高溫合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度凹田、熱穩(wěn)定性及抗熱疲勞性能,因此它廣泛應(yīng)用于航空航天硅则、船舶癞揉、核工業(yè)、電站等行業(yè),例如現(xiàn)代燃汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室铣猩、渦輪導(dǎo)向葉片與工作葉片揖铜、渦輪盤及渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤件达皿、環(huán)形件等高溫轉(zhuǎn)動(dòng)部件等等天吓。

高溫合金是最難加工的材料之一,如果45#鋼的加工性為100%,則高溫合金的相對(duì)加工性僅為5%～20%,其切削加工的特點(diǎn)有:①切削力大,是普通鋼材的2～4倍。高溫合金含有許多高熔點(diǎn)金屬元素,構(gòu)成組織結(jié)構(gòu)致密的奧氏體固溶體,合金的塑性好,原子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定,需要很大能量才能使原子脫離平衡位置,因而變形抗力大峦椰。②切削溫度高,最高可達(dá)1000℃左右龄寞。高溫合金導(dǎo)熱系數(shù)小,僅為45#鋼的1/4～1/3,刀具與工件間摩擦強(qiáng)烈而導(dǎo)熱性差,故切削溫度高。③加工硬化嚴(yán)重,表面硬度比基體硬度高50%～100%们何。④塑性變形大,在室溫下的延伸率可達(dá)30%～50%萄焦。⑤刀具易磨損,常見的有擴(kuò)散磨損、邊界磨損箭烦、刀尖塑性變形、月牙洼磨損及積屑瘤叫逸。由于這些特點(diǎn),切削高溫合金的刀具材料應(yīng)具有高的強(qiáng)度苛豺、高的紅硬性、良好的耐磨性和韌性俄耸、高的導(dǎo)熱性和抗粘接能力等翅昏。

高速鋼刀具材料是較早用于加工高溫合金的刀具材料,現(xiàn)在由于加工效率等原因正被像硬質(zhì)合金這樣的刀具材料所替代。但在一些成形刀具以及工藝系統(tǒng)剛性差的條件下,采用高速鋼刀具材料加工高溫合金仍是很好的選擇惊钮。另一方面,加工效率是一種綜合的評(píng)判,高速鋼刀具切削速度低,在某些特定條件下其損失的效率可以通過采用大的切削深度來彌補(bǔ),因?yàn)楦咚黉摰毒卟牧嫌懈叩膹?qiáng)度和韌性,且刃口可以更鋒利,產(chǎn)生的切削熱更低,加工硬化現(xiàn)象更輕访芙。

用于加工高溫合金的高速鋼,常有鈷高速鋼、含鈷超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼等高性能高速鋼计员。

在高速鋼中加入適量的鈷后,由于鈷可促進(jìn)奧氏體中碳化物的溶解作用,可以提高高速鋼的熱穩(wěn)定性和二次硬度,高溫硬度得到提高薯替；同時(shí)鈷還可促進(jìn)高速鋼回火時(shí)從馬氏體中析出鎢或鉬的碳化物,增加彌散硬化效果,因而能提高高速鋼的回火硬度,從而提高高速鋼的耐磨性沈论。在高速鋼中增加鈷量可改善其導(dǎo)熱性,特別是在高溫時(shí)更為明顯,這有利于切削性能的提高,在相同條件下,刀刃溫度可減小30～75℃。同時(shí)鋼中加入鈷后,可降低刀具與工件間的摩擦系數(shù),并改善其加工性救辖。如車削高溫合金GH132,采用W2Mo9Cr4VCo8(M42),工件D=33mm,n=180r/min,ap=2mm,f=0.15mm/r,油冷,切削長(zhǎng)度300mm,后刀面磨損0.2～0.3簿煌。粉末冶金高速鋼是用細(xì)小而均勻的高速鋼結(jié)晶粉末,在高溫(1100℃)、高壓(100Mpa)下直接壓制成的刀具鉴吹。這種工藝完全避免了碳化物的偏析,在相同硬度條件下強(qiáng)度比熔煉鋼提高20%～80%,硬度則隨著密度加大而提高,組織均勻,高溫硬度比熔煉鋼高0.5～1.0HRC,因此有較好的切削性能姨伟。如在其中加入適當(dāng)?shù)奶蓟?如TiC、TiCN豆励、NaC等),可增加耐磨性夺荒、耐熱性,這更有利于高溫合金的切削加工,如在加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)鎳基合金GH37葉片上的孔時(shí),粉末冶金高速鋼FT15(FW12Cr4V5Co5)鉆頭可鉆9孔,而M42只能鉆1～3孔。在鎳基合金的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件上銑削螺紋,用9/2＂的硬質(zhì)合金螺紋銑刀能夠加工5件,用粉末治金高速鋼CPM76(美)螺紋銑刀則可以加工33件良蒸。

硬質(zhì)合金刀具材料也已廣泛應(yīng)用于高溫合金的加工技扼。由于加工高溫合金切削力大,切削溫度高并集中在刀刃附近,容易產(chǎn)生崩刃和塑性變形現(xiàn)象,因而通常采用韌性和導(dǎo)熱性較好的K類和高溫性能好的S類合金。碳化物晶粒的平均尺寸在0.5μm以下的WC-Co類硬質(zhì)合金(超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金),其硬度可達(dá)HRA90～93,抗彎強(qiáng)度為2000～3500Mpa,由于其硬質(zhì)相和鈷高度分散,增加了粘結(jié)面積,提高了粘結(jié)強(qiáng)度,在高溫合金的加工中表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能诚啃。如用含WC89.5%淮摔、Co10%、Cr3C20.5%始赎、晶粒尺寸小于0.2μm和橙、密度14.5、抗壓強(qiáng)度為3700Mpa的超細(xì)晶粒合金(HRA91.5,sbb=2800Mpa)可以將鎳基合金GH141方棒(152mm×152mm×7100mm)車成圓棒,在Vc=42m/min,f=0～3.5mm/r條件下,一次走刀車完全長(zhǎng)造垛。

PVD涂層硬質(zhì)合金已被證明可有效加工高溫合金魔招。經(jīng)過PVD涂層工藝,能在刀具表面涂覆一層很薄的TiAlN層,所以特別適用于對(duì)鋒利切削刃的涂覆,這一點(diǎn)對(duì)高溫合金加工尤為重要。PVD涂層刀片涂層溫度低,保持了基體的高強(qiáng)度,而且能給刀具切削刃表面提供一個(gè)可防止高溫合金切削中最容易產(chǎn)生裂紋的壓應(yīng)力,而沒有減少刀具韌性,所以它能提供一個(gè)密度高杰泡、金相組織均勻的涂覆表面,極好地延長(zhǎng)了刀具壽命蓄稠。如伊斯卡CNMG120408-TFIC908是一種細(xì)顆粒基體TiAlNPVD涂層刀片,用于加工GH4169,Vc=50m/min,f=0.2mm/r,ap=2mm,壽命為40min朋丢。近來,“新型富鋁涂層”也已應(yīng)用于高溫合金的加工,這種AlTiN涂層,“Al”分子的含量增加到65%～80%molAlN,涂層有更高的致密度和高溫硬度译拿。“Al”分子在AlTiN涂層中最為活潑,切削時(shí),它與空氣中的氧結(jié)合在刀具表面形成一層氧化鋁保護(hù)膜,其結(jié)果是在不犧牲韌性的前提下,極好地提高了涂層的紅硬性请癣。如伊斯卡的IC903為含鈷量12%的超細(xì)顆粒合金,PVDTiAlN涂層,用于中高速加工鎳基合金,而新型的富鋁涂層合金Al-IC903的壽命是IC903的1～2倍薛对。目前,用于加工高溫合金的涂層合金已發(fā)展為由幾層組合而成,實(shí)踐已證明了這種組合比其他任何一種單一涂層在很寬范圍的運(yùn)用時(shí)更有效,因此,針對(duì)高溫合金應(yīng)用PVD復(fù)合涂層或許能成為加工高溫合金的硬質(zhì)合金新涂層材料的亮點(diǎn)。

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