在-60度--80度大氣溫度變化內(nèi)有較低的膨脹系數(shù)和良好的可塑性，用于制作在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近于恒定的元件，廣泛用于無線電，精密儀表,儀器和其他行業(yè)，做標準量具，微波諧振腔，雙金屬波動層等。

是研發(fā)與銷售高溫合金（GH4145、GH4169、GH3030、GH3128、GH2132）、耐蝕合金（Incoloy800H、Incoloy825、Inconel600、Inconel625、Inconel718、HastelloyB-2、HastelloyB-3、HastelloyB-3、HastelloyC-276）、精密合金（Ni36、4J29、1J79）等特殊合金材料的高新技術(shù)企業(yè)。

絕大多數(shù)金屬和合金都是在受熱時體積膨脹、 冷卻時體積收縮，但因瓦合金（牌號為4J36),由于 它的鐵磁性，在很大的溫度范圍內(nèi)具有因瓦效應(yīng)的 反常熱膨脹，膨脹系數(shù)極低，有時甚至為零或負 值2]。

正是由于這種特性，4J36合金主要應(yīng)用在 對環(huán)境溫度要求近似恒定的場合,包括精密儀器、長 度標尺、倍容量導(dǎo)線、液化天然氣儲罐以及石油套 管、大型飛機復(fù)合材料的模具等方面[3_5]。

4J36合 金錠主要采用真空或非真空中頻感應(yīng)爐冶煉，模鑄 生產(chǎn)。真空冶煉質(zhì)量較好但成本較高，非真空中頻 冶煉產(chǎn)品質(zhì)量難以得到較好的保證。

模鑄鋼錠凝固 的基本特點是從側(cè)壁向中心進行，上部有縮孔，底部 為沉積三角錐，鋼錠內(nèi)部還存在顯微縮孔，倒V型 偏析和V型偏析依次存在于柱狀晶與等軸晶交界 面和等軸晶區(qū)，這些缺陷對4J36產(chǎn)品的組織和力學(xué) 性能影響嚴重[6]。

電渣重熔可以去除鋼中大部分 原始夾雜物，同時集精練和澆鑄為一體，避免鋼水受?耐火材料的污染及二次氧化，進行可控的定向凝固，改善鋼錠的凝固組織，保證了鋼的純凈度和均勻 性[7_9]。經(jīng)電渣重熔的鑄錠，非金屬夾雜物少、純度 高（C、N、0、S元素含量低）、鑄錠表面光滑、組織均 勻致密、各個合金元素成分均勻。

電渣鋼的鑄態(tài)機 械性能可達到或超過間鋼種鍛件的指標[1°]。目前 關(guān)于電渣重熔對4J36合金組織和性能影響的參考 文獻較少，本文通過對比熱軋模鑄4J36合金板和電 渣重熔4J36合金板的組織和力學(xué)性能，對電渣重熔 工藝對4J36組織和力學(xué)性能的影響進行了研究。

1試驗材料及方法采用感應(yīng)爐+?LF精煉+?VD脫氣+模鑄的工藝 生產(chǎn)出一塊12. 5?t的模鑄4J36合金錠，尺寸（mm) 230?xl?100?X6?300,兩塊尺寸10?t的模鑄4J36合金 錠，尺寸（mm): 1 970?x?(1 330?x?575)?x?( 1 278?x452)。

利用12.5?t合金錠作為自耗電極，采用數(shù)控 型全密閉氣氛保護同軸導(dǎo)電電渣爐和15?t結(jié)晶器， 結(jié)合采用Al203-CaF2-Ca0三元渣系，在電流1 000 ~17 000?A的電制度下，生產(chǎn)出1塊10.?8?t?4J36電渣 重熔錠，尺寸（mm)3 600?xl?280?x300。本試驗分別在兩塊合金錠對應(yīng)位置上進行取 樣，尺寸（mm)為200?x260?x250,在550實驗軋機 上進行熱軋，熱軋板最終厚度為20?mm。

對軋后合 金板在YFX96/12G-YC箱式電阻爐內(nèi)進行退火熱 處理，退火溫度800?1，保溫1.5?h。熱處理后沿垂 直于軋制方向從合金板取樣并分別加工出3個板拉 伸試樣和1組10?mm?X?10?mm?X55?mm的沖擊試樣，

按?GB/T228-2002 和?GB/T229-2007 進行拉伸和 -196?T沖擊性能測試，計算拉伸性能和沖擊性能 的平均值;在退火后的4J36合金板上切取金相試 樣，將試樣打磨、拋光，采用4?g硫酸銅溶解于20?ml鹽酸、12?ml硫酸和25?ml水的混合液作浸蝕劑浸 蝕，在DMI5000M顯微鏡下觀察試樣顯微組織和夾 雜物粒度分布。

2結(jié)果與討論

2.1電瘡重熔前后化學(xué)成分的變化4J36模鑄合金錠和電渣重熔合金錠的化學(xué)成 分如表1所示。從表1可見,本次試驗的模鑄錠和 電渣錠的化學(xué)成分均符合YB/T5241 -2005《膨脹合 金》中對4J36合金的要求。模鑄錠經(jīng)電渣重熔后C、Mn、Ni、P、S等化學(xué)元素基本沒有發(fā)生變化，而Si含量降低。

這是由于Si與4J36合金中其他化學(xué)元 素相比屬于與〇親和力最強的元素，在電渣重熔過 程中Si與熔渣及鋼液中的不穩(wěn)定氧化物或02接觸 形成Si02，進而產(chǎn)生燒損。電渣重熔過程中通過添 加A1粉有效控制了?Si元素的燒損量，電渣后Si元 素的燒損量較小,對力學(xué)性能無影響。

2.2電渣重熔對顯微組織的影響模鑄坯和電渣重熔坯料熱軋后鋼板的組織如圖1和2所示，從圖1和圖2中可見，模鑄錠和電渣錠 熱軋退火后鋼板的組織均為單一的奧氏體組織且為 等軸晶，并且伴隨一定量的退火孿晶，這是由于奧氏 體的層錯能較低，退火過程中新晶粒界面在推進過 程中產(chǎn)生堆垛層錯造成的。

電渣錠熱軋退火后的晶 粒尺寸明顯比模鑄坯料的更加細小均勻。模鑄合金 錠經(jīng)過電渣重熔工藝后，合金經(jīng)歷了再一次的結(jié)晶

過程，在電渣重熔過程中，電極熔化和熔融金屬的結(jié) 晶是同時進行的，電極熔化形成的金屬熔滴不斷向 結(jié)晶部分供給液體金屬以及結(jié)晶器中的金屬受到底 部和側(cè)面的強烈冷卻，電渣錠的凝固只在形成鋼錠 橫斷面的很小體積內(nèi)進行，溫度均勻且較低,過冷度 較小，進而導(dǎo)致電渣重熔后電渣錠的晶粒尺寸得到 細化。

又由于從錠軋制成型到鋼板，晶粒尺寸具有 遺傳的特性，同種工藝生產(chǎn)后,利用電渣錠生產(chǎn)的合 金板的晶粒尺寸較小。

2.3電渣重熔對力學(xué)性能的影響模鑄錠和電渣錠熱乳退火后鋼板的拉伸性能和 沖擊性能如表2所示，從表2中可見，經(jīng)過電渣重熔 的4J36合金板的屈服強度和抗拉強度出現(xiàn)小幅提 高，屈服強度提高幅度約7.5% ,抗拉強度提高幅度 約5%,伸長率出現(xiàn)大幅提高，提高幅度約70.?6%。 與此同時，經(jīng)過電渣重熔的4J36合金板的-196c

沖擊靭性不但沒有下降，反而較模鑄的合金板有了 較大的提高，提高幅度約43. 4%0由此可以得出， 經(jīng)過電渣重熔工藝后，4J36合金板的強度得到了小 幅提升，而塑性和韌性得到了大幅提升。

對比模鑄鋼板和電渣鋼板的夾雜物面積百分含 量和粒度分布如表3所示，可以看出經(jīng)過電渣重熔 后鋼中的夾雜的數(shù)量明顯減少，夾雜物的尺寸明顯 減小，均在5?pm以下。這是因為在電渣重熔時，金 屬液滴在通過熔渣層時，金屬液滴的比表面要比鏡 面金屬液相大幾百倍，電渣重熔增加了金屬液滴-熔 渣界面積，熔渣吸附金屬液滴中的夾雜物能力得到 增強。

夾雜物可以作為斷裂的源頭，促使合金在外 力作用下發(fā)生斷裂，進而降低合金的塑性和韌性。經(jīng)過電渣重熔后的4J36合金，由于電渣重熔的 作用而導(dǎo)致晶粒細化，夾雜物數(shù)量減少、尺寸減小， 這幾種因素相加導(dǎo)致電渣重熔所生產(chǎn)的4J36合金板強度、塑性和韌性都得到提升。

3結(jié)論

(1) 電渣重熔后，4J36合金板的主要化學(xué)成分 幾乎無變化，Si燒損程度較小。

(2) 通過電渣重熔、熱乳和退火工藝試制的 4J36合金板與模鑄4J36合金板相比，組織無變化為 單一的奧氏體且為等軸晶，并且伴隨一定量的退火 孿晶，其晶粒尺寸減小,同時其內(nèi)部的夾雜物數(shù)量減 少、尺寸減小。

(3) 通過電渣重熔、熱軋和退火工藝試制的 4J36合金板與模鑄4J36合金板相比，電渣重熔后 4J36合金板的屈服強度和抗拉強度分別由265、 443?MPa提高到285、465?MPa;伸長率和-196 "C沖 擊靭性有了較大的提高,分別由34%、145?J提高到 58% ,208?J〇