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K417高温合金物理性能及车削研究

发布日期:2022-05-24 01:54   来源:未知   阅读:

  K417是镍基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金,使用温度在950℃以下。合金中的铝和钛元素含量很高,形成的时效强化相Y约占合金的65%—70%。合金的强度高、塑性好,并具有密度低、比强度高的特点。主要产品有涡轮叶片、导向叶片、涡轮增压器转子叶轮等精密铸件。

  铸造高温合金归于最难切削的材料之一,其可加工性取决于合金中耐热的化学元素组成。合金所含强化相越多,涣散程度越大,其高温强度就越好,但切削也更加困难。铸造高温合金中含有很多高纯度、安排致密的奥氏体固溶体,但奥氏体安排晶格滑移系数和塑性变形较大,切削时塑性变形区晶格畸变严峻,然后导致其硬度较高,再加上高温合金华夏子结合非常安稳,变形抗力大,导致加工时需要较大的切削力。此外,铸造高温合金的软化温度较高,软化速率较低,冷作硬化现象严峻,在切削时塑性变形大,刀具与切屑之间摩擦而发生大量的切削热。因其导热系数较低,导致切削区域的切削温度较高,在高温下工件容易变形而使加工精度难以确保。这些特性极大地增加了铸造高温合金的切削加工难度。

  目前,关于K417高温合金的切削加工研讨尚不充足,导致实践出产加工中遇到很多困难。为此,本文选取不同刀具以及不同切削参数对K417高温合金进行车削实验,探求不同加工条件下K417高温合金已加工外表粗糙度、圆柱度以及刀具磨损情况的影响和规律,以进步K417高温合金的加工效率。

  实验采用80mm×240mm的K417镍基高温合金棒料和SK50P数控机床。机床主轴转速为21~1620r/min,主轴最大扭矩为800N·m。切削冷却方式采用巴索油气雾切削油VascomillMMSFA12冷却。实验共选用4种类型的刀具进行比照实验,包括3种不同PCBN材质和1种硬质合金材质车刀片。实验所用刀具类型和材质见表1。

  硬质合金车刀切削时转速不宜过高,所以前两次实验先在低转速的情况下别离运用硬质合金刀片和PCBN刀片进行对比实验。第一次实验运用

  CNMG120408NMSWSM20硬质合金刀片,每段加工长度为25mm,切削参数见表2。第二次实验运用CNGA120408EM2WBS1PCBN刀片,每段加工长度为30mm,切削参数见表3。现有文献及研究结果表明,PCBN刀片在高转速条件下切削时,切削加工表

  现更好,所今后两次实验运用两种不同的PCBN刀片进行对比试验。第三次试验使用TCGW110304S01020F7015PCBN刀片,每段加工长度为20mm,选用正交实验方法,其正交实验要素水平见表4。第四次实验运用TCGW110304S01530F7025PCBN刀片,每段加工长度为20mm,选用正交实验方法,其正交实验要素水平见表5。

  选用ST750D粗糙度丈量仪进行加工表面粗糙度丈量,选用PMMCUltra12.10.07三坐标丈量仪丈量圆柱度,选用ZWSP2KCH光学显微镜观测刀具磨损量,并通过刀具前刀面和后刀面的磨损情况

  采用瓦尔特硬质合金刀片切削K417镍基高温合金,切削参数对外表粗糙度的影响见图1。能够看出:在低速切削时,外表粗糙度随切削速度添加而增大,增长速度先快后慢;外表粗糙度随进给速度增大而增大,增长速度相对均匀。但硬质合金刀片在切削过程中磨损较为严峻,乃至出现崩刃现象。

  实验结果与分析在切削速度偏低时,刀具后刀面磨损严重,前刀面清晰可见脱落形成的月牙洼(见图2);在切削速度偏高时,甚至呈现刀尖崩刃现象(见图3)。由此可见,硬质合金刀具切削K417高温合金时磨损程度较大,并不适用于此材料的切削加工。选用瓦尔特PCBN刀片切削K417镍基高温合金,切削参数对外表粗糙度的影响见图4。能够看出:低速切削时,随切削速度vc的增大,外表粗糙度的改变趋势是先减小后增大;当切削速度到达一定程度后,外表粗糙度再跟着切削速度vc的增大而减小。这是由于在切削速度为20m/min时,切削速度过低形成切削温度较低,加工边缘的毛刺较硬,从而不断冲击刀尖,使刀尖呈现凹坑(见图5),导致加工外表粗糙度较大。同时,由于PCBN刀具有很好的耐热性,当切削速度上升时,切削温度添加使工件材料软化,PCBN刀片与工件材料间的硬度差变大,从而有利于切削加工的进行。由于低速加工条件下不能很好地发挥出PCBN刀具的耐高温特性,故PCBN刀具更适用于高速切削K417高温合金。切削过程中磨损较为严峻,甚至呈现崩刃现象。

  用山特维克PCBN刀片TCGW110304S01020F7015进行正交实验,所得实验结果见表6。切削过程中磨损较为严峻,甚至出现崩刃现象。实验成果与剖析在切削速度偏低时,刀具后刀面磨损严重,前刀??正交实验剖析用山特维克PCBN刀片TCGW110304S01530F7025进行正交试验,所得试验成果见表7。对表6和表7中数据进行直观剖析处理,取得两种刀具各要素在不同水平下的外表粗糙度和圆柱

  度均值,并绘制出各个要素的外表粗糙度和圆柱度极差对比(见图6)。切削过程中磨损较为严峻,甚至出现崩刃现象。试验成果与剖析在切削速度偏低时,刀具后刀面磨损严峻,前刀??正交试验剖析用山特维克PCBN刀片TCGW110304S01530F由图6c可知:每转进给量fn对外表粗糙度影响较大,当fn<0.06mm/r时,外表粗糙度跟着每转进给量fn的添加而缓慢增大;跟着每转进给量fn的继续添加,外表粗糙度快速添加。切削深度ap对于外表粗糙度和圆柱度有不同的影响规则。圆柱度随着切削深度ap的添加,不同刀具的变化规则不同。因为数值差异较小,推测是因为机床自身振动所带来的误差。外表粗糙度跟着切削深度ap的添加先增大而减小,在切削深度ap=0.13mm时达到最大。在切削速度vc的影响下,外表粗糙度跟着切削速度vc的增大先下降而后升高。整合分析各因素同水平切削过程中磨损较为严峻,甚至出现崩刃现象。实验成果与分析在切削速度偏低时,刀具后刀面磨损严峻,前刀正交实验分析用山特维克PCBN刀片TCGW110304S01530F由图6c可知:每转进给量fn对外表粗糙度影下的外表粗糙度和圆柱度,绘制出各要素下的外表粗糙度和圆柱度极差对比(见图6d)。可以看出:切削速度vc对外表粗糙度影响最小,每转进给量fn对粗糙度的影响最大;每转进给量fn对圆柱度的影响最小,而切削速度vc对圆柱度的影响最大。切削过程中磨损较为严峻,乃至出现崩刃现象。

  运用PCBN刀片进行切削实验时,高速切削的温度较高,使工件资料软化,切削更加容易,刀具磨损程度较小(见图7),全体切削状况较为抱负。

  (1)使用硬质合金刀片切削K417镍基高温合金时,随着切削速度的增大,表面粗糙度逐渐增大;表面粗糙度随着每转进给量的增加而增大,但硬质

  合金刀的磨损较为严重。当切削速度vc=20m/min、切削深度ap=0.5mm、每转进给量fn=005mm/r时,切削效果较为理想。

  (2)使用PCBN刀片切削K417镍基高温合金时,随着切削速度的增大,表面粗糙度先减小后增大,圆柱度缓慢减小;随着切削深度增加,表面粗糙度先增大后减小;而随着每转进给量增加,表面粗糙度先缓慢增加后快速增加,圆柱度缓慢减小。切削速度对表面粗糙度的影响最小,每转进给量对表面粗糙度的影响最大;切削速度对圆柱度的影响最大,每转进给量对圆柱度的影响最小。当切削速度vc=275m/min、切削深度ap=0.15mm、每转进给量fn=0.06mm/r时,切削效果较为理想。切削过程中磨损较为严峻,乃至出现崩刃现象。

  K417 合金首先在1966年用作某航空涡轮喷气发动机一级涡轮叶片。其后,又用作该型发动机改型的一级和二级涡轮转子叶片,已成批生产。还用于制作涡轮增压器转子叶轮,火药起动机整体涡轮等,与该合金相似的IN100合金,在国外广泛用于各种航空发动机。返回搜狐,查看更多