高溫合金的切削加工分析

康文利

（華北電力大學，河北 保定 071003）

高溫合金具有強度高、耐熱性好、耐腐蝕能力強等特點，在650～1000℃高溫下，仍具有較高的強度與一定的抗氧化腐蝕能力。由于足夠高的高溫強度與抗氧化腐蝕能力，所以常用于熱交換部件和汽油機、柴油機的排氣閥、汽輪機的葉片、盤葉輪軸、高溫緊固件等。由于高溫合金的特點，使得其切削性能較差，采用傳統(tǒng)的切削條件很難正常加工。因此，了解高溫合金的切削加工性能和選擇合理的切削條件，對于這些高溫合金的推廣和使用十分重要。

1 高溫合金的切削特點

高溫合金在切削過程中有以下特點：

（1）塑性變形大。由于高溫合金中有大量的奧氏體組織存在，所以高溫合金的塑性變形很大。

（2）切削力大。高溫合金在較高溫度下，仍有較高的物理機械性能，使切削力增大。通常，切削高溫合金的單位切削力要比切削中碳鋼高1～3倍。

（3）加工硬化現(xiàn)象嚴重。高溫合金的硬度在常溫下一般不高，但塑性變形大，使已加工表面產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。另外，在切削溫度作用下，合金中的強化相從固溶體中分解出來，呈極細的彌散相分布、進一步增大了硬化程度。切削高溫合金時，已加工表面的硬度要比基體硬度高50%～100%。

（4）切削溫度高，刀具易磨損。切削高溫合金時，產(chǎn)生較大的塑性變形，刀具與工件間的摩擦加劇，切削力增大，因此產(chǎn)生大量的切削熱。因高溫合金的導熱系數(shù)低，所以高溫合金的散熱性很差，使切削溫度升高。由于高溫合金的高溫強度高，加工硬化嚴重，而且高溫合金中含有許多金屬碳化物、氮化物、硼化物以及金屬間化合物等構(gòu)成的硬質(zhì)點，因此刀具的機械摩損嚴重。又由于切削力大，切削溫度高，在高溫高壓下，使刀具—切屑接觸面產(chǎn)生粘結(jié)，造成刀具的粘結(jié)磨損。在較高的切削溫度下，刀具材料中某些合金元素如鎢、鈷、鈦、鈮等，將向工件及切屑中擴散，造成擴散磨損。

2 切削條件的選擇

根據(jù)高溫合金的性質(zhì)及其加工特點，切削時應(yīng)該降低切削溫度，刀具刃口應(yīng)保持鋒利，減小加工硬化，并且提高工藝系統(tǒng)剛性。切削加工高溫合金時，必須選用合適的刀具材料、合理的刀具幾何參數(shù)、合理的切削用量及性能優(yōu)良的切削液。

2.1 刀具材料

切削這類材料應(yīng)選用耐熱性好、抗彎強度高、耐磨、導熱性好、抗粘結(jié)性好的刀具材料。連續(xù)車削應(yīng)采用硬質(zhì)合金刀具，只有在車削斷續(xù)表面和復雜型面時，才使用高性能高速鋼刀具。常選用YG類及含Ta（Nb）C的YG類硬質(zhì)合金，以減少與工件材料中鈦（Ti）元素的親和作用，減小刀具的粘結(jié)磨損和擴散磨損。

推薦牌號：YG6，YG6A，643，726，813，YM051，YM052等。其中，采用YG類硬質(zhì)合金是常用的牌號；用643切削高溫合金效果較好；其余幾種牌號切削效果明顯優(yōu)于YG類硬質(zhì)合金。近年來，已采用 YS2（YG10HT）、YDl5（YGRM）、643M、813等新牌號硬質(zhì)合金加工高溫合金，取得了十分顯著的效果。

2.2 刀具結(jié)構(gòu)形式與幾何參數(shù)

為了提高刀具剛性防止切削振動，一般需要可采用整體式硬質(zhì)合金刀具。

為了獲得刃口鋒利的刀片，要采用合理刀片刃磨的方法，提高刀片的刃磨質(zhì)量。

切削高溫合金時，為了減小塑性變形，減小切削力，降低切削溫度和減小加工硬化，應(yīng)在保證刀刃強度前提下，盡量選用正前角（3°～10°），當切削速度較高時，可以采用負前角。對于薄壁零件宜選用較大前角。

由于高溫合金塑性好，強度高，切屑卷曲困難，切屑易纏繞在工件或刀具上，影響產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)中可在車刀上制造斷（卷）屑臺或采用可轉(zhuǎn)位刀片進行斷（卷）屑。卷屑槽半徑3～4 mm、槽寬3～5mm；主切削刃倒棱前角 －5°～－10°、寬度0.05～0.2mm。

為了減小刀具后刀面與加工表面間酌磨擦，后角應(yīng)稍大些，粗加工一般取8°～12°，精加工取12°～18°。

刀具宜采用大工作主偏角，以減小背向切削力。主偏角60°～75°；副偏角 5°～10°；刃傾角 0°～-10°；刀尖圓角半徑0.3～1mm。

2.3 切削參數(shù)

在高溫合金加工過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度將會升高。為避免切削溫度過高，應(yīng)采用較低的切削速度vc=20～40m/min；為避免切削刃和刀尖劃過硬化層，以及避免刀刃與加工表面發(fā)生“擠壓、打滑”現(xiàn)象而影響工件的加工質(zhì)量，切削深度ap和進給量f均不宜過小，一般ap=0.1～4 mm，f=0.1～0.5mm/r。

2.4 切削液與排屑

切削高溫合金時，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的切屑和熱量均較多，由于高溫合金的導熱系數(shù)低，所以高溫合金的散熱性很差，易使切削溫度升高，刀具磨損加劇，并將直接影加工精度和操作安全。為降低切削溫度和提高刀具耐用度，應(yīng)采取加注冷卻液或低溫強風冷卻等措施；為將高溫切屑及時從切削區(qū)轉(zhuǎn)移出去，工藝系統(tǒng)中應(yīng)配備必要的排屑裝置。

一般加工高溫合金，宜選用極壓油類，以降低刀具—切屑接觸面產(chǎn)生的粘結(jié)磨損。但為防應(yīng)力腐蝕降低疲勞強度，加工鎳基高溫合金不宜用硫（S）系極壓切削液，可用乳化液、透明水基切削液。

3 結(jié)束語

隨著難加工材料的應(yīng)用日益廣泛，其切削加工性的研究已成為切削加工研究的一個主要方向。難加工材料的切削加工性與切削條件的合理選用，有著密切的關(guān)系。正確選用合理的切削條件，對提高生產(chǎn)效率、改善加工工藝性具有重要的意義。本文對目前應(yīng)用較廣的難加工材料高溫合金切削加工特點進行了分析，并介紹了如何選擇合理的刀具材料、刀具幾何參數(shù)及切削用量，具有一定的實用價值。

[1]鄭文虎，張玉林，詹明榮.難切削材料加工技術(shù)問答[M].北京：北京出版社，2001.

[2]韓榮第，于啟勛.難加工材料切削加工[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.