时效温度对冷轧弹性合金3J1力学性能的影响

2015-08-20郭晓东周景林毕富成石敬欣

冶金与材料 2015年1期

郭晓东，周景林，毕富成，石敬欣

(东北特殊钢集团公司，辽宁大连116031)

随着科学技术的迅猛发展，精密仪器仪表工业、原子能技术、现代航空的遥控遥测技术和无线电技术等行业对弹性合金的性能提出了更高的要求，从而具有特殊用途的弹性合金研究日趋广泛和深入。3J1合金具有较高的强度，较小的弹性后效和滞后、弱磁性、良好的耐蚀性和热稳定性等特点。在250℃以下有较高的弹性极限和弹性模量［1］。

许多科技人员对3J1合金经冷轧变形加固溶处理加时效工艺研究甚多，但经冷轧加时效处理工艺的研究鲜有报道。本文所论述的3J1合金冷轧带材就是经过变形量为50%的冷轧加不同时效温度工艺制造的合金，探讨不同时效处理对冷轧态3J1合金力学性能的影响情况，找出冷轧态3J1弹性合金时效处理前后材料性能变化，分析力学性能与热处理时效的关系。从而优化合金的时效处理制度，满足甚至优于冶金行业标准的要求。

1 试验材料及试验方法

3J1合金冷轧带通过2.5t真空感应炉加电渣重熔双联工艺冶炼，φ375mm电渣锭在4t电液锻造设备上锻成50mm×100mm×650mm厚的锻坯;锻坯经修磨后在500℃热轧机热轧成厚度为3.5mm的带坯，终轧温度950℃，轧后空冷;热轧带坯按照加热温度1 050℃、速度0.5m/min工艺制度在连续式热处理炉进行软化热处理，经软化处理的带坯按如后工艺生产:厚度3.5mm冷轧到1.0mm厚→1.0mm厚冷轧带中间软化热处理(热处理制度:加热温度1 050℃、速度1.5m/min;热处理炉为连续式光亮热处理炉。)→1.0mm厚软化钢带冷轧到0.5mm厚的硬态成品冷轧钢带。试验用3J1合金化学成分如表1所示。

表1 试验用3J1合金化学成分 /%

从冷轧硬态钢带取力学性能试样，沿平行于轧制方向加工成标准比例试样(如图1所示)，共加工5组试样。试样1组用于做冷轧硬态力学性能;其余4组试样在电阻式热处理炉进行时效处理后做力学性能，时效温度分别按600℃、650℃、700℃、750℃保温4h空冷至室温。室温拉伸试验在WDW－10型试验机上进行，应变速度为2mm/min，取拉伸全曲线、抗拉强度Rm、名义屈服强度Rp0.2、断后伸长率A参量。

图1 3J1合金尺寸拉伸试样图

2 试验结果及分析

3J1合金在1 050℃固溶热处理，使(Ni，Fe)3(Al，Ti)相(又称γ'相)、Ni3Ti相(又称η相)等金属间化合物相溶于合金基体中，在其后的快速冷却时获得过饱和的单一奥氏体组织，为其后冷变形做好了充分的组织和力学性能铺垫。合金经50%变形量的冷轧，亚结构细化，大量的空位、孪晶、位错、滑移带等缺陷形成增加，为溶质原子的扩散提供了有利条件，可以在较低温度下实现形核地点的饱和［2］。经取力学性能试样，力学性能如表2所示。

表2 3J1合金0.5mm钢带拉伸力学性能

3J1合金按600℃、650℃、700℃、750℃保温4h空冷后做的力学性能数据如表2所示。从图2和图3的时效温度与力学性能趋势图看，在时效温度650℃以前包括650℃，随着时效温度的升高，(Ni，Fe)3(Al，Ti)相、Ni3Ti相等金属间化合物相的逐渐析出，抗拉强度和屈服强度升高，由于是冷轧变形后直接时效处理合金延伸率同时提高。当时效温度达到650℃，由于冷轧变形大量的空位、孪晶、位错等缺陷的形成为溶质原子的扩散提供了有利条件，在此温度下，形核地点的饱和，即析出相的数量随时效温度变化不大，抗拉强度和屈服强度达到最高值。当时效温度超过650℃后，随着时效温度的升高，原子热激活运动加快，而且由于溶质原子扩散通道较多，导致生长速率明显加快，析出相数量变化不大，但由于析出相开始聚集长大、尺寸增大，抗拉强度和屈服强度下降;但由于冷轧变形后直接时效处理的原因3J1合金的延伸率却随着时效温度的升高继续提高。