集生產(chǎn)制造、 開發(fā)銷售特種合金材料的企業(yè)
3J01是一種制作彈性元件用的高彈性，耐腐蝕、弱磁性合金。
主要用途：
儀表工業(yè)中各種膜片、膜盒、波紋管和彈簧等彈性元件
主要特征：
失效后可獲得高彈性和強度，而且耐腐蝕，弱磁性
3J1(3J01)彈性合金
一、3J1概述
3J1合金是鐵-鎳-鉻系奧氏體沉淀強化型高彈性合金。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)變后時效處理，獲得高的力學性能和彈性性能。
該類合金具有較高的強度、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，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。3J1可在250℃以下工作。該類合金也能在低溫（如近-200℃）下使用。
1.1 3J1材料牌號 3J1(Ni36CrTiAl)。
1.2 3J1相近牌號 ЭИ702,36HXTЮ(俄羅斯)。
1.3 3J1材料的技術(shù)標準 3J1合金的技術(shù)標準YB/T 5256—1993《彈性元件用合金3J1和3J53技術(shù)條件》。
1.4 3J1化學成分 見表1-2。
表1-2%
|
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Ni |
Cr |
Mo |
Ti |
Al |
Fe |
|
≤0.05 |
≤1.00 |
≤0.80 |
≤0.020 |
≤0.020 |
34.5～36.5 |
11.5～13.0 |
- |
2.70～3.20 |
1.00～1.80 |
余量 |
1.5 3J1熱處理制度 見表1-3。
1.6 3J1品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 見表1-4。
表1-3
|
產(chǎn)品形式 |
熱處理制度 |
|
帶材 |
920～950℃固溶＋650～750℃，時效2～4h，空冷或爐冷 |
|
|
冷應(yīng)變＋600～700℃，時效2～4h，空冷或爐冷 |
|
絲材 |
冷應(yīng)變＋500～700℃，時效2～4h，空冷或爐冷 |
|
棒材 |
冷應(yīng)變＋650～750℃，時效2～4h，空冷或爐冷 |
|
熱軋（鍛）材 |
950～980℃固溶＋700～750℃，時效≥4h，空冷或爐冷 |
表1-4mm
|
品種和狀態(tài) |
冷軋帶材 |
冷拉絲材 |
冷拉磨光棒材 |
熱軋圓球 |
鍛材 |
熱軋扁材 |
|
厚度和直徑（邊長） |
0.05～3.5 |
0.10～6.0 |
3.0～30.0 |
6.0～25.0 |
>5～100 |
4.0～13 |
|
寬度 |
50～250 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
長度 |
- |
- |
- |
≤500 |
≤300 |
≥300 |
1.7 3J1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。
1.8 3J1應(yīng)用概況與特殊要求 該類合金是20世紀60年代的老牌號，國內(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硝酸或其他腐蝕介質(zhì)的零件，如膜盒、膜片、波紋管、傳送桿、擋板和其他彈性結(jié)構(gòu)件等。
二、3J1物理及化學性能
2.1 3J1熱性能
2.1.1 3J1線膨脹系數(shù) 該組合金在固溶加時效狀態(tài)下，其平均線膨脹系數(shù)
(20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1。
2.2 3J1密度 冷應(yīng)變加時效狀態(tài)合金的密度ρ=8.0g/cm3。
2.3 3J1電性能 在冷變形＋時效狀態(tài)下ρ=1.02μΩ·m。
2.4 3J1磁性能 固溶加時效狀態(tài)的3J1合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11。
2.5 3J1化學性能 該合金對硝酸、磷酸、氫氧化鈉、含硫石油、燃料油和潤滑油等腐蝕介質(zhì)，以及在海洋和熱帶氣候條件下，具有較好的耐腐蝕性。
三、3J1力學性能
3.1 3J1技術(shù)標準規(guī)定的性能
3.1.1 3J1交貨狀態(tài)合金材的力學性能 見表3-1。
表3-1
|
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 |
≤981 ≥981 |
≥20 - |
3.1.2 3J1交貨狀態(tài)合金材經(jīng)時效處理后的力學性能 見表3-2。
表3-2
|
狀態(tài)和品種 |
(δ或d)/mm |
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ/% |
|
冷軋＋時效帶材 固溶＋時效帶材 冷拉＋時效帶材 冷拉＋時效帶材 熱鍛（軋）材固溶＋時效 |
0.20～2.50 0.20～1.00 0.50～5.0 3.0～18.0 6.0～25.0 |
≥1373 ≥1177 ≥1471 ≥1373 ≥1177 |
≥981 ≥735 - - - |
≥5 ≥8 ≥5 ≥5 ≥10 |
注：厚度>0.10mm的帶材和d>0.20mm的絲材，其抗拉強度也應(yīng)符合表中要求；規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σPO.2值適用于厚度大于0.50mm的帶材。
3.2 3J1室溫及各種溫度下的力學性能 不同狀態(tài)的合金室溫力學性能見表3-3。
3.3 3J1持久和蠕變性能
3.4 3J1疲勞性能
3.5 3J1彈性性能 見表3-4。
表3-3
|
狀態(tài) |
帶材試樣厚度/mm |
σb/MPa |
δ/% |
HV |
|
920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷卻 |
0.10～0.20 |
588～735 |
20～27 |
150～190 |
|
920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷卻＋720℃，時效2h |
0.10～0.20 |
1275～1295 |
14～16 |
350～390 |
|
60%～65%冷應(yīng)變 |
0.10～0.20 |
1280～1304 |
4～6 |
- |
|
60%～65%冷應(yīng)變＋650℃，時效2h |
0.10～0.20 |
1471～1600 |
6～7 |
400～480 |
表3-4
|
狀態(tài) |
E/GPa |
G/GPa |
βE/10-6℃-1 |
|
固溶＋時效 冷應(yīng)變＋時效 |
176～196 186～206 |
77～78 76～78 |
－200～250 －200～350 |
四、3J1組織結(jié)構(gòu)
4.1 3J1相變溫度 合金在900℃以上（達920～980℃）固溶處理后，為單相奧氏體組織。固溶或經(jīng)冷應(yīng)變后時效處理，約在500℃，從奧氏體中開始析出γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]沉淀強化相，600℃以上析出迅速，650～750℃析出量達zui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。
4.2 3J1時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 3J1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)]型強化相，并含有少量的碳化物和Fe2Mo拉氏相（含Mo合金）。
五、3J1工藝性能與要求
5.1 3J1成形性能 合金的熱應(yīng)變溫度，為350～1140℃，進行鍛、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絲，或用沖壓、擠壓等方法制成形狀復(fù)雜的彈性元件。厚度0.20～1.00mm的3J1合金軟態(tài)帶材的杯突值不小于8.5mm。冷拉絲材彎曲、纏繞性能良好。
5.2 3J1焊接性能 合金在固溶狀態(tài)下比在時效狀態(tài)下有更好的焊接性能，可進行點焊、縫焊、氬弧焊、電子束焊，以及銅、銀基硬釬焊。在時效處理后，點焊、縫焊性能較差。在合金表面鍍鎳后可進行低溫錫、鉛軟釬焊。
合金在固溶狀態(tài)下焊接，焊后時效處理。在時效后焊接，應(yīng)注意不要使零件溫度超過時效溫度，以免降低合金性能。
5.3 3J1零件熱處理工藝 為防止合金表面氧化，成品熱處理宜在真空或保護氣氛條件下進行。
固溶處理：固溶溫度對合金的加工性能和時效處理后的性能影響較大。溫度低于900℃固溶時，合金為兩相組織；超過1100℃后，將引起晶粒長大，而且不均勻。含鉬的合金熱穩(wěn)定性較高，可適當提高固溶溫度。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），一般在保證完全固溶條件下，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，其強度與時效溫度的關(guān)系見圖5-1，從圖可見，隨固溶溫度的升高，時效后的強度下降。
時效處理：合金經(jīng)時效處理后獲得高的力學性能和彈性性能。應(yīng)根據(jù)時效前的合金品種、狀態(tài)和使用性能等因素合理選擇時效處理制度（見1.5）。
固溶處理后的時效，隨時效溫度的提高強化效果增強。3J1在660～700℃達到時效強化的峰值；含鉬的合金在達到時效強化的峰值，溫度繼續(xù)升高，強化效果很快降低。見圖5-2。
經(jīng)應(yīng)變形后的合金時效，亦稱硬時效。因冷應(yīng)變促進時效析出過程，提高時效強化效果。冷應(yīng)變使合金的時效強化峰值溫度向低溫方向移動。冷應(yīng)變率越大，時效溫度也越偏低。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效，對減少彈性滯后和后時效有利。
5.4 3J1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500℃。酸液采用“三酸”水溶液，在50～80℃溫度下進行。
酸洗后可用稀硝酸水溶液短時間漂白，zui后用石灰水中和零件表面的殘酸。
5.5 3J1切削加工與磨削性能 固溶狀態(tài)的合金硬度較低，易于切削等各種機加工。冷應(yīng)變狀態(tài)和時效狀態(tài)的合金也能進行機加工，但較難。零件一般在固溶狀態(tài)加工成毛坯，時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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