摘要：用顯微組織觀察和力學(xué)性能檢測方法，研究了不同退火溫度和保溫時間對4J36因瓦合金冷軋板組織和性能的影響。結(jié)果表明，隨著退火溫度的升高和保溫時間的延長，4J36因瓦合金奧氏體晶粒逐漸長大，強度下降，塑性提高，合金在拉伸時發(fā)生韌性斷裂。冷軋后的4J36合金在750℃進(jìn)行退火，保溫1h后，其綜合力學(xué)性能最佳，且晶粒細(xì)小均勻。

關(guān)鍵詞：因瓦合金；退火；顯微組織；力學(xué)性能

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絕大多數(shù)的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(Invar?alloy)由于它的鐵磁性，在很大的溫度變化范圍內(nèi)，具有因瓦效應(yīng)的反常熱膨脹，其膨脹系數(shù)極低，有時甚至為零或負(fù)值。

與因瓦合金相對應(yīng)的國內(nèi)典型牌號為4J36合金，含35．0％～37．0％Ni，其余為Fe的低膨脹合金。正是由于這種優(yōu)點，4J36合金主要用于制造在環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)，尺寸高度精確的零部件和在氣溫變化范圍內(nèi)尺寸近似恒定的元件，如精密儀器、儀表零件和隨溫度變化刻度漂移很小的無線電頻率元件、天文儀器構(gòu)架及鐘表擺輪裝置等。在傳感器組件中，4J36合金也得到了較好的應(yīng)用。近年來隨著對4J36合金的深入研究，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展，如作為特殊結(jié)構(gòu)材料使用領(lǐng)域包括：光真空工業(yè)、海洋長途運輸?shù)囊夯烊粴?LNG)儲氣罐、特殊傳輸電纜、大型電子望遠(yuǎn)鏡的基座定位裝置、大型飛機(jī)復(fù)合材料的模具。但是對于4J36合計的開發(fā)和研究，主要集中在合金成分和熱軋板的熱處理工藝等“，而對于冷軋板的熱處理工藝的研究卻鮮有報道。本文通過對4J36合金冷軋板退火工藝的研究，來探索不同退火工藝下冷軋板的組織狀態(tài)和性能情況。

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1、試驗材料及方法

試驗合金由80kg真空冶煉爐冶煉，化學(xué)成分如表1所示。經(jīng)寬度為550mm軋機(jī)熱軋為2．2mm厚板材并進(jìn)行酸洗后，在450mm冷軋機(jī)上冷軋為0．7mm厚板材。在YFX96／12G-YC箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行退火，退火溫度為分別為650、700、750、800、850℃，保溫時間分別為0．5、1、2h，爐冷。按GB／T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》采用線切割的方法沿軋制方向制成板材拉伸試樣。在室溫下采用Zwick／RoellZ100型拉伸試驗機(jī)進(jìn)行檢測。在退火后的板材上取金相試樣，經(jīng)打磨、拋光后，采用4g硫酸銅+20mL鹽酸+12mL硫酸+25mL水配制的侵蝕劑對試樣進(jìn)行侵蝕，在DMI5000M顯微鏡下觀察試樣顯微組織。利用QUANTA400型掃描電鏡觀察試樣拉伸后的斷口形貌。

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2試驗結(jié)果與分析

2.1退火工藝對顯微組織的影響

不同退火熱處理狀態(tài)下的金相組織如圖1所示從圖1(a)可以看出,650℃退火時,試樣組織無明顯變化，為冷軋變形后的纖維狀奧氏體組織,晶粒沿軋制方向明顯被拉長,沒有發(fā)生再結(jié)晶。從圖I(b)可以看出,退火溫度為700℃時,纖維組織形狀發(fā)生明顯變化,晶粒的長寬比降低,晶粒趨于等軸狀,開始發(fā)生再結(jié)晶。從圖1(c)可以看出,750℃退火時,組織中基本上看不到纖維狀變形晶粒,完全由細(xì)小的等軸晶粒和少量的退火攣晶組成,再結(jié)晶趨于完成。從圖1(c~f)可以看出，隨著退火溫度的升高和保溫時間的延長,再結(jié)晶晶粒尺寸明顯增加。這是由于晶界遷移的過程就是原子的擴(kuò)散過程,所以當(dāng)形變量一定時,溫度越高,原子擴(kuò)散的速度越大,晶粒長大速度就越快。

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2.2退火工藝對力學(xué)性能的影響

冷軋后的4J36合金具有較高的屈服強度(740MPa)和抗拉強度(768MPa),二者差別不大，但是伸長率較差,在3%左右。經(jīng)700~750℃退火后，4J36合金組織發(fā)生了明顯的回復(fù)和再結(jié)晶過程,導(dǎo)致晶粒內(nèi)部位錯減少,發(fā)生退火軟化現(xiàn)象,屈服強度和抗拉強度都有大幅下降,且屈服強度下降得更多(如圖2(a，b)所示)。隨著退火溫度升高、保溫時間延長，晶粒內(nèi)部的位錯密度加速減少,再結(jié)晶晶粒開始粗化,屈服強度和抗拉強度進(jìn)一步下降。

800℃以下退火時,4J36合金伸長率隨著保溫時間的延長而顯著提高,如圖2(c)所示。800~850℃退火時,伸長率隨著保溫時間的延長呈先提高再降低的趨勢。伸長率隨著退火溫度的升高而升高,但保溫時間達(dá)到2h時,800-850℃退火時的伸長率低于750℃退火時,這是由于800℃以上退火時,高溫并且長時間保溫使晶粒不斷粗化，從而導(dǎo)致伸長率下降。

2.3斷口形貌分析

圖3為4J36合金拉伸試樣的斷口顯微形貌。從圖3中可以看出,在650~750℃退火后,試樣拉伸斷口的微觀形貌呈現(xiàn)出許多的韌窩結(jié)構(gòu),并且部分韌窩沿深度方向呈錐狀。隨著退火溫度的提高,韌窩數(shù)量逐漸增多,并且深度增加,說明塑性變形能力越來越強。750~850℃退火時韌窩數(shù)量和深度變化不明顯表明在此溫度區(qū)間內(nèi)退火,塑性變化不大。

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3結(jié)論

1)4J36因瓦合金冷軋后，在700℃以上進(jìn)行退火,組織由單一的等軸奧氏體組成,隨著退火溫度的升高和保溫時間的延長，奧氏體晶粒逐漸長大并發(fā)生了明顯的粗化現(xiàn)象。

2)?隨著退火溫度的升高和保溫時間的延長.4J36因瓦合金的屈服強度和抗拉強度明顯下降,而伸長率逐漸升高。但保溫時間達(dá)到2h,800-850℃退火后的伸長率低于750℃退火的伸長率

3)?拉伸后斷口為典型的韌性斷口形貌,750℃以下退火時,隨著退火溫度的提高,韌窩數(shù)量逐漸增多.并且深度增加.750℃以上退火時韌寬數(shù)量和深度變化不明顯。

4)?通過對試樣結(jié)果的比較分析,4J36因瓦合金冷軋后在750℃左右進(jìn)行退火，保溫時間為1h,其綜合力學(xué)性能最優(yōu),且組織均勻細(xì)小。