用鋁高速鋼加工高溫合金(GH698)

發(fā)布日期：2012-08-29 蘭生客服中心瀏覽：4695

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0 前言

汽輪機葉輪通常采用12%Cr鋼制造，但對于需要有足夠的高溫機械性能和持久塑性的，則用高溫合金材料GH698這種材料的化學成分和力學性能見表1、表2。

表1 化學成分%
Cr	Ni	Mo	Nb	Ti	Al	Fe	C	Si	Mn	S	P	Cu	Mg	Zr	B	Co	Bi	Ag	Sn	Sb	Pb
Cr	Ni	Mo	Nb	Ti	Al	不大于
13.0-16.0	余量	2.80-3.20	1.80-2.20	2.35-2.75	1.30-1.70	2.00	0.08	0.60	0.40	0.007	0.015	0.07	0.008	0.05	0.005	0.005	0.0001	0.0025	0.0012	0.0025	0.001

表2 熱處理后的力學性能
s_0.2 N/mm²	s_b N/mm²	d₅ %	y %	A_K J/m²	布氏硬度 HB
≥705	≥1130	≥17	≥19	≥39	285-341

由于材料成分含鎳較高，囚此機械加工性能很差，如采用W18Cr4V高速鋼加工，由于被加工材料韌性和粘性較大，切削刃極易粘屑并產(chǎn)生積屑瘤，使刀具刃口迅速鈍化，從而導致刀具校正刃與孔壁劇烈擠壓和摩擦，產(chǎn)生刺耳噪聲，加工幾個孔后，刀具切削刃即嚴重磨損，如繼續(xù)加工，則切屑會將工件拉出較深溝槽嚴乖時會造成刀具折斷。

1 刀具材料

GH698在常溫下機械性能并不高，但它組織中合金元素多，在切削溫度增大時形成各種碳化物、氮化物的硬質(zhì)相，它存在Al₂O₃、SiO₂的硬質(zhì)點，硬度高(HV2000-3200)。合金的奧氏體組織在切削加工時塑性變形劇烈，斷裂韌性大，產(chǎn)生的切削力比一般中碳鋼增大2～3倍，加工硬化嚴重它的相對加工性能指標僅是45鋼的1/20～1/5, GH698是難加工的一種金屬材料。

刀具材料應(yīng)選擇紅硬性高、高溫硬度高的材料，如美國的高鈷高速鋼M42(W2Mo9Cr4VCo8)和國產(chǎn)鋁高速鋼501(W6Ma5Cr4V2Al)，這兩種刀具材料都可滿足加工要求，但M42價格較高，從使用的經(jīng)濟效率來講，用501更合理。501為國產(chǎn)新型刀具材料，它由2%的鎢鉑系高速鋼加人1%左右的鋁熔煉而成，具有硬度高、耐磨、紅硬性高、高溫硬度高、熱塑性好等優(yōu)點，其硬度可達HRC67～69。用其制作刀具可對GH698高溫合金進行加工，但刀具的具體結(jié)構(gòu)及幾何角度上應(yīng)作某些改進。

2 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計

GH698高溫合金材料的特殊質(zhì)地，刀具(以鉸刀為例)設(shè)計應(yīng)作相應(yīng)改進，由于此鉸刀用于反鉸加工，其刀具結(jié)構(gòu)與普通鉸刀結(jié)構(gòu)不同，在這里只介紹刀具切削部分的改進。

減小前角g_o

鉸刀前角決定于工件材料，由于GH698材料斷裂韌性大，加工時消耗切削功大，產(chǎn)生大量的切削熱，在高溫下材料中的硬質(zhì)點對刀刃產(chǎn)生強烈的摩擦；而在溫度升高的過程中，刀具硬度又在下降。GH698合金下降卻不多，處于合金晶界上的強化相g的硬度還略有升高。所以刀具應(yīng)減小前角g_o，增大刀尖角，提高刀具刀刃強度，增大刀尖散熱面積。
增加齒數(shù)Z

國家標準中規(guī)定，f3mm～f20mm鉸刀Z=6，現(xiàn)改為Z=8，在進給量一定時增加鉸刀齒數(shù)，每齒切削厚度減小，且導向性好，可減小鉸削表面粗糙度和提高尺寸精度。
減小刃帶寬度f

國家標準中規(guī)定，f10mm～f20mm刃帶寬度f=0.15mm～0.25mm�，F(xiàn)減小為f=0.1mm，減小刃帶寬度可減小刃帶與孔壁的摩擦減小刀具磨損。

3 鋁高速鋼刀具(鉸刀)的合理使用

開機前的準備和檢查

與高速鋼相比，鋁高速鋼硬度高而抗彎強度、韌性低因此刀具安裝時應(yīng)避免碰撞。鉸刀安裝后應(yīng)檢查徑向跳動，應(yīng)控制在0.02mm以內(nèi)，徑向跳動過大，易使鉸刀加工中刀體振碎，同時孔徑擴大。另外，還應(yīng)檢查鉸刀對中情況，若對中情況不好，則鉸削不均勻，受力不均，易出現(xiàn)“打”刀現(xiàn)象。
鉸削用量

由于GH698材質(zhì)較“粘”，排屑空間受限，根據(jù)加工試驗(以精鉸為例)，推薦切削量為n=26r/min、f=0.05 mm/r。一般情況下，當出現(xiàn)不正常的鉸孔噪聲或切屑顏色明顯變化時，就應(yīng)及時對鉸刀進行修磨。
切削液

為了延長刀具壽命得到良好的加工質(zhì)量，切削液宜選用植物油加壓噴注。