高温合金材料切削加工研究马少荣

高温合金材料切削加工研究马少荣

发布时间：2021-06-01T14:04:31.593Z 来源：《论证与研究》2021年4期作者：马少荣[导读] 摘要：高温合金是一种能够在650℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金的材料特征使其成为航空发动机中不可替代的关键材料。在先进发动机研制中，高温合金材料用量已占到发动机总量的40%-60%。所以，高温合金材料也被誉为“先进发动机基石”。

马少荣（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨市 150066）摘要：高温合金是一种能够在650℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金的材料特征使其成为航空发动机中不可替代的关键材料。在先进发动机研制中，高温合金材料用量已占到发动机总量的40%-60%。所以，高温合金材料也被誉为“先进发动机基石”。

关键词：高温；合金；材料；加工高温合金是航空航天、运输、航海及核电工业领域必需的金属材料,特别是镍基高温合金的发展为我国航空发动机性能的提升起到了重要意义。在航空、发电设备和造船行业都能看到高温合金的身影，这种材料能在650℃以上的高温及一定应力作用下长期工作，但是这种材料的切削比较困难。

一、高温合金材料切削加工难点分析 (一)切削温度高。高温合金是航空航天工业中应用广泛的一种难加工材料。因其导热系数小、摩擦系数大及切屑与前刀面接触面积小等原因,使得高温合金材料在加工时,切削温度高，还比切削45号钢高60％左右。切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响。尽管切削热是切削温度上升的根源，但直接影响切削过程的却是切削温度，切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。

（二）切削力大。切削力是指在切削过程中产生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗的讲:在切削加工时，工件材料抵抗刀具切削时产生的阻力。由于高温合金的加工需求也逐渐提高,但其材料的难加工性是制造中的难点,主要表现在切削过程中存在切削力大、刀具磨损严重及切削温度高等现象。高温合金强度高,变形抗力大,切削力和普通钢相比高出一倍。切削硬材料时，刀屑接触长度短，切削力及切削热都集中在切削刃附近，很容易使切削刃剥落，甚至崩刃，这对硬质合金及陶瓷等材质较脆的刀具材料尤为明显。

（三）加工硬化现象严重。加工硬化带来的加工材料表面质量下降是尖端制造领域必须考虑的因素，尖端制造领域中对零件的表面质量要求较高，要获得良好的表面质量通常需要经过多次的半精加工和精加工，多次的加工工序会加剧加工硬化，从而影响加工精度。金属随着变形量的增加，其强度硬度增加，而塑性韧性下降，这种现象称为“形变强化”或“加工强化”。金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示。

二、高温合金材料切削加工技术

（一）降低切削温度。切削温度一般是指切屑、工件与刀具接触区域的平均溢度.切削温度的高低，除了用仪器测定外，还可以通过观察切屑的颜色大致估计出来。航空航天发动机部件必须能够承受极端高温，目前对该需求日益增长，这一温度已经超越了其它高性能超级合金的能力极限。在较高温度时，仍保持高强度。加工时所需切削力是普通合金钢材料的2-8倍；切削热量高：高温合金的导热系数小，加工时热量集中在切削区，不易扩散，致使切削刀具迅速磨损。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。而背吃力量变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故对切削温度的影响很小。因此，高温合金材料可以被特制成能够承受更高温度的材料。对于高温合金的加工，一方面切削加工中特别是车削加工要求良好的耐磨性好，另外耐热合金等材料的加工中产生的热量高，又要求材料具有良好的耐热性能。

（二）合理切削用力。在高速切削时，碳元素会从含碳量高的材料向含碳量低的材料扩散。强烈冲击作用引起的磨损——在断续切削时，由于强烈的冲击作用或在频繁的加热与急剧的冷却而产生的脆性破坏。对切削用量进行了优化,求取最长切削路程对应的最佳切削温度,在此基础上利用最佳切削温度得到了最佳切削参数组合,实现了切削用量的优化。在切削热的作用下，刀具与切屑、刀具与工件接触区产生很高的温度，由于刀具与工件的材料的不同，便构成热电偶而产生热电动势，从而产生热电流。在热电流的作用下，碳的离子发生迁移，会导致刀具材料组织变弱，使刀具的磨损加剧。以及切削用量三要素中的切削速度、进给量、切削深度。其中切削速度影响最大。

（三）防范加工硬度。高温合金加工硬化严重，必须保持刀刃锋利，不允许有锯齿等缺陷，一般不鐾磨出负倒棱，如要鐾出，也要比切削一般钢材要小。由于高温合金具备高延展性和高强度双重特点，加工硬化倾向严重，过小的后角或者圆弧后角容易引起过早磨损，这种平面后角可以有效的解决这个加工难点。加工硬化可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。具较高强度、良抗热疲劳、抗热腐蚀耐磨蚀性能且较焊接性适于制作航空喷气发机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机导向叶片喷嘴导叶及柴油机喷嘴等。理论上每次的切削深度要大于加工硬化的深度，否则会造成刀具磨损加剧，切削力增大，从而导致机床系统的振动，严重影响加工材料的表面质量，因此，必须考虑加工硬化的影响。

三、结束语

随着科学技术的进步,航空航天、生物医学、能源动力等领域对高温环境下具有较高强度和耐腐性的微小型零部件的需求日益增加。这些合金元素与其它合金元素构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。而且有的元素又与非金属元素C、B、N等构成硬度高、比重小、熔点高的金属与非金属化合物，具有优异的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的抗疲劳强度及断裂韧性等综合机械性能。因此，加强对高温合金材料切削加工技术研究就显得尤为重要了。

参考文献：

[1]刘平，高温合金中钨元素的看谱分析技术应用研究[J];中国钨业;2007年03期

[2]刘光耀，高温合金孔加工技术[J];重型机械科技;2007年02期

[3]董健，镁在高温合金中的作用及控制[J];黑龙江冶金;2009年04期

[4]郭建亭，高温合金在能源工