3J1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。3J1可在250℃以下工作。該類合金也能在低溫（如近-200℃）下使用。
1.1 3J1材料牌號(hào) 3J1(Ni36CrTiAl)。
1.2 3J1相近牌號(hào) ЭИ702,36HXTЮ(俄羅斯)。
1.3 3J1材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3J1合金的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5256—1993《彈性元件用合金3J1和3J53技術(shù)條件》。
1.4 3J1化學(xué)成分 見表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 |
1.6 3J1品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 見表1-4。
表1-3
| 品種或要求 | 熱處理制度 |
| 帶材 | 920～950℃固溶＋650～750℃，時(shí)效2～4h，空冷或爐冷 |
| 冷應(yīng)變＋600～700℃，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 |
| 棒材 | 冷應(yīng)變＋650～750℃，時(shí)效2～4h，空冷或爐冷 |
| 熱軋（鍛）材 | 950～980℃固溶＋700～750℃，時(shí)效≥4h，空冷或爐冷 |
表1-4mm
| 品種和狀態(tài) | 冷軋帶材 | 冷拉絲材 | 冷拉磨光棒材 | 熱軋圓球 | 鍛材 | 熱軋扁材 |
| 厚度和直徑（邊長(zhǎng)） | 0.05～3.5 | 0.10～6.0 | 3.0～30.0 | 6.0～25.0 | >5～100 | 4.0～13 |
| 寬度 | 50～250 | - | - | - | - | - |
| 長(zhǎng)度 | - | - | - | ≤500 | ≤300 | ≥300 |
1.8 3J1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(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、3J1物理及化學(xué)性能
2.1 3J1熱性能
2.1.1 3J1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。2.2 3J1密度 冷應(yīng)變加時(shí)效狀態(tài)合金的密度ρ=8.0g/cm3。
2.3 3J1電性能 在冷變形＋時(shí)效狀態(tài)下ρ=1.02μΩ·m。
2.4 3J1磁性能 固溶加時(shí)效狀態(tài)的3J1合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11[4,5]。
2.5 3J1化學(xué)性能 該合金對(duì)硝酸、磷酸、氫氧化鈉、含硫石油、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。
三、3J1力學(xué)性能
3.1 3J1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1 3J1交貨狀態(tài)合金材的力學(xué)性能 見表3-1。
表3-1
| 狀態(tài)和品種 | (δ或d)/mm | σb/MPa | δ/% |
|
固溶態(tài)帶材 冷拉絲材 |
0.20～0.50 0.20～3.0 |
≤981 ≥981 |
≥20 - |
表3-2
| 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 冷拉＋時(shí)效帶材 熱鍛（軋）材固溶＋時(shí)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 |
3.2 3J1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。
3.3 3J1持久和蠕變性能
3.4 3J1疲勞性能
3.5 3J1彈性性能 見表3-4。
表3-3
| 狀態(tài) | 帶材試樣厚度/mm | σb/MPa | δ/% | HV |
| 920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷卻 | 0.10～0.20 | 588～735 | 20～27 | 150～190 |
| 920～950℃,以1.3℃/min速度水套冷卻＋720℃，時(shí)效2h | 0.10～0.20 | 1275～1295 | 14～16 | 350～390 |
| 60%～65%冷應(yīng)變 | 0.10～0.20 | 1280～1304 | 4～6 | - |
| 60%～65%冷應(yīng)變＋650℃，時(shí)效2h | 0.10～0.20 | 1471～1600 | 6～7 | 400～480 |
表3-4
| 狀態(tài) | E/GPa | G/GPa | βE/10-6℃-1 |
|
固溶＋時(shí)效 冷應(yīng)變＋時(shí)效 |
176～196 186～206 |
77～78 76～78 |
－200～250 －200～350 |
四、3J1組織結(jié)構(gòu)
4.1 3J1相變溫度 合金在900℃以上（達(dá)920～980℃）固溶處理后，為單相奧氏體組織。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)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。
4.2 3J1時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 3J1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、3J1工藝性能與要求
5.1 3J1成形性能 合金的熱應(yīng)變溫度，為350～1140℃，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。厚度0.20～1.00mm的3J1合金軟態(tài)帶材的杯突值不小于8.5mm。冷拉絲材彎曲、纏繞性能良好。
5.2 3J1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。
5.3 3J1零件熱處理工藝 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)。3J1在660～700℃達(dá)到時(shí)效強(qiáng)化的峰值；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(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]。
酸洗后可用稀硝酸水溶液短時(shí)間漂白，最后用石灰水中和零件表面的殘酸。
5.5 3J1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。
