因瓦合金（4J32 Super

4j29简介：

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，4J32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。

（2）4J32低膨胀合金的化学、机械性能

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(γ)向针状马氏体(α)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。

（3） 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),而韧性很高，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。

3.1 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。

3.2 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1Cr18Ni9Ti(K=16.3W/m·K)还低，仅是45号钢(K=50.2W/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。

3.3 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。

4 平面反射镜框和球面反射镜框的切削加工

4.1 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γo=15°,螺旋槽β=45°,扩大出屑槽，防止切屑阻塞；后角αu=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5～10倍。

4.2 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。Yu=12°～20°,后角αo=6°～10°;高速钢αo=8°～12°,主偏角Kr=60°～75°之间

4.3 冷却润滑液的选用

切削4J32低膨胀合金时，产生大量的切削热，必须进行充分的冷却和润滑。冷却润滑液采用煤油和机械油混合，配比为：煤油40%,机械油60%,提高其清洗和润滑作用。切削过程中切削液应具有良好的流动性，并有足够的流量和压力，同时中途不能停止供应冷却液，以免切削刀具突然被烧坏。

5 制造平面和球面反射镜框工艺流程图

6 4J32低膨胀合金的热处理和稳定化时效

该合金为单相奥氏体合金，不能用热处理进行强化。其热处理的目的是为获得具有较低膨胀系数和尺寸稳定性。平面和球面反射镜框采用三段热处理制度。

（1) 淬火工艺曲线

（2) 回火工艺曲线

（3) 稳定化时效工艺曲线

（4) 试棒膨胀系数数据的测试

平面和球面反射镜框在热处理前从其本体上取下试棒料，待制成标准试棒后，随框随炉进行热处理，经测试平均线膨胀系数α(10-6/℃)

≤1.0,这就说明了平面和球面反射镜框的化学成分没有偏差，同时也说明了热处理工艺规范也是可行的。

7 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4J32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。