4J42合金是铁镍定膨胀合金,含有42%的镍元素,铁元素次之,平均膨胀系数（常温条件）为1.6x10-6/ ℃，低膨胀系数波动较小，主要适用于航天航空、精密仪器、电子设备等多个领域，是制造杜美丝芯材(Dumet wire)的主要原材料。杜美丝是用来封接铂组玻璃的专用金属材料，因为其性能总体表现最好。普遍适用于半导体、电子管等领域。退火处理环节在4J42合金制造中极为重要，严重影响到成品的质量表现。本实验通过热处理温度和保温时间两个因素，分析对4J42冷轧板组织及性能的影响及其规律表现，以期在4J42的工业生产中制订较为科学的热处理工艺依据。
1.实验
1.1 实验选材
化学成分
1.2 实验方法
热处理温度为：900摄氏度、975 摄氏和1050摄氏度
保温时间为：3分钟 、4分钟 、5分钟 、6分钟
采取线切割的方式切取金相试样和室温拉伸试样,金相试样是r=10毫米的圆试样,室温拉伸试样尺寸见图1,每组切取3片拉伸试样,确保实验效果的准确性。
上海雄钢
热处理实验在S X2 5 12箱式电阻炉中完成,再把金相试样进行打磨、抛光处理之后，再使用（4克 CuSO 4 12毫升硫酸 20毫升hcl 25毫升水）混合溶液腐蚀试样表面，然后用尼康L V150型正立式金相显微镜观察其金相组织并拍照。采用电子万能试验机CM T5305进行样品的拉伸实验。使用H BRVU 187.5型布洛维光学硬度计测试硬度,每个样品选取5个点,并算出平均值。加载持续时间为20s,压头类型为洛氏,直径为1.588毫米的淬火钢球 。
2 实验结果分析
2.1 组织观察
图2—图5是使用不同热处理工艺得到的金相组织照片。通过铁镍合金相图我们可以得知,4J42合金为单相的奥氏体组织,不存在相变过程。
上海雄钢金相组织
观察图2,没有进行热处理的样品内都为典型的轧制组织。观察图3(a)可知,3min 、900℃参照组的试样内部已经全部为等轴晶,说明此时再结晶过程已完成。
从图3-图5还可以观察到,热处理温度相同,逐渐延长保温时间,晶粒尺寸也随之变大;保温时间相同,逐渐增加热处理温度,晶粒尺寸也随之变大。通过热处理后的试样中均存在孪晶组织,不论是增加热处理时间还是增加热处理温度,孪晶组织都呈现增长的趋势,且部分晶粒内的孪晶出现贯穿整个晶粒的现象。而900℃、6m in 的试样中晶界不再清晰,由于热处理温度过高,产生过烧,导致奥氏体晶界发生晶界弱化,因此在工业生产中一定要避免这种情况。
2.2 热处理工艺对力学性能的影响
在工业生产中,板带的力学性能对现场轧制有着十分重要的作用。为此,研究了不同热处理时间及温度取得的样品的力学性能,拉伸实验每组选择3个试样,并排除在拉伸过程中呈现异常断裂的数据。硬度实验中，每个试样进行5~10次打点测试,然后取合理数据的平均值。
热处理工艺对4J42组织及力学性能的影响
图6-图8为不同热处理温度时，硬度、抗拉强度、延伸率随热处理时间变化的曲线。没有热处理的4J42的原始延伸率为9.3%,抗拉强度为758.9M Pa,洛氏硬度为98.2。因为4J42合金硬度过高、延伸率过低、抗拉强度低,为了方便后期的轧制首先要退火热处理。
观察图6-图8可知,4J42在热处理后，其硬度、延伸率、抗拉强度均呈现较为显著的变化,延伸率变大，但抗拉强度和硬度值呈现下降趋势。
从图6可以看到,在不同热处理温度及保温时间时,随着热处理温度的升高及保温时间的延长,4J42合金的抗拉强度均呈下降趋势。当热处理温度为900 时,随着保温时间的延长,抗拉强度先明显下降,至保温时间为5min 时,再延长保温时间,抗拉强度不再发生变化;当热处理温度为1050 时,抗拉强度的变化规律与900 时基本相同;而当热处理温度为975 时,随着保温时间的延长,4J42合金的抗拉强度一直呈下降趋势,且当保温时间延长至6min 时,抗拉强度的下降速率变大。
观察图7,热处理温度为900摄氏度，试样在3m in、4min阶段的延伸率变化不大,但在4min后，延伸率变大,从4min 到6m in 上升幅度高达5.1%。观察图7可知,在不同时间下,975 摄氏度时试样延伸率均大鱼1050℃的延伸率,表明热处理温度从900 增加到1050 ℃,试样的延伸率先增后减。
图8可知,当热处理温度为900 时,增加保温时间,4J42试样的硬度值减低,但变化不大,从3min到6min下降幅度为2.4%;当到达975℃ 时,4J42硬度基本降低,存在较小波动,从3m in 时的76.4降低为6min 时的73.1,下降幅度为4.3%;当到达1050 ℃ 时,增加热处理时间,样品硬度先降低,到4min 时回弹。当保温时间为5分钟 时,继续增加热处理时间,硬度值变化不大。结合前期的金相组织剖析,当热处理温度为1050 时,晶粒尺寸明显变大,晶内孪晶组分增加,并有较多的孪晶贯串整个晶粒,直至6min 时过烧,这些应该是导致硬度出现此规律的原因,说明热处理温度过高,不再适合现场轧制。
鉴于现场轧制退火后4J42合金的抗拉强度控制在约490M Pa,硬度值在76以下,综合本实验结果发现,热处理温度为975 、保温时间为3~4m in 时最适合退火后续的轧制生产。
3 结论
(1)热处理温度为900 、975 、1050 ,保温时间为3min 、4m in 、5m in 、6m in 时,增加4J42热处理时间和保温时间，抗拉强度下降。
(2)4J42合金的延伸率随着热处理温度的升高而呈现先增大后减小的趋势;当4J42合金热处理温度到达900 、保温时间超过4min 时,延伸率开始明显增大,从4m in到6min 上升幅度达5.1%。
(3)当热处理温度为900 和975 时,4J42合金的硬度值随着热处理时间的延长呈下降趋势。当到达1050 ℃ 时,增加热处理时间,4J42硬度先降低,到4min 最小后回弹。当保温时间为5分钟 时,继续增加热处理时间,硬度值变化不大。这主要是由于热处理温度过高,随着保温时间的延长,样品过烧。
(4)结合现场技术要求,热处理温度为975 、保温时间为3~4m in时最适合退火后续的轧制生产。
