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
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。3J1可在250 ℃以下工作。該類(lèi)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(xué)成分 見(jiàn)表1-2。 表1-2[1] %
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(jiàn)表1-3。
1.6 3J1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 | 920~950℃固溶+650~750℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷 |
冷應變+600~700℃,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 |
棒材 | 冷應變+650~750℃,時(shí)效2~4h,空冷或爐冷 |
熱軋(鍛)材 | 950~980℃固溶+700~750℃,時(shí)效≥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 | 冷拉磨光棒材 | 熱軋圓球 | 鍛材 | 熱軋扁材 |
厚度和直徑(邊長(cháng)) | 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(cháng)度 | - | - | - | ≤500 | ≤300 | ≥300 |
1.7 3J1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 3J1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、3J1物理及化學(xué)性能
2.1 3J1熱性能
2.1.1 3J1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 3J1密度 冷應變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度 ρ=8.0g/cm3[1,4]。
2.3 3J1電性能 在冷變形+時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.02μΩ·m[3]。
2.4 3J1磁性能 固溶加時(shí)效狀態(tài)的3J1合金,其磁化率χm=(12.5~205)×10-11[4,5]。
2.5 3J1化學(xué)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[4,5]。
3J1力學(xué)性能
3.1 3J1技術(shù)標準規定的性能
3.1.1 3J1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 | 0.20~0.50 | ≤981 | ≥20 |
3.1.2 3J1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 | 0.20~2.50 | ≥1373 | ≥981 | ≥5 |
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 3J1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 3J1持久和蠕變性能
3.4 3J1疲勞性能
3.5 3J1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 |
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(shí)效2h | 0.10~0.20 | 1275~1295 | 14~16 | 350~390 |
60%~65%冷應變 | 0.10~0.20 | 1280~1304 | 4~6 | - |
60%~65%冷應變+650℃,時(shí)效2h | 0.10~0.20 | 1471~1600 | 6~7 | 400~480 |
表3-4[1]
狀態(tài) | E/GPa | G/GPa | βE/10-6℃-1 |
固溶+時(shí)效 | 176~196 | 77~78 | -200~250 |
四、3J1組織結構
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 3J1時(shí)間-溫度-組織轉變曲線(xiàn)
4.3 3J1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、3J1工藝性能與要求
5.1 3J1成形性能 合金的熱應變溫度,為350~1140℃,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。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(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 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(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。3J1在660~700℃達到時(shí)效強化的峰值;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]。
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(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 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。
3J1功能考核試驗
3J1使用建議
選用。