 3J3
材料牌號：3J3/Ni36CrTiAlMo8精密合金
俄羅斯牌號：ЭИ53/36HXTЮM8
一、3J3精密合金概述：
3J3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(wěn)定性等特點，能在較高的溫度、較大的應力或腐蝕性介質(zhì)條件下工作。3J3是在3J1合金的基礎上，加入8%鉬的合金，具有更高的耐熱性，使用溫度可提高到450℃。該類合金也能在低溫（如近-200℃）下使用。
1、3J3合金材料牌號：3J3(Ni36CrTiAlMo8)。
2、3J3合金相近牌號：ЭИ53,36HXTЮM8(俄羅斯)。
3、3J3合金材料的技術標準：
4、3J3合金化學成分：見表1-2。
表1-2[1] %
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C≤ |
Si≤ |
Mn≤ |
P≤ |
S≤ |
Cr≥ |
Ni≥ |
Mo≥ |
Cu≤ |
|
0.05 |
0.50 |
0.80-1.20 |
0.010 |
0.010 |
12.0-13.0 |
35.0-37.0 |
7.5-8.5 |
- |
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其他 |
Al≤ |
Ti≤ |
Fe≤ |
Co≤ |
V≤ |
W≤ |
Nb≤ |
N≤ |
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1.0-1.3 |
2.70-3.20 |
余量 |
- |
- |
- |
- |
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5、3J3合金熱處理制度：見表1-3。
6、3J3合金品種規(guī)格與供應狀態(tài)：見表1-4。
表1-3[1,2]
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品種或要求 |
熱處理制度 |
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帶材 |
1000～1050℃固溶＋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＋500～700℃，時效2～4h，空冷或爐冷 |
表1-4[1,2] mm
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品種和狀態(tài) |
冷軋帶材 |
冷拉絲材 |
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厚度和直徑（邊長） |
0.07～2.0 |
0.10～5.0 |
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寬度 |
50～200 |
- |
|
長度 |
- |
- |
7、3J3合金熔煉與鑄造工藝：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。
8、3J3合金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(nèi)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(jié)構(gòu)件等。
二、3J3精密合金物理及化學性能：
1、3J3合金熱性能：3J3線膨脹系數(shù)：
該組合金在固溶加時效狀態(tài)下，其平均線膨脹系數(shù) (20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1[1,3,4]。
2、3J3合金密度：冷應變加時效狀態(tài)合金的密度ρ=8.3g/cm3[1,4]。
3、3J3合金電性能：在固溶＋時效狀態(tài)下ρ=1.0～1.2μΩ·m[3]。
4、3J3合金磁性能：固溶加時效狀態(tài)的3J3合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11[4,5]。
5、3J3合金化學性能：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(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精密合金力學性能：
1、3J3合金技術標準規(guī)定的性能：
(1)、3J3交貨狀態(tài)合金材的力學性能：見表3-1。
表3-1[1]
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狀態(tài)和品種 |
(δ或d)/mm |
σb/MPa |
δ/% |
固溶態(tài)帶材
冷拉絲材 |
0.20～0.50
0.20～3.0 |
≤1080
≥1275 |
≥20
- |
(2)、3J3交貨狀態(tài)合金材經(jīng)時效處理后的力學性能：見表3-2。
表3-2[1,2]
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狀態(tài)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 |
≥1471
≥1275
≥1618 |
-
-
- |
≥3
≥5
≥3 |
注：厚度>0.10mm的帶材和d>0.20mm的絲材，其抗拉強度也應符合表中要求；規(guī)定非比例伸長應力σPO.2值適用于厚度大于0.50mm 的帶材。
2、3J3合金室溫及各種溫度下的力學性能：不同狀態(tài)的合金室溫力學性能見表3-3。
3、3J3合金持久和蠕變性能：
4、3J3合金疲勞性能：
5、3J3合金彈性性能：見表3-4。
表3-3[1]
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狀態(tài) |
帶材試樣厚度/mm |
σb/MPa |
δ/% |
HV |
|
1000℃,保溫15min，水淬 |
0.20 |
824～9 |
2.6～26 |
200～230 |
|
1000℃,保溫5min，水淬＋700℃，時效4h |
0.20 |
1421～1480 |
6～7 |
440～450 |
|
1030℃,保溫15min，水淬＋50℃，冷應變 |
0.80 |
1471 |
3 |
- |
|
50%冷應變＋750℃，時效4h |
0.80 |
1780～1835 |
4 |
>450 |
表3-4[1]
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狀態(tài) |
E/GPa |
G/GPa |
βE/10-6℃-1 |
|
固溶＋時效 |
196～216 |
76～79 |
－200～250 |
四、3J3精密合金組織結(jié)構(gòu)：
1、3J3合金相變溫度：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℃析出量達最大值（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。
2、3J3合金時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線：
3、3J3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)]型強化相，并含有少量的碳化物和Fe2Mo拉氏相（含Mo合金）。
五、3J3精密合金工藝性能與要求：
1、3J3合金成形性能：合金的熱應變溫度，3J3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。
2、3J3合金焊接性能：合金在固溶狀態(tài)下比在時效狀態(tài)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(tài)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。
3、3J3合金零件熱處理工藝：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(wěn)定性較高，可適當提高固溶溫度。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3J3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(jīng)時效處理后獲得高的力學性能和彈性性能。應根據(jù)時效前的合金品種、狀態(tài)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(xù)升高，強化效果很快降低。見圖5-2。
經(jīng)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(jīng)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[6]。
4、3J3合金表面處理工藝：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℃溫度下進行。
酸洗后可用稀硝酸水溶液短時間漂白，最后用石灰水中和零件表面的殘酸。
5、3J3合金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)和時效狀態(tài)的合金也能進行機加工，但較難。零件一般在固溶狀態(tài)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。
六、3J3精密合金品種規(guī)格與供應狀態(tài)：
1、品種分類：特種合金可生產(chǎn)各種規(guī)格的3J3無縫管、3J3鋼板、3J3圓鋼、3J3鍛件、3J3法蘭、3J3圓環(huán)、3J3焊管、3J3鋼帶、3J3絲材及3J3配套焊材。
2、交貨狀態(tài)：無縫管：固溶+酸白，長度可定尺；板材：固溶、酸洗、切邊；焊管：固溶酸白+RT%探傷，鍛件：退火+車光；棒材以鍛軋狀態(tài)、表面磨光或車光；帶材經(jīng)冷軋、固溶軟態(tài)、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤狀或直條狀、固溶直條細磨光狀態(tài)交貨。 |
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