3 高速车削镍基高温合金GT4169的试验研究 15
3.1 试验条件 15
3.2 试验方案 17
3.3 切削力的研究 19
3.4 表面粗糙度的研究 23
3.5 本章小结 27
4 GT4169切屑与刀具磨损 28
4.1 切屑的分类与形成 28
4.2 切削用量对切屑形态的影响 28
4.3 切削GT4169刀具磨损分析 29
结 论 32
致 谢 33
参考文献34
附录A 表1,表2 36
1 绪论
1.1 镍基高温合金特点
1.1.1 镍基高温合金物理力学性能
镍基合金的高温强度很高,因此它在工作条件为高温的零件中运用很多。主要应用于航空发电机,涡轮工作叶片等零件中,是航天航空领域非常重要的材料之一 [1] 。镍基合金具有下面三个特征:它能够在结构稳定前提下溶解很多金属元素;镍基高温合金组织间具有A3B型化合物相,这种化合物使合金的性能得到加强,得到很高的高温强度;镍基合金中含有镍、铬、钨、钴、钒等元素,具有良好的抗氧化,抗腐蚀能力。镍基合金的分类方式有好几种,常见的是按强化方式进行划分。可分为 两种 [2] 。前一种具有高温强度高,抗氧化,抗热腐蚀好等特点。而且这种合金具有很好的可塑性,主要用来制作工作温度较高,承载应力较小的零件。如燃气轮机的燃烧室 [3] 。如图1.1所示。
后一种的高温蠕变强度、抗疲劳、抗氧化、抗腐蚀都很好,主要用于制作工作温度高,承载应力大的零件。如燃气轮机的涡轮 [4] 。如图1.2所示
目前研究和生产中应用最多的镍基合金为 ,本文实验对象就是 。GT4169由许多中元素组成,其中镍占最多,有50-60%,其他含量较高的有 等,具体数值见表1.1 [5] 。
GT4169理论上是铁和镍组成的合金,但通常情况下,我们称它为镍基合金。在700℃以下,同钢材相比,GT4169具备非常好的物理力学性能,它的硬度很高、抗拉、抗压且具有很好的塑性,具体见表1.2所示 [6][7] 。
1.1.2 镍基高温合金切削特点
镍基合金有很多优点,也有一些缺点,最大的缺点就是它的切削加工性特别差。镍基合金中的硬质点较多,切削热不易传出,切削温度高时不易软化,切削很困难。即使在难切削材料中,它也是非常难切削的,它的K值很小仅在0.6以下。其切削加工主要特点如下[8][9]:
(1)切削力很大,且波动很大,镍基合金中高熔点的金属元素含量多,这些元素的原子很稳定,因此要想成功对镍基合金进行切削,就需要很大的切削力。它在切削时,三个方向的力都高于普通钢材,大约是普通钢的2到4倍。除此之外,它在切削时切削力会在一个固定值的上下跳动,且跳动范围很大,这会造成工件的振动。其与45钢的性能比较见表1.3。
(2)切削塑性变形大。镍基高温合金本身的塑性就大,切削过程中切削力又大,导致塑性变形大。
(3)切削温度很高。镍基高温合金的强度高,切削力大,导热系数很小,且刀具与工件间摩擦较大,产热多,不易导出,就导致了切削温度很高,可达到1000℃以上。
(4)加工硬化程度大。镍基合金在切削时,切削力很大,塑性变形很大。这使晶格严重扭曲,大量晶粒被拉长,导致冷作硬化非常严重。此外,切削时的温度很高,表层金属还会吸取外界的H、O、N等其他元素,使表层硬度提高。
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