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。經固溶或冷應變后時效處理，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定性等特點，能在較高的溫度、較大的應力或腐蝕性介質條件下工作。3J2是在3J1合金的基礎上，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 3J2(Ni36CrTiAlMo5)。

 

 

1.2 3J2相近牌號 ЭИ51,36HXTЮM5(俄羅斯)。

 

 

1.3 3J2材料的技術標準 3J2合金按企業標準或臨時技術協議供貨。

 

 

1.4 3J2化學成分 見表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 見表1-3。

 

1.6 3J2品種規格與供應狀態 見表1-4。

 

表1-3

 

牌號	品種或要求	熱處理制度
3J2	帶材	970～1000℃固溶＋700～750℃，時效2～4h，空冷或爐冷
		冷應變＋650～750℃，時效2～4h，空冷或爐冷
	絲材	冷應變＋630～700℃，時效2～4h，空冷或爐冷

表1-4mm

 

品種和狀態	冷軋帶材	冷拉絲材
厚度和直徑（邊長）	0.07～2.0	0.10～5.0
寬度	50～200	-
長度	-	-

1.7 3J2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 3J2應用概況與特殊要求 該類合金是20世紀60年代的老牌號，國內生產與應用多年。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、3J2物理及化學性能 

 

2.1 3J2熱性能

 

2.1.1 3J2線膨脹系數 該組合金在固溶加時效狀態下，其平均線膨脹系數(20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1。

 

2.2 3J2密度 冷應變加時效狀態合金的密度ρ=8.0g/cm3。

 

2.3 3J2電性能 在固溶＋時效狀態下ρ=1.0～1.1μΩ·m。

 

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

 

2.5 3J2化學性能 該類合金對硝酸、磷酸、氫氧化鈉、含硫石油、燃料油和潤滑油等腐蝕介質，以及在海洋和熱帶氣候條件下，具有較好的耐腐蝕性。 

 

三、3J2力學性能

 

3.1 3J2技術標準規定的性能

 

3.1.1 3J2交貨狀態合金材的力學性能 見表3-1。

 

表3-1

 

狀態和品種	(δ或d)/mm	σb/MPa	δ/%
固溶態帶材 冷拉絲材	0.2～0.50 0.20～3.0	≤1030 ≥1226	≥20 -

 

3.1.2 3J2交貨狀態合金材經時效處理后的力學性能 見表3-2。

 

表3-2

 

狀態和品種	(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	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，其抗拉強度也應符合表中要求；規定非比例伸長應力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性能 不同狀態的合金室溫力學性能見表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 見表3-4。

 

 

 

表3-3

 

 

 

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

 

 

 

表3-4

 

 

 

狀態	E/GPa	G/GPa	βE/10-6℃-1
固溶＋時效	191～211	76～79	－200～250

 

 

 

四、3J2組織結構

 

 

 

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。固溶或經冷應變后時效處理，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 3J2時間-溫度-組織轉變曲線 

 

 

 

4.3 3J2合金組織結構 使用狀態的合金基本組織為；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、3J2工藝性能與要求

 

 

 

5.1 3J2成形性能 合金的熱應變溫度，3J2為1000～1150℃，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。冷拉絲材彎曲、纏繞性能良好。

 

 

 

5.2 3J2焊接性能 合金在固溶狀態下比在時效狀態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。

 

 

 

合金在固溶狀態下焊接，焊后時效處理。在時效后焊接，應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 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。

 

 

 

經不同溫度固溶處理的3J1合金，其強度與時效溫度的關系見圖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：合金經時效處理后獲得高的力學性能和彈性性能。應根據時效前的合金品種、狀態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。含鉬的合金在達到時效強化的峰值，溫度繼續升高，強化效果很快降低。見圖5-2。

 

 

 

經應變形后的合金時效，亦稱硬時效。因冷應變促進時效析出過程，提高時效強化效果。冷應變使合金的時效強化峰值溫度向低溫方向移動。冷應變率越大，時效溫度也越偏低。較合適的冷應變率一般為50%～70%。合金經一定的冷應變加工，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 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，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 固溶狀態的合金硬度較低，易于切削等各種機加工。冷應變狀態和時效狀態的合金也能進行機加工，但較難。零件一般在固溶狀態加工成毛坯，時效處理后再精加工到要求尺寸。合金的磨削性能良好。