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，使已加工表面產生加工硬化現象。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，因此產生大量的切削熱。因高溫合金的導熱系數低，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成的硬質點，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—切屑接觸面產生粘結，造成刀具的粘結磨損。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

根據高溫合金的性質及其加工特點，切削時應該降低切削溫度，刀具刃口應保持鋒利，減小加工硬化，并且提高工藝系統剛性。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、合理的切削用量及性能優良的切削液。

2.1 刀具材料

切削這類材料應選用耐熱性好、抗彎強度高、耐磨、導熱性好、抗粘結性好的刀具材料。連續車削應采用硬質合金刀具，只有在車削斷續表面和復雜型面時，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于YG類硬質合金。近年來，已采用 YS2（YG10HT）、YDl5（YGRM）、643M、813等新牌號硬質合金加工高溫合金，取得了十分顯著的效果。

2.2 刀具結構形式與幾何參數

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，影響產品質量，生產中可在車刀上制造斷（卷）屑臺或采用可轉位刀片進行斷（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

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生“擠壓、打滑”現象而影響工件的加工質量，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，單位時間內產生的切屑和熱量均較多，由于高溫合金的導熱系數低，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轉移出去，工藝系統中應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—切屑接觸面產生的粘結磨損。但為防應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 結束語

隨著難加工材料的應用日益廣泛，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，有著密切的關系。正確選用合理的切削條件，對提高生產效率、改善加工工藝性具有重要的意義。本文對目前應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：機械工業出版社，1996.