時效溫度對冷軋彈性合金3J1力學性能的影響

郭曉東，周景林，畢富成，石敬欣

(東北特殊鋼集團公司，遼寧 大連116031)

隨著科學技術的迅猛發展，精密儀器儀表工業、原子能技術、現代航空的遙控遙測技術和無線電技術等行業對彈性合金的性能提出了更高的要求，從而具有特殊用途的彈性合金研究日趨廣泛和深入。3J1合金具有較高的強度，較小的彈性后效和滯后、弱磁性、良好的耐蝕性和熱穩定性等特點。在250℃以下有較高的彈性極限和彈性模量［1］。

許多科技人員對3J1合金經冷軋變形加固溶處理加時效工藝研究甚多，但經冷軋加時效處理工藝的研究鮮有報道。本文所論述的3J1合金冷軋帶材就是經過變形量為50%的冷軋加不同時效溫度工藝制造的合金，探討不同時效處理對冷軋態3J1合金力學性能的影響情況，找出冷軋態3J1彈性合金時效處理前后材料性能變化，分析力學性能與熱處理時效的關系。從而優化合金的時效處理制度，滿足甚至優于冶金行業標準的要求。

1 試驗材料及試驗方法

3J1合金冷軋帶通過2.5t真空感應爐加電渣重熔雙聯工藝冶煉，φ375mm電渣錠在4t電液鍛造設備上鍛成50mm×100mm×650mm厚的鍛坯;鍛坯經修磨后在500℃熱軋機熱軋成厚度為3.5mm的帶坯，終軋溫度950℃，軋后空冷;熱軋帶坯按照加熱溫度1 050℃、速度0.5m/min工藝制度在連續式熱處理爐進行軟化熱處理，經軟化處理的帶坯按如后工藝生產:厚度3.5mm冷軋到1.0mm厚→1.0mm厚冷軋帶中間軟化熱處理(熱處理制度:加熱溫度1 050℃、速度1.5m/min;熱處理爐為連續式光亮熱處理爐。)→1.0mm厚軟化鋼帶冷軋到0.5mm厚的硬態成品冷軋鋼帶。試驗用3J1合金化學成分如表1所示。

表1 試驗用3J1合金化學成分 /%

從冷軋硬態鋼帶取力學性能試樣，沿平行于軋制方向加工成標準比例試樣(如圖1所示)，共加工5組試樣。試樣1組用于做冷軋硬態力學性能;其余4組試樣在電阻式熱處理爐進行時效處理后做力學性能，時效溫度分別按600℃、650℃、700℃、750℃保溫4h空冷至室溫。室溫拉伸試驗在WDW－10型試驗機上進行，應變速度為2mm/min，取拉伸全曲線、抗拉強度Rm、名義屈服強度Rp0.2、斷后伸長率A參量。

圖1 3J1合金尺寸拉伸試樣圖

2 試驗結果及分析

3J1合金在1 050℃固溶熱處理，使(Ni，Fe)3(Al，Ti)相(又稱γ'相)、Ni3Ti相(又稱η相)等金屬間化合物相溶于合金基體中，在其后的快速冷卻時獲得過飽和的單一奧氏體組織，為其后冷變形做好了充分的組織和力學性能鋪墊。合金經50%變形量的冷軋，亞結構細化，大量的空位、孿晶、位錯、滑移帶等缺陷形成增加，為溶質原子的擴散提供了有利條件，可以在較低溫度下實現形核地點的飽和［2］。經取力學性能試樣，力學性能如表2所示。

表2 3J1合金0.5mm鋼帶拉伸力學性能

3J1合金按600℃、650℃、700℃、750℃保溫4h空冷后做的力學性能數據如表2所示。從圖2和圖3的時效溫度與力學性能趨勢圖看，在時效溫度650℃以前包括650℃，隨著時效溫度的升高，(Ni，Fe)3(Al，Ti)相、Ni3Ti相等金屬間化合物相的逐漸析出，抗拉強度和屈服強度升高，由于是冷軋變形后直接時效處理合金延伸率同時提高。當時效溫度達到650℃，由于冷軋變形大量的空位、孿晶、位錯等缺陷的形成為溶質原子的擴散提供了有利條件，在此溫度下，形核地點的飽和，即析出相的數量隨時效溫度變化不大，抗拉強度和屈服強度達到最高值。當時效溫度超過650℃后，隨著時效溫度的升高，原子熱激活運動加快，而且由于溶質原子擴散通道較多，導致生長速率明顯加快，析出相數量變化不大，但由于析出相開始聚集長大、尺寸增大，抗拉強度和屈服強度下降;但由于冷軋變形后直接時效處理的原因3J1合金的延伸率卻隨著時效溫度的升高繼續提高。

圖2 3J1合金時效溫度與強度關系圖

圖3 3J1合金時效溫度與延伸率關系圖

3 結語

經冷軋變形量為50%的3J1合金帶材，從600～750℃時效處理，抗拉強度在650℃之前隨著時效溫度的升高而提高，在650℃達到最大值，超過650℃以后，隨著溫度的升高抗拉強度降低。延伸率隨著時效溫度的升高而升高。

［1］陳復民，李國俊，蘇德達編著.彈性合金［M］.上海:上海科學技術出版社，1986:324－325.

［2］程貽舉，徐其昆，何敏.Ni36CrTIAI彈性合金晶界不連續析出相變動力學的研究［J］.功能材料，1993，24(4):368－374.