摘要??本文介紹了3J33合金的主要性能及其在中心儀上的應(yīng)用。3J33合金具有高強(qiáng)度、高彈性極限、高抗沖擊值及低內(nèi)耗,具有優(yōu)良的工藝性能和加工性能及一定的耐蝕性。

該合金主要用于自動(dòng)導(dǎo)航元件,電傳打字機(jī)簧片,用做撓性沱螺儀彈性敏感元件,以及大壓力下使用的彈簧、膜片、航空儀表中的發(fā)條等。

該合金的最佳熱處理制度為820℃保溫1h淬火+450℃保溫3h真空時(shí)效。時(shí)效處理后HV＞600,滿足設(shè)計(jì)要求,發(fā)條力矩特性穩(wěn)定。

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一?前言

隨著火箭、宇航、航海和航空事業(yè)的發(fā)展,要求高強(qiáng)度、高抗沖擊值、高穩(wěn)定和高疲勞強(qiáng)度極限、低內(nèi)耗（即Q值高）的彈性合金。

高彈性合金3J33用于自動(dòng)導(dǎo)航元件,電傳打字機(jī)簧片,用做撓性陀螺儀彈性敏感元件,以及大壓力彈簧、膜片、航空儀表中的發(fā)條等。

本合金具有高強(qiáng)度、高彈性極限,高抗沖擊值及低內(nèi)耗,具有優(yōu)良的工藝性能和加工性能以及一定的耐蝕性。能滿足高飛行速度對儀表的要求。

3J33合金的基本性能：E=191230MPa、G=69168MPa、βr-40t～+60℃=4×10-*/C、

μ=0.30、α-20℃~480℃=101?×10-°/℃、σb=1273～2110MPa、8=10～16%、HRC=

42～55、ax=60～235J/cm2、ψ=48～70%、00.002=1324MPa、00.002/E×102=0.68、

Q≥20000。

3J33合金系馬氏體時(shí)效鋼,馬氏體時(shí)效鋼是在超低碳鐵一鎳馬氏體基礎(chǔ)上利用某些合金元素產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化的一種高強(qiáng)度鋼。這類鋼是利用Ti、Al產(chǎn)生復(fù)合時(shí)效強(qiáng)化。Co+Mo在Fe-Ni-Co-Mo系馬氏體時(shí)效不銹鋼中產(chǎn)生有效的強(qiáng)化作用和較少的韌性損失。

人們最感興趣的地方是它在高強(qiáng)度水平下具有較好的韌性。

本合金借鑒了馬氏體時(shí)效鋼的許多特點(diǎn),如超高強(qiáng)度、高韌性和熱處理簡便等。

為滿足敏感元件的要求,北京鋼鐵研究總院,研究了本鋼種各種性能隨時(shí)效溫度的變化關(guān)系,得出了最佳綜合性能的理想熱處理制度為820℃保溫1H

h淬火+450℃保溫3H真空時(shí)效。

某機(jī)種大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)中心儀是在研究美國波音上的一型大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。其高度部件包括一個(gè)靜壓傳感器和一個(gè)函數(shù)凸輪裝置(高度計(jì)算器)解算出絕對高度訊號,同時(shí)得到高度微分和高度偏差等訊號,經(jīng)過輸出裝置,提供機(jī)上各系統(tǒng)使用。

高度部件的反饋元件,其發(fā)條在產(chǎn)品中用來消除間隙并張緊鋼帶,要求一定的力矩特性,要求材料應(yīng)耐疲勞并具有良好的工藝性及焊接性能。

彈簧及發(fā)條都是一種彈力元件,所以要選擇彈性材料。中心儀高度部件上的發(fā)條,要求維氏硬度HV≥600。高彈性合金3J33時(shí)效后σb可達(dá)1962MPa。HV達(dá)650可以滿足制造發(fā)條及大條外殼連彎片的性能要求。同時(shí)在產(chǎn)品上做了工藝性能試驗(yàn)。

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二、合金的性能

1、合金的化學(xué)成份及機(jī)械性能

合金的化學(xué)成份、熱處理制度與機(jī)械性能彈性性能的關(guān)系分別列于表1一表3中。

2.?合金的物理性能

合金的線膨脹系數(shù)比α20℃~300℃=104x10-6/℃、磁性能在18奧斯特的磁場卜,最大導(dǎo)磁率為14mH/m、密度為810g/cm3。

平均線膨脹系數(shù)α用DP49型光學(xué)膨脹儀測定。密度用阿基米德原理進(jìn)行測量的。天平精度萬分之一。磁性用沖擊法測量。

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3.合金的金相組織

（1）固溶處理加熱到820℃保溫1h,空冷。

金相組織木合金固溶狀態(tài)的金相組織為完全馬氏體。

（2）固溶處理+時(shí)效處理

時(shí)效處理溫度425℃一485℃保溫3h真空時(shí)效金相組織：M+γ’(Ni3Ti\Ni3Mo\Ni3Al)+n[Ni(TiMo)3]

γ為復(fù)雜析出相，γ’為面心立方休組織。n為體心立方的金屬間化合物。（3）冷軋+時(shí)效處理

45%冷加工變形量+480℃時(shí)效3h

金相組織:M+γ’(Ni3Ti\Ni3Mo\Ni3Al)

γ為非常細(xì)小的沉淀物。晶粒細(xì)小,位錯(cuò)密度大。

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三、試驗(yàn)結(jié)果及分析

某機(jī)種中心儀所用發(fā)條材料,曾選用3J1、19-9Mo、3J33合金做試驗(yàn)。

3J1采用不同熱處理制度其硬度HB≤500,,發(fā)條太軟,裝進(jìn)發(fā)條外殼即產(chǎn)生永久變形,不能用。19-9Mo該合金是一種較好的發(fā)條材料,一般的鐘表發(fā)條大部分用它制造。我們曾選用19-9Mo做發(fā)條,經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硬度達(dá)不到。主要是對材料狀態(tài)及性能指標(biāo)要水的不確切,以致無法通過時(shí)效工藝達(dá)到HV>600的目的。最后選用了高彈性合金制做了發(fā)條、發(fā)條外殼。

其工藝為:定型處理:采用600~650℃保溫30min,隨爐降到480℃保溫3h真空處理。處理后,HV達(dá)到600以上。滿足了對發(fā)條硬度的設(shè)計(jì)要求。

發(fā)條材料處理后,回彈量為0.12%。發(fā)條在工作過程中,圈與圈之間后效較小,對產(chǎn)品特性影響不大。

我們曾對美國發(fā)條進(jìn)行分析為左右,美制發(fā)條,外圈不散,只有一圈工作,特性穩(wěn)定,位移基本呈線性變化。

發(fā)條特性用“簡易測試力矩儀”測試,結(jié)果列于表4。

材料厚度8=0.225~0.230mm材料牌號合金。

基本符合靜壓冷感器發(fā)條力矩特性要求。

高彈性合金在、靜壓、動(dòng)壓傳感器中用做發(fā)條，經(jīng)碾壓、纏繞、熱處理后成型，用自制測發(fā)條特性夾具測其特性。

力矩特性滿足設(shè)計(jì)圖紙要求,與美制發(fā)條相比,不差上下。經(jīng)輾壓、纏繞、熱處理后成裝和后經(jīng)調(diào)試,試用結(jié)果良好。

該合金在時(shí)效過程中,尺寸變化是很小的,具有良好的加工性、可焊性、抵抗氫脆和抗應(yīng)力腐蝕性能。

時(shí)效是馬氏體時(shí)效不銹鋼最重要的強(qiáng)化手段,強(qiáng)化最主要依靠在晶內(nèi)、晶界、相界以及位錯(cuò)線析出顆粒非常細(xì)小,高度彌散分布的金屬間化合物相。

四、結(jié)論

（1）我廠研制的某機(jī)種大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)傳感器,選用了北京鋼鐵研究總院提供的3J33合金,厚度是0.21mm和0.27mm制做發(fā)條及發(fā)條外殼。該合金時(shí)效處理后HV＞600,滿足設(shè)計(jì)要求,發(fā)條力矩特性穩(wěn)定。

（2）在Ni18Co9Mo5TiAl合金中添加稀土元素Ce以后,使得抗張強(qiáng)度達(dá)1962MPa以上,沖擊值提高到60J\cm2以上。

（3）彈性敏感元件用3J33高彈性合金的最佳熱處理制度為820℃保溫1h淬火+450℃保溫3h真空時(shí)效。