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精密合金
3J3

目  錄

概述--------------------------------------------------------------- 3 
----------1.1、材料牌號 
----------1.2、相近牌號 
----------1.3、材料的技術(shù)標準 
----------1.4、化學(xué)成分 
----------1.5、熱處理制度 
----------1.6、品種規格與供應狀態(tài) 
----------1.7、熔煉與鑄造工藝 
----------1.8、應用概況與特殊要求 
特理及化學(xué)性能------------------------------------------------3 
----------2.1、熱性能 
----------2.2、密度 
----------2.3、電性能 
----------2.4、磁性能 
----------2.5、化學(xué)性能 
力學(xué)性能---------------------------------------------------------3 
----------3.1、技術(shù)標準規定的性能 
----------3.2、室溫下及各種溫度下的力學(xué)性能 
----------3.3、持久和蠕變性能 
----------3.4、疲勞性能 
----------3.5、彈性性能 
組織機構---------------------------------------------------------4 
----------4.1、相應溫度 
----------4.2、合金組織機構 
----------4.3、時(shí)間-溫度-組織轉變曲線(xiàn) 
工藝性能與要求------------------------------------------------4 
----------5.1、成形性能 
----------5.2、焊接性能 
----------5.3、零件熱處理工藝 
----------5.4、表面處理工藝 
----------5.5、切削加工與磨削性能

3J3概述 
     3J3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)固溶或冷應變后時(shí)效處理,獲得高的力學(xué)性能和彈性性能。 
     該類(lèi)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定性等特點(diǎn),能在較高的溫度、較大的應力或腐蝕性介質(zhì)條件下工作。3J3是在3J1合金的基礎上,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(lèi)合金也能在低溫(如近-200℃)下使用。 
     1.1 3J3材料牌號 3J3(Ni36CrTiAlMo8)。 
1.2 3J3相近牌號 ЭИ53,36HXTЮM8(俄羅斯)。 
1.3 3J3材料的技術(shù)標準 3J3合金按企業(yè)標準或臨時(shí)技術(shù)協(xié)議供貨。 
1.4 3J3化學(xué)成分  見(jiàn)表1-2。                                              表1-2[1]                                   %


牌號

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

    1.5 3J3熱處理制度 見(jiàn)表1-3。 
1.6 3J3品種規格與供應狀態(tài) 見(jiàn)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

冷應變+650~750℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷


絲材

冷應變+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(cháng))

0.07~2.0

0.10~5.0

寬度

50~200

-

長(cháng)度

-

-

    1.7 3J3熔煉與鑄造工藝 合金采用真空感應爐熔煉或真空感應爐熔煉加真空自耗爐重熔。 
1.8 3J3應用概況與特殊要求 該類(lèi)合金是20世紀60年代的老牌號,國內生產(chǎn)與應用多年。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、擋板和其他彈性結構件等。 
二、3J3物理及化學(xué)性能     
     2.1 3J3熱性能                                         
     2.1.1 3J3線(xiàn)膨脹系數 該組合金在固溶加時(shí)效狀態(tài)下,其平均線(xiàn)膨脹系數 (20~100℃)=(12.0~14.0)×10-6℃-1[1,3,4]。 
     2.2 3J3密度 冷應變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度 ρ=8.3g/cm3[1,4]。 
2.3 3J3電性能 在固溶+時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.0~1.2μΩ·m[3]。 
2.4 3J3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]。 
2.5 3J3化學(xué)性能 該類(lèi)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[4,5]。 
3J3力學(xué)性能 
3.1 3J3技術(shù)標準規定的性能 
3.1.1 3J3交貨狀態(tài)合金材的力學(xué)性能 見(jiàn)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 
-

3.1.2 3J3交貨狀態(tài)合金材經(jīng)時(shí)效處理后的力學(xué)性能 見(jiàn)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,其抗拉強度也應符合表中要求;規定非比例伸長(cháng)應力σPO.2值適用于厚度大于0.50mm   
    的帶材。 
3.2 3J3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(jiàn)表3-3。 
     3.3 3J3持久和蠕變性能 
     3.4 3J3疲勞性能  
     3.5 3J3彈性性能 見(jiàn)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℃,冷應變

0.80

1471

3

-

50%冷應變+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組織結構 
4.1 3J3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)冷應變后時(shí)效處理,約在500℃,從奧氏體中開(kāi)始析出γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]沉淀強化相,600℃以上析出迅速,650~750℃析出量達最大值(含鉬的合金溫度偏上限)。在750℃以上析出相開(kāi)始溶解,900℃以上溶解完畢。            
4.2 3J3時(shí)間-溫度-組織轉變曲線(xiàn)  
4.3 3J3合金組織結構 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、3J3工藝性能與要求 
5.1 3J3成形性能 合金的熱應變溫度,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,可冷應變加工制成薄帶和細絲,或用沖壓、擠壓等方法制成形狀復雜的彈性元件。 
5.2 3J3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。 
5.3 3J3零件熱處理工藝 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(jìn)

 

行。 
     固溶處理:固溶溫度對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(cháng)大,而且不均勻。含鉬的合金熱穩定性較高,可適當提高固溶溫度。固溶溫度根據合金成分、品種和不同性能要求等因素合理選擇(見(jiàn)1.5),一般在保證完全固溶條件下,應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(shí)效溫度的關(guān)系見(jiàn)圖5-1,從圖可見(jiàn),隨固溶溫度的升高,時(shí)效后的強度下降。 
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。應根據時(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(jiàn)1.5)。 
固溶處理后的時(shí)效,隨時(shí)效溫度的提高強化效果增強。含鉬的合金在達到時(shí)效強化的峰值,溫度繼續升高,強化效果很快降低。見(jiàn)圖5-2。 
經(jīng)應變形后的合金時(shí)效,亦稱(chēng)硬時(shí)效。因冷應變促進(jìn)時(shí)效析出過(guò)程,提高時(shí)效強化效果。冷應變使合金的時(shí)效強化峰值溫度向低溫方向移動(dòng)。冷應變率越大,時(shí)效溫度也越偏低。較合適的冷應變率一般為50%~70%。合金經(jīng)一定的冷應變加工,并在稍低的溫度下時(shí)效,對減少彈性滯后和后時(shí)效有利[6]。 
70998531711cff85bcaed0e4816c8047.png 
5.4 3J3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。 
酸洗后可用稀硝酸水溶液短時(shí)間漂白,最后用石灰水中和零件表面的殘酸。 
5.5 3J3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。冷應變狀態(tài)和時(shí)效狀態(tài)的合金也能進(jìn)行機加工,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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