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3J2
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。
1.13J2材料牌號(hào)3J2(Ni36CrTiAlMo5)。
1.23J2相近牌號(hào)ЭИ51,36HXTЮM5(俄羅斯)。
1.33J2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。
1.43J2化學(xué)成分見表1-2。
表1-2[1]%
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 |
1.53J2熱處理制度見表1-3。
1.63J2品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)見表1-4。
表1-3[1,2]
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1-4[1,2]mm
品種和狀態(tài) | 冷軋帶材 | 冷拉絲材 |
厚度和直徑(邊長) | 0.07~2.0 | 0.10~5.0 |
寬度 | 50~200 | - |
長度 | - | - |
1.73J2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。
1.83J2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或腐蝕介質(zhì)的零件,如膜盒、膜片、波紋管、傳送桿、擋板和彈性結(jié)構(gòu)件等。
二、3J2物理及化學(xué)性能
2.13J2熱性能
2.1.13J2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[1,3,4]。
2.23J2密度冷應(yīng)變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度ρ=8.0g/cm3[1,4]。
2.33J2電性能在固溶+時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.0~1.1μΩ?m[3]。
2.43J2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[4,5]。
2.53J2化學(xué)性能該類合金對(duì)、酸、氫氧化鈉、含石油、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]。
三、3J2力學(xué)性能
3.13J2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.13J2交貨狀態(tài)合金材的力學(xué)性能見表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 | 0.2~0.50 0.20~3.0 | ≤1030 ≥1226 | ≥20 - |
3.1.23J2交貨狀態(tài)合金材經(jīng)時(shí)效處理后的力學(xué)性能見表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 | ≥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)定非比例伸長應(yīng)力σPO.2值適用于厚度大于0.50mm的帶材。
3.23J2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)性能見表3-3。.
3.33J2持久和蠕變性能
3.43J2疲勞性能
3.53J2彈性性能見表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+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[1]
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)
4.13J2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℃以上析出相開始溶解,900℃以上溶解完畢。
4.23J2時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.33J2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
5.13J2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。
5.23J2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時(shí)效溫度,以免降低合金性能。
5.33J2零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(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1.5),一般在保證*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)系見圖5-1,從圖可見,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)減少彈性滯后和后時(shí)效有利[6]。
5.43J2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(jìn)行。
酸洗后可用稀水溶液短時(shí)間漂白,后用石灰水中和零件表面的殘酸。
5.53J2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。
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