3J01(3J1)弹性合金
3J1(3J01)弹性合金
一、3J1概述
3J01合金是铁-镍-铬系奥氏体沉淀强化型高弹性合金。固溶处理后具有的塑性，硬度低，易加工成型。经固溶或冷应变后时效处理，获得高的力学功能和弹性功能。
3J01合金具有较高的强度、高的弹性模量，较小的弹性后效和滞后、弱磁性、的耐蚀性和热稳定性等特点，能在较高的温度、较大的应力或腐蚀性介质条件下作业。3J1可在250℃以下作业。该类合金也能在低温（如近-200℃）下运用。
1.13J1材料牌号3J1(Ni36CrTiAl)。
1.23J1附近牌号ЭИ702,36HXTЮ(俄罗斯)。
1.33J1材料的技术标准3J1合金的技术标准YB/T5256—1993《弹性元件用合金3J1和3J53技术条件》。
1.43J1化学成分见表1-2。
表1-2%
| C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Ti | Al | Fe |
| ≤0.05 | ≤1.00 | ≤0.80 | ≤0.020 | ≤0.020 | 34.5～36.5 | 11.5～13.0 | - | 2.70～3.20 | 1.00～1.80 | 余量 |
1.53J1热处理准则见表1-3。
1.63J1种类规格与供给状况见表1-4。
表1-3
| 隆继集团产品方式 | 热处理准则 |
| 带材 | 920～950℃固溶＋650～750℃，时效2～4h，空冷或炉冷 |
| 冷应变＋600～700℃，时效2～4h，空冷或炉冷 | |
| 丝材 | 冷应变＋500～700℃，时效2～4h，空冷或炉冷 |
| 棒材 | 冷应变＋650～750℃，时效2～4h，空冷或炉冷 |
| 热轧（锻）材 | 950～980℃固溶＋700～750℃，时效≥4h，空冷或炉冷 |
表1-4mm
| 种类和状况 | 冷轧带材 | 冷拉丝材 | 冷拉磨光棒材 | 热轧圆球 | 锻材 | 热轧扁材 |
| 厚度和直径（边长） | 0.05～3.5 | 0.10～6.0 | 3.0～30.0 | 6.0～25.0 | >5～100 | 4.0～13 |
| 宽度 | 50～250 | - | - | - | - | - |
| 长度 | - | - | - | ≤500 | ≤300 | ≥300 |
1.73J1熔炼与铸造工艺合金选用真空感应炉熔炼或真空感应炉熔炼加真空自耗炉重熔。
1.83J1使用概略与特殊要求该类合金是20世纪60年代的老牌号，生产与使用多年。首要用于制作各种航空用弹性灵敏元件及耐或腐蚀介质的零件，如膜盒、膜片、波纹管、传送杆、挡板和弹性结构件等。
二、3J1物理及化学功能
2.13J1热功能
2.1.13J1线膨胀系数该组合金在固溶加时效状况下，其平均线膨胀系数(20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1。
2.23J1密度冷应变加时效状况合金的密度ρ=8.0g/cm3。
2.33J1电功能在冷变形＋时效状况下ρ=1.02μΩ·m。
2.43J1磁功能固溶加时效状况的3J1合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11。
2.53J1化学功能该合金对、酸、氢氧化钠、含石油、燃料油和润滑油等腐蚀介质，以及在海洋和热带气候条件下，具有较好的耐腐蚀性。
三、3J1力学功能
3.13J1技术标准规则的功能
3.1.13J1交货状况合金材的力学功能见表3-1。
表3-1
| 状况和种类 | (δ或d)/mm | σb/MPa | δ/% |
| 固溶态带材 冷拉丝材 | 0.20～0.50 0.20～3.0 | ≤981 ≥981 | ≥20 - |
3.1.23J1交货状况合金材经时效处理后的力学功能见表3-2。
表3-2
| 状况和种类 | (δ或d)/mm | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ/% |
| 冷轧＋时效带材 固溶＋时效带材 冷拉＋时效带材 冷拉＋时效带材 热锻（轧）材固溶＋时效 | 0.20～2.50 0.20～1.00 0.50～5.0 3.0～18.0 6.0～25.0 | ≥1373 ≥1177 ≥1471 ≥1373 ≥1177 | ≥981 ≥735 - - - | ≥5 ≥8 ≥5 ≥5 ≥10 |
注：厚度>0.10mm的带材和d>0.20mm的丝材，其抗拉强度也应符合表中要求；规则非份额伸长应力σPO.2值适用于厚度大于0.50mm的带材。
3.23J1室温及各种温度下的力学功能不同状况的合金室温力学功能见表3-3。
3.33J1和蠕变功能
3.43J1疲惫功能
3.53J1弹性功能见表3-4。
表3-3
| 状况 | 带材试样厚度/mm | σb/MPa | δ/% | HV |
| 920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷却 | 0.10～0.20 | 588～735 | 20～27 | 150～190 |
| 920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷却＋720℃，时效2h | 0.10～0.20 | 1275～1295 | 14～16 | 350～390 |
| 60%～65%冷应变 | 0.10～0.20 | 1280～1304 | 4～6 | - |
| 60%～65%冷应变＋650℃，时效2h | 0.10～0.20 | 1471～1600 | 6～7 | 400～480 |
表3-4
| 状况 | E/GPa | G/GPa | βE/10-6℃-1 |
| 固溶＋时效 冷应变＋时效 | 176～196 186～206 | 77～78 76～78 | －200～250 －200～350 |
四、3J1安排结构
4.13J1相变温度合金在900℃以上（达920～980℃）固溶处理后，为单相奥氏体安排。固溶或经冷应变后时效处理，约在500℃，从奥氏体中开端分出γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]沉淀强化相，600℃以上分出迅速，650～750℃分出量达大值（含钼的合金温度偏上限）。在750℃以上分出相开端溶解，900℃以上溶解结束。
4.23J1合金安排结构运用状况的合金基本安排为；奥氏体基体加γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]型强化相，并含有少数的碳化物和Fe2Mo拉氏相（含Mo合金）。
五、3J1工艺功能与要求
5.13J1成形功能合金的热应变温度，为350～1140℃，进行锻、轧等热加工，其加工功能。
固溶处理后，合金塑性，可冷应变加工制成薄带和细丝，或用冲压、挤压等办法制成形状复杂的弹性元件。厚度0.20～1.00mm的3J1合金软态带材的杯突值不小于8.5mm。冷拉丝材弯曲、环绕功能。
5.23J1焊接功能合金在固溶状况下比在时效状况下有的焊接功能，可进行点焊、缝焊、氩弧焊、电子束焊，以及铜、银基硬钎焊。在时效处理后，点焊、缝焊功能较差。在合金外表镀镍后可进行低温锡、铅软钎焊。
合金在固溶状况下焊接，焊后时效处理。在时效后焊接，应注意不要使零件温度超过时效温度，避免降低合金功能。
5.33J1零件热处理工艺为避免合金外表氧化，成品热处理宜在真空或保护气氛条件下进行。
固溶处理：固溶温度对合金的加工功能和时效处理后的功能影响较大。温度低于900℃固溶时，合金为两相安排；超过1100℃后，将引起晶粒长大，而且不均匀。含钼的合金热稳定性较高，可适当进步固溶温度。固溶温度依据合金成分、种类和不同功能要求等因素合理挑选（见1.5），一般在完全固溶条件下，应尽量挑选较低的温度。
经不同温度固溶处理的3J1合金，其强度与时效温度的联系见图5-1，从图可见，随固溶温度的升高，时效后的强度下降。
时效处理：合金经时效处理后获得高的力学功能和弹性功能。应依据时效前的合金种类、状况和运用功能等因素合理挑选时效处理准则（见1.5）。
固溶处理后的时效，效温度的进步强化效果增强。3J1在660～700℃到达时效强化的峰值；含钼的合金在到达时效强化的峰值，温度继续升高，强化效果很快降低。
经应变形后的合金时效，亦称硬时效。因冷应变促进时效分出过程，进步时效强化效果。冷应变使合金的时效强化峰值温度向低温方向移动。冷应变率越大，时效温度也越偏低。较合适的冷应变率一般为50%～70%。合金经一定的冷应变加工，并在稍低的温度下时效，对削减弹性滞后和后时效有利。
5.43J1外表处理工艺合金热处理后的氧化皮，可选用碱浸-酸洗联合操作办法清除。液温度不宜超过500℃。酸液选用“三酸”水溶液，在50～80℃温度下进行。
酸洗后可用稀水溶液短时间漂白，后用石灰水中和零件外表的残酸。
5.53J1切削加工与磨削功能固溶状况的合金硬度较低，易于切削等各种机加工。冷应变状况和时效状况的合金也能进行机加工，但较难。零件一般在固溶状况加工成毛坯，时效处理后再精加工到要求尺度。合金的磨削功能。
