性合金3J3锻件 锻圆法兰

一、概述
 
3J3合金是铁-镍-铬系奥氏体沉淀强化型高性合金。固溶处理后具有良好的塑性，硬度低，易加工成型。经固溶或冷应变后时效处理，获得高的力学性能和性性能。 该类合金具有较高的强度、高的性模量，较小的性后效和滞后、弱磁性、良好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工作。3J3是在3J1合金的基础上，加入8%钼的合金，具有更高的耐热性，使用温度可提高到450℃。该类合金也能在低温（如近-200℃）下使用。
 
1.1 3J3材料牌号 3J3(Ni36CrTiAlMo8)。
 
1.2 3J3相近牌号 ЭИ53,36HXTЮM8()。
 
1.3 3J3材料的技术标准 3J3合金按企业标准或临时技术协议供货。
 
1.4 3J3化学成分  见表1-2。
 

 
1.5 3J3热处理制度 见表1-3。
 
1.6 3J3品种规格与供应状态 见表1-4。
 

 
1.7 3J3熔炼与铸造工艺 合金采用真空感应炉熔炼或真空感应炉熔炼加真空自耗炉重熔。
 
1.8 3J3应用概况与特殊要求 该类合金是20世纪60年代的老牌号，国内生产与应用多年。主要用于制造各种航空用性敏感元件及耐或其他腐蚀介质的零件，如膜盒、膜片、波纹管、传送杆、挡板和其他性结构件等。
 
 
二、3J3物理及化学性能
 
2.1 3J3热性能                                       
 
2.1.1 3J3线膨胀系数 该组合金在固溶加时效状态下，其平均线膨胀系数(20～100℃)=(12.0～14.0)×10-6℃-1[1,3,4]。
 
2.2 3J3密度 冷应变加时效状态合金的密度ρ=8.3g/cm3[1,4]。
 
2.3 3J3电性能 在固溶＋时效状态下ρ=1.0～1.2μΩ·m[3]。
 
2.4 3J3磁性能 固溶加时效状态的3J3合金，其磁化率χm=(12.5～205)×10-11[4,5]。
 
2.5 3J3化学性能 该类合金对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[4，5]。
 
 
三、3J3力学性能
 
3.1 3J3技术标准规定的性能
 
3.1.1 3J3交货状态合金材的力学性能 见表3-1。
 

 
3.1.2 3J3交货状态合金材经时效处理后的力学性能 见表3-2。
 

 
3.2 3J3室温及各种温度下的力学性能 不同状态的合金室温力学性能见表3-3。
 
3.3 3J3持久和蠕能
 
3.4 3J3性能
 
3.5 3J3性性能 见表3-4。
 

 
 
四、3J3组织结构
 
4.1 3J3相变温度 合金在900℃以上（980～1150℃）固溶处理后，为单相奥氏体组织，在含钼的3J3合金中除了奥氏相外，还有少量Fe2Mo拉氏相。固溶或经冷应变后时效处理，约在500℃，从奥氏体中开始析出γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]沉淀强化相，600℃以上析出迅速，650～750℃析出量达大值（含钼的合金温度偏上限）。在750℃以上析出相开始溶解，900℃以上溶解完毕。          
 
4.2 3J3时间-温度-组织转变曲线
 
4.3 3J3合金组织结构 使用状态的合金基本组织为；奥氏体基体加γ′[(Ni,Fe)3(Al,Ti)]型强化相，并含有少量的碳化物和Fe2Mo拉氏相（含Mo合金）。
 
 
五、3J3工艺性能与要求
 
5.1 3J3成形性能 合金的热应变温度，3J3为1000～1150℃，进行锻、轧等热加工，其加工性能良好。
 
固溶处理后，合金塑性良好，可冷应变加工制成薄带和细丝，或用冲压、挤压等方法制成形状复杂的性元件。
 
5.2 3J3焊接性能 合金在固溶状态下比在时效状态下有更好的焊接性能，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、缝焊性能较差。在合金表面镀镍后可进行低温锡、铅软钎焊。
 
合金在固溶状态下焊接，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，以免降低合金性能。
 
5.3 3J3零件热处理工艺 为防止合金表面氧化，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性能和时效处理后的性能影响较大。温度低于900℃固溶
 
时，合金为两相组织；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，可适当提高固溶温度。固溶温度根据合金成分、品种和不同性能要求等因素合理选择（见1.5），一般在保证完全固溶条件下，应尽量选择较低的温度。
 
经不同温度固溶处理的3J1合金，其强度与时效温度的关系见图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性能和性性能。应根据时效前的合金品种、状态和使用性能等因素合理选择时效处理制度（见1.5）。
 
固溶处理后的时效，随时效温度的提化效果增强。含钼的合金在达到时效强化的峰值，温度继续升高，强化效果很快降低。见图5-2。
 
经应变形后的合金时效，亦称硬时效。因冷应变促进时效析出过程，提高时效强化效果。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，对减少性滞后和后时效有利[6]。
 

性合金3J3 耐热合金若在高温下使用，材料的高温强度、耐氧化性、耐高温腐蚀性都将成为问题。添加镍可提高耐热性，而铬、硅、铝等有助于提高材料的耐氧化性。耐热不锈钢是在不锈钢中添加了上述元素而制成的。此外，在高温下使用时，有时还要考虑蠕变强度、热机械疲劳。该系列产品可用于热交换器、压力容器、热处理炉的构件等

性合金3J3机械性能对应国标牌号

镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，

性合金3J3真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700提高到11平均每年提高10左右。

镍基高温合金成分和性能

镍基高温合金中应用为广泛。

性合金3J3主要原因在于，镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。

镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。

镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。

镍基高温合金生产工艺

冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，

性合金3J3减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。

变形方面：采用锻造、轧制工艺，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。

铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。

热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet 500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，112小时，空冷；中间处理，104小时，空冷；一次时效处理，824小时，空冷；二次时效处理，716小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

性合金3J3发展至今，市场每年高温金属合金消费量在30万吨，广泛应用于各个领域：过去多年，全球业对新能源飞机需求，目前空客与波音已有超万架此类飞机等待交付。而精密机件公司是全球高温合金复杂金属零部件和产品制造的龙头企业，也为、化学加工、石油和天然气的冶炼以及污染的等行业提供所需的镍钴等高温合金。精密机件公司就是波音、空客、劳斯莱斯、庞巴迪等jungong企业的零配件制造商 [1]  。