更新時(shí)間:2020-11-18
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3J3 
一、3J3概述 
3J3合金是鐵-鎳-鉻系奧氏體沉淀強(qiáng)化型高彈性合金。固溶處理后具有良好的塑性,硬度低,易加工成型。經(jīng)固溶或冷應(yīng)變后時(shí)效處理,獲得高的力學(xué)性能和彈性性能。 
該類合金具有較高的強(qiáng)度、高的彈性模量,較小的彈性后效和滯后、弱磁性、良好的耐蝕性和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn),能在較高的溫度、較大的應(yīng)力或腐蝕性介質(zhì)條件下工作。3J3是在3J1合金的基礎(chǔ)上,加入8%鉬的合金,具有更高的耐熱性,使用溫度可提高到450℃。該類合金也能在低溫(如近-200℃)下使用。 
1.13J3材料牌號(hào)3J3(Ni36CrTiAlMo8)。 
1.23J3相近牌號(hào)ЭИ53,36HXTЮM8(俄羅斯)。 
1.33J3材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3J3合金按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或臨時(shí)技術(shù)協(xié)議供貨。 
1.43J3化學(xué)成分見表1-2。 
表1-2[1]% 
牌號(hào)   | C   | Mn   | Si   | P   | S   | Ni   | Cr   | Mo   | Ti   | Al   | Fe   | 
3J3   | ≤0.05   | 0.80~1.20   | ≤0.50   | ≤0.010   | ≤0.010   | 35.0~37.0   | 12.0~13.0   | 7.5~8.5   | 2.70~3.20   | 1.00~1.30   | 余量   | 
1.53J3熱處理制度見表1-3。 
1.63J3品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)見表1-4。 
表1-3[1,2] 
品種或要求   | 熱處理制度   | 
帶材   | 1000~1050℃固溶+750℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷   | 
冷應(yīng)變+650~750℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷   | |
絲材   | 冷應(yīng)變+500~700℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷   | 
表1-4[1,2]mm 
品種和狀態(tài)   | 冷軋帶材   | 冷拉絲材   | 
厚度和直徑(邊長(zhǎng))   | 0.07~2.0   | 0.10~5.0   | 
寬度   | 50~200   | -   | 
長(zhǎng)度   | -   | -   | 
1.73J3熔煉與鑄造工藝合金采用真空感應(yīng)爐熔煉或真空感應(yīng)爐熔煉加真空自耗爐重熔。 
1.83J3應(yīng)用概況與特殊要求該類合金是20世紀(jì)60年代的老牌號(hào),國(guó)內(nèi)生產(chǎn)與應(yīng)用多年。主要用于制造各種航空用彈性敏感元件及耐或腐蝕介質(zhì)的零件,如膜盒、膜片、波紋管、傳送桿、擋板和彈性結(jié)構(gòu)件等。 
二、3J3物理及化學(xué)性能 
2.13J3熱性能 
2.1.13J3線膨脹系數(shù)該組合金在固溶加時(shí)效狀態(tài)下,其平均線膨脹系數(shù)(20~100℃)=(12.0~14.0)?10-6℃-1[1,3,4]。 
2.23J3密度冷應(yīng)變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度ρ=8.3g/cm3[1,4]。 
2.33J3電性能在固溶+時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.0~1.2μΩ?m[3]。 
2.43J3磁性能固溶加時(shí)效狀態(tài)的3J3合金,其磁化率χm=(12.5~205)?10-11[4,5]。 
2.53J3化學(xué)性能該類合金對(duì)、酸、氫氧化鈉、含石油、燃料油和潤(rùn)滑油等腐蝕介質(zhì),以及在海洋和熱帶氣候條件下,具有較好的耐腐蝕性[4,5]。 
三、3J3力學(xué)性能 
3.13J3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 
3.1.13J3交貨狀態(tài)合金材的力學(xué)性能見表3-1。 
表3-1[1] 
狀態(tài)和品種   | (δ或d)/mm   | σb/MPa   | δ/%   | 
固溶態(tài)帶材  冷拉絲材   | 0.20~0.50  0.20~3.0   | ≤1080  ≥1275   | ≥20  -   | 
3.1.23J3交貨狀態(tài)合金材經(jīng)時(shí)效處理后的力學(xué)性能見表3-2。 
表3-2[1,2] 
狀態(tài)和品種   | (δ或d)/mm   | σb/MPa   | σP0.2/MPa   | δ/%   | 
冷軋+時(shí)效帶材  固溶+時(shí)效帶材  冷拉+時(shí)效帶材   | 0.20~2.50  0.20~1.00  0.50~5.0   | ≥1471  ≥1275  ≥1618   | -  -  -   | ≥3  ≥5  ≥3   | 
注:厚度>0.10mm的帶材和d>0.20mm的絲材,其抗拉強(qiáng)度也應(yīng)符合表中要求;規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σPO.2值適用于厚度大于0.50mm的帶材。 
3.23J3室溫及各種溫度下的力學(xué)性能不同狀態(tài)的合金室溫力學(xué)性能見表3-3。 
3.33J3持久和蠕變性能 
3.43J3疲勞性能 
3.53J3彈性性能見表3-4。 
表3-3[1] 
狀態(tài)   | 帶材試樣厚度/mm   | σb/MPa   | δ/%   | HV   | 
1000℃,保溫15min,水淬   | 0.20   | 824~9   | 2.6~26   | 200~230   | 
1000℃,保溫5min,水淬+700℃,時(shí)效4h   | 0.20   | 1421~1480   | 6~7   | 440~450   | 
1030℃,保溫15min,水淬+50℃,冷應(yīng)變   | 0.80   | 1471   | 3   | -   | 
50%冷應(yīng)變+750℃,時(shí)效4h   | 0.80   | 1780~1835   | 4   | >450   | 
表3-4[1] 
狀態(tài)   | E/GPa   | G/GPa   | βE/10-6℃-1   | 
固溶+時(shí)效   | 196~216   | 76~79   | -200~250   | 
四、3J3組織結(jié)構(gòu) 
4.13J3相變溫度合金在900℃以上(980~1150℃)固溶處理后,為單相奧氏體組織,在含鉬的3J3合金中除了奧氏相外,還有少量Fe2Mo拉氏相。固溶或經(jīng)冷應(yīng)變后時(shí)效處理,約在500℃,從奧氏體中開始析出γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]沉淀強(qiáng)化相,600℃以上析出迅速,650~750℃析出量達(dá)大值(含鉬的合金溫度偏上限)。在750℃以上析出相開始溶解,900℃以上溶解完畢。 
4.23J3時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 
4.33J3合金組織結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)的合金基本組織為;奧氏體基體加γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]型強(qiáng)化相,并含有少量的碳化物和Fe2Mo拉氏相(含Mo合金)。 
五、3J3工藝性能與要求 
5.13J3成形性能合金的熱應(yīng)變溫度,3J3為1000~1150℃,進(jìn)行鍛、軋等熱加工,其加工性能良好。 
固溶處理后,合金塑性良好,可冷應(yīng)變加工制成薄帶和細(xì)絲,或用沖壓、擠壓等方法制成形狀復(fù)雜的彈性元件。 
5.23J3焊接性能合金在固溶狀態(tài)下比在時(shí)效狀態(tài)下有更好的焊接性能,可進(jìn)行點(diǎn)焊、縫焊、氬弧焊、電子束焊,以及銅、銀基硬釬焊。在時(shí)效處理后,點(diǎn)焊、縫焊性能較差。在合金表面鍍鎳后可進(jìn)行低溫錫、鉛軟釬焊。 
合金在固溶狀態(tài)下焊接,焊后時(shí)效處理。在時(shí)效后焊接,應(yīng)注意不要使零件溫度超過(guò)時(shí)效溫度,以免降低合金性能。 
5.33J3零件熱處理工藝為防止合金表面氧化,成品熱處理宜在真空或保護(hù)氣氛條件下進(jìn)行。 
固溶處理:固溶溫度對(duì)合金的加工性能和時(shí)效處理后的性能影響較大。溫度低于900℃固溶 
時(shí),合金為兩相組織;超過(guò)1100℃后,將引起晶粒長(zhǎng)大,而且不均勻。含鉬的合金熱穩(wěn)定性較高,可適當(dāng)提高固溶溫度。固溶溫度根據(jù)合金成分、品種和不同性能要求等因素合理選擇(見1.5),一般在保證*固溶條件下,應(yīng)盡量選擇較低的溫度。 
經(jīng)不同溫度固溶處理的3J1合金,其強(qiáng)度與時(shí)效溫度的關(guān)系見圖5-1,從圖可見,隨固溶溫度的升高,時(shí)效后的強(qiáng)度下降。 
時(shí)效處理:合金經(jīng)時(shí)效處理后獲得高的力學(xué)性能和彈性性能。應(yīng)根據(jù)時(shí)效前的合金品種、狀態(tài)和使用性能等因素合理選擇時(shí)效處理制度(見1.5)。 
固溶處理后的時(shí)效,隨時(shí)效溫度的提高強(qiáng)化效果增強(qiáng)。含鉬的合金在達(dá)到時(shí)效強(qiáng)化的峰值,溫度繼續(xù)升高,強(qiáng)化效果很快降低。見圖5-2。 
經(jīng)應(yīng)變形后的合金時(shí)效,亦稱硬時(shí)效。因冷應(yīng)變促進(jìn)時(shí)效析出過(guò)程,提高時(shí)效強(qiáng)化效果。冷應(yīng)變使合金的時(shí)效強(qiáng)化峰值溫度向低溫方向移動(dòng)。冷應(yīng)變率越大,時(shí)效溫度也越偏低。較合適的冷應(yīng)變率一般為50%~70%。合金經(jīng)一定的冷應(yīng)變加工,并在稍低的溫度下時(shí)效,對(duì)減少?gòu)椥詼蠛秃髸r(shí)效有利[6]。 
5.43J3表面處理工藝合金熱處理后的氧化皮,可采用堿浸-酸洗聯(lián)合操作方法清除。液溫度不宜超過(guò)500℃。酸液采用“三酸”水溶液,在50~80℃溫度下進(jìn)行。 
酸洗后可用稀水溶液短時(shí)間漂白,后用石灰水中和零件表面的殘酸。 
5.53J3切削加工與磨削性能固溶狀態(tài)的合金硬度較低,易于切削等各種機(jī)加工。冷應(yīng)變狀態(tài)和時(shí)效狀態(tài)的合金也能進(jìn)行機(jī)加工,但較難。零件一般在固溶狀態(tài)加工成毛坯,時(shí)效處理后再精加工到要求尺寸。合金的磨削性能良好。 
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