摘要：該文以常用動密封材料3J21合金作為研究對象，探究時效處理對其性能的影響。拉伸和疲勞振動試驗測試結(jié)果表明:在時效溫度400℃~640℃內(nèi),3J21合金的抗拉強度和疲勞極限隨溫度的增大先逐漸增大，到550℃達到最大值，隨后逐漸降低;延伸率呈大致相反的變化規(guī)律。550℃時效合金強化效果最好，強度高而塑性穩(wěn)定，疲勞極限達到最大值，約5.76X105次。金相組織觀察表明:時效過程中析出的強化相及產(chǎn)生的回復(fù)效應(yīng)是造成上述結(jié)果的主要原因。振動疲勞試驗中,3J21合金疲勞試樣的高度和彈力值隨時間的增加逐漸降低，振動初期變化較快，該變化規(guī)律對于航空液壓泵動密封結(jié)構(gòu)中間隙尺寸及公差的設(shè)計具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞：動密封材料;3J21合金;時效處理;影響

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0??引言

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波浪圈是經(jīng)模具沖壓而成的彈性元件，具有體積小、占用空間少，又具有減振和調(diào)節(jié)壓力的作用,在航空液壓泵動密封中得到了廣泛的應(yīng)用；隨著新一代航空液壓泵向高壓力、高轉(zhuǎn)速、高壽命、高溫度、高可靠性方向發(fā)展,對密封結(jié)構(gòu)的泄漏量和可靠性提出了更高的要求。波浪圈在動密封結(jié)構(gòu)中，承受交變載荷的作用，其抗疲勞性能直接影響到動密封穩(wěn)定性和可靠性。3J21合金具有無磁、耐腐蝕、高彈性、高強度和良好的耐疲勞性能，在航空液壓泵動密封中作為波浪圈材料得到了應(yīng)用。

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時效處理是改善3J21合金性能的重要手段，通過時效處理可調(diào)整合金的組織,以達到合金理想的性能與工作穩(wěn)定性。為此，探索時效處理對3J21合金性能的影響，為航空液壓泵彈性元件合理的選材設(shè)計和工藝規(guī)范的制定提供依據(jù)，顯然具有十分重要的意義。

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1.1試驗材料

試驗材料為0.2mm厚的3J21合金冷軋帶，技術(shù)條件符合YB/T5253-93。

1.2試驗方法

將3J21合金冷軋帶按圖1所示尺寸沖壓加工成某型航空液壓泵內(nèi)波浪圈（疲勞試樣）及標準拉伸試樣,試樣加工完成后分別在VKA-120型真空爐中采用400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、640℃進行時效處理，時效時間3h。拉伸試驗在電子萬能試驗機上進行,采用Olympus金相顯微鏡對組織進行觀察，腐蝕劑為200mlHCl+65mlHNO3+5gCuCl2。

疲勞振動試驗采用專用工裝在TPJ-2型疲勞試驗機上進行，振動頻率600次/min,振幅為從工作高度1.7mm到波浪圈自由高度，振動5h觀察1次，隨每1h停機觀察1次，并測量疲勞試樣彈力及高度值，并記錄疲勞斷裂時間。

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2、試驗結(jié)果分析與討論

2.1拉伸性能及組織分析

圖2是不同時效溫度下拉伸試驗結(jié)果，可以看出,隨時效溫度的增加，合金的抗拉強度逐漸增大，550℃達到最大值,隨后呈下降趨勢，延伸率變化規(guī)律與抗拉強度大致相反，這與強塑性倒置的一般規(guī)律相符。合金的組織決定性能,3J21合金拉伸性能變化規(guī)律與時效過程中析出的沉淀強化相、合金元素的偏聚及回復(fù)與再結(jié)晶有關(guān)。從圖3中3J21合金時效溫度下的金相組織照片可以看出，時效產(chǎn)生的析出相及合金元素偏聚，在形變帶、晶界處以及晶粒內(nèi)部呈彌散分布;隨著時效溫度的升高，析出相的數(shù)量越多，分布越均勻，強化效果越明顯;但溫度大于550℃，沉淀相發(fā)生溶解，強化作用降低，并加速回復(fù)與再結(jié)晶（如圖3f所示）,這與拉伸強度于550℃后開始降低的試驗結(jié)果相吻合。

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2.2疲勞分析

在本文中規(guī)定波浪圈振動斷裂時間即為合金的疲勞極限，圖4是時效溫度對合金疲勞極限的影響，從圖4中可以看出溫度對疲勞極限的影響與對拉伸強度的影響類似，都是先增大,550℃達到最大值，約16h（振動5.76X105），隨后逐漸降低。

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疲勞試樣在振動過程中承受交變載荷的作用，經(jīng)過有限次的循環(huán)之后,將在應(yīng)力集中處局部塑性變形，并堆積產(chǎn)生循環(huán)滑移帶，滑移帶的堆積將導(dǎo)致裂紋的萌生，裂紋經(jīng)過擴展進而導(dǎo)致斷裂。裂紋萌生是對組織較為敏感，在400℃?550℃時效處理時，由于析出相的產(chǎn)生，對位移的滑移起到阻礙的作用，進而阻礙裂紋的萌生和擴展,提高疲勞極限,550℃時疲勞極限達到最大值，溫度大于550℃時，由于強化相的長大、溶解，強化作用降低，位錯能以繞過機制運動，降低了對位錯的阻礙作用。金曉鷗等人對不同時效態(tài)的裂紋萌生壽命不同，而裂紋擴展速率總體上差別不大。

圖5是550℃時效處理的疲勞試樣在振動試驗過程中高度和彈力值的變化曲線，可以看出試樣的高度和彈力值總體上隨振動時間的增加逐漸降低,振動初期高度和彈力變化較快。初期變化較快可能與波浪圈沖壓變形后經(jīng)時效處理產(chǎn)生的應(yīng)力松弛或初次承受載產(chǎn)生的尺寸回彈有關(guān)。根據(jù)波浪圈的載荷-繞度關(guān)系公式，高度和型面R轉(zhuǎn)接是決定彈力的重要原因，因此，本次試驗中彈力的變化規(guī)律與高度變化一致。試驗過程中的高度及彈力變化規(guī)律對于航空液壓泵動密封結(jié)構(gòu)中間隙尺寸及公差的設(shè)計具有重要的參考價值。

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3、結(jié)論

本文通過對動密封材料3J21合金進行不同時效溫度處理，觀察其金相組織，進行拉伸及疲勞振動試驗，可得出以下結(jié)論：

(1)?在時效溫度400℃~640℃內(nèi)，3J21合金的抗拉強度和疲勞極限隨溫度的增大先逐漸增大，到550℃達搭配最大值,隨后逐漸降低；延伸率呈大致反的變化規(guī)律。550℃時效合金強化效果最好，強度高而塑性穩(wěn)定，疲勞極限達最大值，約振動5.76X105,時效過程中析出的強化相機產(chǎn)生的回復(fù)效應(yīng)是造成上述結(jié)果的主要原因。

(2) 在振動疲勞試驗中，3J21合金疲勞試樣的高度和彈力值隨時間的增加逐漸降低,振動初期變化較快，該變化規(guī)律對于航空液壓泵動密封結(jié)構(gòu)中間隙尺寸及公差的設(shè)計具有重要的參考價值。