高温合金的磨削加工

"结合剂的选择
砂轮的强度、 抗冲击性、 耐热及
抗腐蚀性能力， 主要取决于结合剂的性能。 由于高温合 金的性能和磨削特点， 要求砂轮具有较好的强度， 在磨 削过程中能承受较大的冲击载荷， 一般选用耐热性和 抗腐蚀性较高的陶瓷结合剂。 #硬度的选择 砂轮硬度与磨粒硬度不是一个概 念， 它是指砂轮表面的磨粒在外力作用下脱落的难易 程度， 如容易脱落， 则砂轮硬度较软， 反之则较硬。 选用 砂轮硬度的一大原则是： 工件材料愈硬， 应选用愈软的 砂轮。 因此磨削高温合金的砂轮硬度应比磨削碳钢的 稍低些， 使砂轮有较好的自砺性。 粗磨时选择比精磨稍 （如圆弧面、 硬的砂轮， 成形磨削 曲面等 ） 应选用较硬一 些的砂轮， 使砂轮轮廓形状保持较长时间， 以保证几何 形状正确， 磨削细长轴类、 薄壁、 空心和大直径等工件， 均应选较软 的砂轮。 一般选用 ) ’ * 为好 ， + ’ , 常用 （砂轮硬度分级及代号见 -. / 0 1#(# 2 344#） 。 （1） 正确选择磨削用量 $砂轮转速 时
材料时， 当横向进给由
硬 化 深 度 由 %* %(HH 增 至 %* %%#HH 增 至 %* %$HH 时 ， 硬化程度由 )/* 24 增至 .(* $4 。 而且高温合 %* %3HH， 金在高温时， 具有较高的硬度， 易使砂轮产生钝化。 高温合金的粘附性很强， 被磨削下来的屑末极易 粘附在砂轮表面上， 将磨粒间的气孔堵塞， 使磨粒的磨 削力降低， 严重时甚至不能进行磨削， 造成砂轮磨损加 剧。 砂轮磨损增大了砂轮与工件之间的接触面积， 使散 热条件恶化。
机械制造 !" 卷 第 !#$ 期
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制造・材料
镨钕刚玉的砂轮。 若条件许可的话， 应尽量采用立方氮 化硼砂轮， 在相同的条件下， 它的磨削效果最好。 !粒度的选择 磨料的粒度表示磨料颗粒尺寸的 大小， 它直接影响加工的质量和生产率。 一般来说， 选 择砂轮粒度的原则是： 粗磨时， 应选用磨料粒度号较小 ! 颗粒较粗 " 的砂轮， 以提高磨削生产率； 精磨时， 应选 以减小加 用磨粒粒度号较大 ! 颗粒直径较小 " 的砂轮， 工表面的粗糙度值。 对磨削高温合金而言， 粗磨、 内孔 磨、 端磨和薄壁空心工件的磨削采用 #$ % 较粗的磨粒， 精磨采用$& ’ (& 磨粒。
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高， 磨削时必须使用充足的切削液， 以便带走大量的磨 削热及冲洗工件和砂轮表面， 从而保证获得较好的表 面质量和磨削精度。 考虑到磨削加工高温合金本身的特点， 选用的切 削液必须具备： 这不仅能带走大量 $ 良好的冷却性能， 的磨削热， 降低磨削区域温度， 防止工件烧伤和产生裂 纹， 并且可减少磨削区域的化学作用， 改善切屑对砂轮 的粘结现象； 润滑性好， 切削液能 ! 较好的润滑性能， 在工件与砂轮界面形成一层润滑膜， 减少工件与砂轮 这可将大量 接触面间的直接摩擦； "较好的清洗性能， 磨屑和砂轮粉末及时冲洗掉， 以减少砂轮的堵塞。 切削 液要同时满足以上5 方面的要求是较难做到的。 实践证 明， 采用极压乳化液、 极压切削油磨削时效果较好。 （# ） 采用其他一些磨削方法 $缓进给磨削 （可达 它是以较大的切削深度 （5 ’ 5&&66 / 6<=） 和很低的工作台进给 5&66 或更大 ） 磨削工件， 是一种高效率、 高质量的磨削方法， 尤其是 用于成形表面的磨削， 在油泵转子、 汽车零件、 燃气轮 机叶片及飞机发动机涡轮叶片等高温合金零件的磨削 加工中， 已经得到推广应用。 !砂带磨削法 砂带磨削是以高速运动的砂带作 为磨具并辅之接触轮、 张紧轮、 驱动轮等磨头组件对工 件进行加工的一种磨削方法。 与砂轮磨削相比， 砂带磨 削具有磨削效率高、 加工质量好、 工艺灵活性大及适应 性强等特点， 特别是砂带磨削在已加工表面上产生的 拉应力较小， 以磨削同样表面粗糙度的 -?5@ 为例， 分 别采用砂轮磨削与砂带磨削时， 其表面拉应力分别为 它属于弹性磨削， 有利于解决磨削 5@&ABC 和 3(&ABC。 烧伤和工件变形等问题。 所以， 工业发达国家的砂带磨 削已占磨削加工的一半左右。
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高温合金的种类
根据高温合金的成分、 组织和生产工艺不同， 有不
同的分类方法。 （’ ） 按基体元素分类 ! 铁基高温合金 又称耐热 量超过 #%4 的铁基合金称为铁基高温合金， 钢。 此类材料价格较低， 但抗高温氧化性差， 如 "6(3 、 （"6 系我国高温合金牌号的汉语拼音字头 ） 。 "6’(3 等 " 镍基高温合金 # 钴基高温合金 以镍为基体， 其含量达 .#4 以 以钴为主的高温合金， 含钴量 目前它的抗高温氧化性能是最好的。 上， 如 "6(2等， 达#$4 以上， 它高温强度高， 其典型代表是 7’%。 （!） 按生产工艺分类 ! 变形高温合金 锻造等压力加工。 " 铸造 高 温 合 金 除 含 有 较 多 的 89、 :; 等 元 素 且其含碳 外， 还含有较多的 <、 =>、 !;、 ?@ 等强化元素， 量较高、 热强度高、 塑性差， 常在铸态下使用。 （" ） 按强化方式分类 可分为固溶强化型、 沉淀强 化型、 氧化物弥散型和纤维强化型等。 其特点是高温塑性好， 能进行
(
对
策
砂轮的特性包括： 磨料、 粒度、
（#） 合理选用砂轮
硬度、 结合剂等。 为了获得比较好的质量及磨削效率， 必须针对高温合金的磨削性能来选择砂轮。 ! 磨料的选择 磨料直接担负着切削工作， 磨削 高温合金时， 要求磨料具有很高的硬度和韧性， 破碎后 易出现尖锐的棱角， 以利切削工作。 单晶刚玉是较理想 的磨料， 因它在制造过程中没有经过锤击， 磨粒内部无 伤痕及残余应力， 强度高、 耐用度高， 磨削时发热少， 但 它价格也高。 因此一般粗磨时采用白刚玉的砂轮， 精磨 采用单晶刚玉的砂轮， 内圆磨削推荐使用单晶刚玉或
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高温合金磨削加工的难点
磨削加工实际上是多刃切削， 它切削速度高， 磨粒
（ 可达 )%%%A 左右 ） ； 磨粒 与工件接触处产生局部高温 （ 达 /$=BC 甚至 与被加工材料接触处局部接触压力高 更高 ） ； 磨削时会产生大量的细碎切屑和砂轮碎末， 会 影响工件表面粗糙度等。 高温合金属于难加工材料， 磨削高温合金比磨削
参考文献
机械工业出版社， 3 陈日曜主编> 金属切削原理> 北京： 34(@ 1 9 苏 : %> A> 库拉柯夫等著 D 金同熹译> 磨削缺陷的预防> 北 京： 机械工业出版社， 34(@ 北京出版社， 5 郑文虎等编> 难切削材料加工技术问答> 北京： 1&&3 化学工 # 中国腐蚀与防护学会主编> 耐热钢和高温合金> 北京： 业出版社， 3448 周俊编> 金属加工液使用指南> 北京： 中国石化出版 8 周雍鑫， 社、 机械工业出版社， 1&&& + ! 编辑 作者单位： 湖南冶金职业技术学院机械系 邮政编码： 株洲・#31&&& 收稿日期： 1&&#年1月 !""# $ % 日 月"
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砂轮转速对磨削质量和磨削效率有
很大的影响。 当 砂 轮 线 速 度 从 556 / 7 增 大 到 886 / 7 （单位效率 ） ， 磨削比 增加18; ， 切削有效功率和切 向分力增大(&; ， 砂轮的磨损量则减少5&; ， 烧伤程度 可减低1 ’ 5级， 表面光洁度提高1 ’ 5级。 磨削高温合金 也可采用高速磨削， 的砂轮线速度一般在186 / 7 左右， 但必须采取相应技术措施和具备相应的设备。 !工件速度或工作台速度 工件速度或工作台速 度对磨削烧伤有很大影响。 对于磨削高温合金， 平面磨 精磨 削时的工作台纵向速度， 粗磨时为 18 ’ 1(6 / 6<=， 时为38 ’ 186 / 6<=， 外圆和内孔磨削时， 工件线速度为 5&6 / 6<= 左右。 "轴向进给速度 它的大小对磨削的工件表面粗 糙度有较大影响。 外圆粗磨时为 3> 1 ’ 3> (6 / 6<=， 精磨 时为&> ( ’ 3> 36 / 6<=， 磨削深度大时取小值， 磨削深度 小时取大值。 内 孔 粗 磨 时 为 3 ’ 3> 86 / 6<=， 精磨时为 平面磨削时， 粗 磨 为 5 ’ 866 / 双 行 &> 8 ’ &> $6 / 6<=。 程， 精磨为3 ’ 566 / 双行程。 （5 ） 使用充足的切削液 由于高温合金磨削温度
制造・材料 高 温 合 金 的 磨 削 加 工
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摘
刘忠伟
要： 高温合金属于难加工材料， 主要表现在磨削时温度高， 加工硬化严重， 砂轮容易磨损， 工件表面质量和磨削 缓进给磨削 砂带磨削 文献标识码： , 文章编号： ’%%% - .//$ 0 )%%. 1 %2 - %%.3 - %) 一般材料要困难得多， 其主要体现在以下几个方面： ! 磨削力大 （ 其中 !D 、 高温合金的强化相很多 碳化物也是其中重要的一种强化 !E 是 主 要 强 化 相 ， 相） ， 而且具有优良的高温强度， 从而切屑不易被切离， 造成磨削力比磨普通材料大很多， 采用普通磨削法磨 削时， 切深抗力大于主切削力。 表面质量和磨削精度难以保证 "磨削时温度高， 磨削时会产生大量的磨削热， 加上高温合金的导热 系数很低， 磨削热难以及时传出， 使磨削区域温度可高 容易引起工件表面局部烧伤， 产生烧 达 ’%%% 5 ’#%%A ， 伤裂纹。 表层金属收缩时， 受到内部金属的牵制， 使磨 后工件表面呈现有害的拉应力， 磨削精度难以保证。 砂轮容易磨损 # 加工硬化严重， 高温合金内含 以铁为主， 加入的合金元素总 有大量硬度极高的碳化物或合金化合物强化相， 在磨 削高温的作用下， 已加工表面的加工硬化现象严重。 磨 削时工件上的加工硬化， 一般随横向进给的增大而增 大。 例 如 在 磨 削 "6(2
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精度难以保证。 文章对高温合金的分类、 磨削加工难点进行了介绍， 并提出了解决问题的对策。 关键词： 高温合金 中图分类号： !"#$%& !"’()* ( + )
高温合金也称耐热合金或热强合金， 它是一种组 元很多、 激活能很高、 高熔点金属元素含量很大的复杂 金属材料。 它具有优良的高温强度、 热稳定性及抗热疲 劳性能， 能够在高温氧化气氛或燃气条件下工作。 它在 科学、 技术和各工业领域中的应用越来越广泛， 特别是 在航空、 航天、 核能等尖端技术领域中， 更离不开高温 合金。 在先进的航空发动机中， 高温合金的用量占 .%4 被喻为燃气涡轮的心脏。 5 3%4 ，