3J2高彈性合金 圓棒、3J2合金帶材

 

一、3J2概述

 

3J2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。3J2是在3J1合金的基礎(chǔ)上，加入5%和8%鉬的合金，具有更高的耐熱性，使用溫度分別可提高到350℃和450℃.該類合金也能在低溫（如近-200℃）下使用。

 

 

1.1 3J2材料牌號(hào) 3J2(Ni36CrTiAlMo5)。

 

 

1.2 3J2相近牌號(hào) ЭИ51,36HXTЮM5(俄羅斯)。

 

 

1.3 3J2材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3J2合金按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或臨時(shí)技術(shù)協(xié)議供貨。

 

 

1.4 3J2化學(xué)成分 見(jiàn)表1-2。

 

表1-2%

 

 

C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Ti	Al	Fe
≤0.05	0.80～1.20	≤0.50	≤0.010	≤0.010	35.0～37.0	12.5～13.5	4.0～6.0	2.70～3.20	1.00～1.30	余量

 

 

 

1.5 3J2熱處理制度 見(jiàn)表1-3。

 

1.6 3J2品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 見(jiàn)表1-4。

 

表1-3

 

牌號(hào)	品種或要求	熱處理制度
3J2	帶材	970～1000℃固溶＋700～750℃，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＋630～700℃，時(shí)效2～4h，空冷或爐冷

表1-4mm

 

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	-	-

1.7 3J2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 3J2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、3J2物理及化學(xué)性能 

 

2.1 3J2熱性能

 

2.1.1 3J2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。

 

2.2 3J2密度 冷應(yīng)變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度ρ=8.0g/cm3。

 

2.3 3J2電性能 在固溶＋時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.0～1.1μΩ·m。

 

2.4 3J2磁性能 固溶加時(shí)效狀態(tài)的3J2合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11。

 

2.5 3J2化學(xué)性能 該類合金對(duì)硝酸、磷酸、氫氧化鈉、含硫石油、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。 

 

三、3J2力學(xué)性能

 

3.1 3J2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能

 

3.1.1 3J2交貨狀態(tài)合金材的力學(xué)性能 見(jiàn)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	0.2～0.50 0.20～3.0	≤1030 ≥1226	≥20 -

 

3.1.2 3J2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

 

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	≥1422 ≥1226 ≥1569	- - -	≥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。

 

3.2 3J2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 3J2持久和蠕變性能

 

 

 

3.4 3J2疲勞性能 

 

 

 

3.5 3J2彈性性能 見(jiàn)表3-4。

 

 

 

表3-3

 

 

 

狀態(tài)	帶材試樣厚度/mm	σb/MPa	δ/%	HV
1000℃,保溫15min，水淬＋75℃，時(shí)效4h	0.10～0.20	1372～1421	8～10	420～430
980℃,固溶＋50%冷應(yīng)變＋750℃，時(shí)效2～4h	0.10～0.20	1372～1716	5～10	420～450

 

 

 

表3-4

 

 

 

狀態(tài)	E/GPa	G/GPa	βE/10-6℃-1
固溶＋時(shí)效	191～211	76～79	－200～250

 

 

 

四、3J2組織結(jié)構(gòu)

 

 

 

4.1 3J2相變溫度 合金在900℃以上（980～1100℃）固溶處理后，為單相奧氏體組織，在含鉬的3J2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(kāi)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(kāi)始溶解，900℃以上溶解完畢。           

 

 

 

4.2 3J2時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 

 

 

 

4.3 3J2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、3J2工藝性能與要求

 

 

 

5.1 3J2成形性能 合金的熱應(yīng)變溫度，3J2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。冷拉絲材彎曲、纏繞性能良好。

 

 

 

5.2 3J2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。

 

 

 

5.3 3J2零件熱處理工藝 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(jiàn)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(qiáng)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(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(jiàn)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(jiàn)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。

 

 

 

5.4 3J2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，后用石灰水中和零件表面的殘酸。

 

 

5.5 3J2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。