摘要本文介绍了3J33合金的主要性能及其在中心仪上的应用。3J33合金具有高强度、高弹性极限、高抗冲击值及低内耗,具有优良的工艺性能和加工性能及一定的耐蚀性。
该合金主要用于自动导航元件,电传打字机簧片,用做挠性沱螺仪弹性敏感元件,以及大压力下使用的弹簧、膜片、航空仪表中的发条等。
该合金的最佳热处理制度为℃保温1h淬火+℃保温3h真空时效。时效处理后HV＞,满足设计要求,发条力矩特性稳定。
一前言
随着火箭、宇航、航海和航空事业的发展,要求高强度、高抗冲击值、高稳定和高疲劳强度极限、低内耗（即Q值高）的弹性合金。
高弹性合金3J33用于自动导航元件,电传打字机簧片,用做挠性陀螺仪弹性敏感元件,以及大压力弹簧、膜片、航空仪表中的发条等。
本合金具有高强度、高弹性极限,高抗冲击值及低内耗,具有优良的工艺性能和加工性能以及一定的耐蚀性。能满足高飞行速度对仪表的要求。
3J33合金的基本性能：E=MPa、G=MPa、βr-40t～+60℃=4×10-*/C、
μ=0.30、α-20℃~℃=101?×10-°/℃、σb=～MPa、8=10～16%、HRC=
42～55、ax=60～J/cm2、ψ=48～70%、00.=MPa、00./E×=0.68、
Q≥。
3J33合金系马氏体时效钢,马氏体时效钢是在超低碳铁一镍马氏体基础上利用某些合金元素产生时效强化的一种高强度钢。这类钢是利用Ti、Al产生复合时效强化。Co+Mo在Fe-Ni-Co-Mo系马氏体时效不锈钢中产生有效的强化作用和较少的韧性损失。
人们最感兴趣的地方是它在高强度水平下具有较好的韧性。
本合金借鉴了马氏体时效钢的许多特点,如超高强度、高韧性和热处理简便等。
为满足敏感元件的要求,北京钢铁研究总院,研究了本钢种各种性能随时效温度的变化关系,得出了最佳综合性能的理想热处理制度为℃保温1H
h淬火+℃保温3H真空时效。
某机种大气数据计算机中心仪是在研究美国波音上的一型大气数据计算机的基础上设计的。其高度部件包括一个静压传感器和一个函数凸轮装置(高度计算器)解算出绝对高度讯号,同时得到高度微分和高度偏差等讯号,经过输出装置,提供机上各系统使用。
高度部件的反馈元件,其发条在产品中用来消除间隙并张紧钢带,要求一定的力矩特性,要求材料应耐疲劳并具有良好的工艺性及焊接性能。
弹簧及发条都是一种弹力元件,所以要选择弹性材料。中心仪高度部件上的发条,要求维氏硬度HV≥。高弹性合金3J33时效后σb可达MPa。HV达可以满足制造发条及大条外壳连弯片的性能要求。同时在产品上做了工艺性能试验。
二、合金的性能
1、合金的化学成份及机械性能
合金的化学成份、热处理制度与机械性能弹性性能的关系分别列于表1一表3中。
2.合金的物理性能
合金的线膨胀系数比α20℃~℃=x10-6/℃、磁性能在18奥斯特的磁场卜,最大导磁率为14mH/m、密度为g/cm3。
平均线膨胀系数α用DP49型光学膨胀仪测定。密度用阿基米德原理进行测量的。天平精度万分之一。磁性用冲击法测量。
3.合金的金相组织
（1）固溶处理加热到℃保温1h,空冷。
金相组织木合金固溶状态的金相组织为完全马氏体。
（2）固溶处理+时效处理
时效处理温度℃一℃保温3h真空时效金相组织：M+γ’(Ni3Ti\Ni3Mo\Ni3Al)+n[Ni(TiMo)3]
γ为复杂析出相，γ’为面心立方休组织。n为体心立方的金属间化合物。（3）冷轧+时效处理
45%冷加工变形量+℃时效3h
金相组织:M+γ’(Ni3Ti\Ni3Mo\Ni3Al)
γ为非常细小的沉淀物。晶粒细小,位错密度大。
三、试验结果及分析
某机种中心仪所用发条材料,曾选用3J1、19-9Mo、3J33合金做试验。
3J1采用不同热处理制度其硬度HB≤,,发条太软,装进发条外壳即产生永久变形,不能用。19-9Mo该合金是一种较好的发条材料,一般的钟表发条大部分用它制造。我们曾选用19-9Mo做发条,经试验发现硬度达不到。主要是对材料状态及性能指标要水的不确切,以致无法通过时效工艺达到HV的目的。最后选用了高弹性合金制做了发条、发条外壳。
其工艺为:定型处理:采用~℃保温30min,随炉降到℃保温3h真空处理。处理后,HV达到以上。满足了对发条硬度的设计要求。
发条材料处理后,回弹量为0.12%。发条在工作过程中,圈与圈之间后效较小,对产品特性影响不大。
我们曾对美国发条进行分析为左右,美制发条,外圈不散,只有一圈工作,特性稳定,位移基本呈线性变化。
发条特性用“简易测试力矩仪”测试,结果列于表4。
材料厚度8=0.~0.mm材料牌号合金。
基本符合静压冷感器发条力矩特性要求。
高弹性合金在、静压、动压传感器中用做发条，经碾压、缠绕、热处理后成型，用自制测发条特性夹具测其特性。
力矩特性满足设计图纸要求,与美制发条相比,不差上下。经辗压、缠绕、热处理后成装和后经调试,试用结果良好。
该合金在时效过程中,尺寸变化是很小的,具有良好的加工性、可焊性、抵抗氢脆和抗应力腐蚀性能。
时效是马氏体时效不锈钢最重要的强化手段,强化最主要依靠在晶内、晶界、相界以及位错线析出颗粒非常细小,高度弥散分布的金属间化合物相。
四、结论
（1）我厂研制的某机种大气数据计算机传感器,选用了北京钢铁研究总院提供的3J33合金,厚度是0.21mm和0.27mm制做发条及发条外壳。该合金时效处理后HV＞,满足设计要求,发条力矩特性稳定。
（2）在Ni18Co9Mo5TiAl合金中添加稀土元素Ce以后,使得抗张强度达MPa以上,冲击值提高到60J\cm2以上。
（3）弹性敏感元件用3J33高弹性合金的最佳热处理制度为℃保温1h淬火+℃保温3h真空时效。
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