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3J3

一、3J3概述 

3J3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(lèi)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。3J3是在3J1合金的基礎(chǔ)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。

1.13J3材料牌號(hào)3J3(Ni36CrTiAlMo8)。

1.23J3相近牌號(hào)ЭИ53,36HXTЮM8(俄羅斯)。

1.33J3材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3J3合金按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或臨時(shí)技術(shù)協(xié)議供貨。

1.43J3化學(xué)成分見(jiàn)表1-2。

表1-2[1]% 

牌號(hào)

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

1.53J3熱處理制度見(jiàn)表1-3。

1.63J3品種規(guī)格與供應(yīng)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(yīng)變＋650～750℃，時(shí)效2～4h，空冷或爐冷

絲材

冷應(yīng)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(zhǎng)）

0.07～2.0

0.10～5.0

寬度

50～200

-

長(zhǎng)度

-

-

1.73J3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。

1.83J3應(yīng)用概況與特殊要求該類(lèi)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、3J3物理及化學(xué)性能 

2.13J3熱性能

2.1.13J3線(xiàn)膨脹系數(shù)該組合金在固溶加時(shí)效狀態(tài)下，其平均線(xiàn)膨脹系數(shù)(20～100℃)=(12.0～14.0)?10-6℃-1[1,3,4]。

2.23J3密度冷應(yīng)變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度 =8.3g/cm3[1,4]。

2.33J3電性能在固溶＋時(shí)效狀態(tài)下 =1.0～1.2 ?m[3]。

2.43J3磁性能固溶加時(shí)效狀態(tài)的3J3合金，其磁化率 m=(12.5～205)?10-11[4,5]。

2.53J3化學(xué)性能該類(lèi)合金對(duì)、酸、氫氧化鈉、含石油、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[4，5]。

三、3J3力學(xué)性能 

3.13J3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能

3.1.13J3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

( 或d)/mm

b/MPa

/%

固溶態(tài)帶材

冷拉絲材

0.20～0.50

0.20～3.0

1080

1275

20

-

3.1.23J3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

( 或d)/mm

b/MPa

P0.2/MPa

/%

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(qiáng)度也應(yīng)符合表中要求；規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力 PO.2值適用于厚度大于0.50mm的帶材。

3.23J3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。

3.33J3持久和蠕變性能

3.43J3疲勞性能

3.53J3彈性性能見(jiàn)表3-4。

表3-3[1] 

狀態(tài)

帶材試樣厚度/mm

b/MPa

/%

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(yīng)變

0.80

1471

3

-

50%冷應(yīng)變＋750℃，時(shí)效4h

0.80

1780～1835

4

450

表3-4[1] 

狀態(tài)

E/GPa

G/GPa

E/10-6℃-1

固溶＋時(shí)效

196～216

76～79

－200～250

四、3J3組織結(jié)構(gòu) 

4.13J3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(yīng)變后時(shí)效處理，約在500℃，從奧氏體中開(kāi)始析出 [(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。

4.23J3時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)

4.33J3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 [(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、3J3工藝性能與要求 

5.13J3成形性能合金的熱應(yīng)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(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。

5.23J3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。

5.33J3零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(chēng)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[6]。

5.43J3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。

酸洗后可用稀水溶液短時(shí)間漂白，后用石灰水中和零件表面的殘酸。

5.53J3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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