高溫合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及抗熱疲勞性能，因此它廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、核工業(yè)、電站等行業(yè)，例如現(xiàn)代燃汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室、渦輪導(dǎo)向葉片與工作葉片、渦輪盤及渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤件、環(huán)形件等高溫轉(zhuǎn)動(dòng)部件等等。

    高溫合金是最難加工的材料之一，如果45#鋼的加工性為100%，則高溫合金的相對加工性僅為5%～20%，其切削加工的特點(diǎn)有：①切削力大，是普通鋼材的2～4倍。高溫合金含有許多高熔點(diǎn)金屬元素，構(gòu)成組織結(jié)構(gòu)致密的奧氏體固溶體，合金的塑性好，原子結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，需要很大能量才能使原子脫離平衡位置，因而變形抗力大。②切削溫度高，最高可達(dá)1000℃左右。高溫合金導(dǎo)熱系數(shù)小，僅為45#鋼的1/4～1/3，刀具與工件間摩擦強(qiáng)烈而導(dǎo)熱性差，故切削溫度高。③加工硬化嚴(yán)重，表面硬度比基體硬度高50%～100%。④塑性變形大，在室溫下的延伸率可達(dá)30%～50%。⑤刀具易磨損，常見的有擴(kuò)散磨損、邊界磨損、刀尖塑性變形、月牙洼磨損及積屑瘤。由于這些特點(diǎn)，切削高溫合金的刀具材料應(yīng)具有高的強(qiáng)度、高的紅硬性、良好的耐磨性和韌性、高的導(dǎo)熱性和抗粘接能力等。

    高速鋼刀具材料是較早用于加工高溫合金的刀具材料，現(xiàn)在由于加工效率等原因正被像硬質(zhì)合金這樣的刀具材料所替代。但在一些成形刀具以及工藝系統(tǒng)剛性差的條件下，采用高速鋼刀具材料加工高溫合金仍是很好的選擇。另一方面，加工效率是一種綜合的評判，高速鋼刀具切削速度低，在某些特定條件下其損失的效率可以通過采用大的切削深度來彌補(bǔ)，因?yàn)楦咚黉摰毒卟牧嫌懈�高的�?qiáng)度和韌性，且刃口可以更鋒利，產(chǎn)生的切削熱更低，加工硬化現(xiàn)象更輕。 

    用于加工高溫合金的高速鋼，常有鈷高速鋼、含鈷超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼等高性能高速鋼。

    在高速鋼中加入適量的鈷后，由于鈷可促進(jìn)奧氏體中碳化物的溶解作用，可以提高高速鋼的熱穩(wěn)定性和二次硬度，高溫硬度得到提高；同時(shí)鈷還可促進(jìn)高速鋼回火時(shí)從馬氏體中析出鎢或鉬的碳化物，增加彌散硬化效果，因而能提高高速鋼的回火硬度，從而提高高速鋼的耐磨性。在高速鋼中增加鈷量可改善其導(dǎo)熱性，特別是在高溫時(shí)更為明顯，這有利于切削性能的提高，在相同條件下，刀刃溫度可減小30～75℃。同時(shí)鋼中加入鈷后，可降低刀具與工件間的摩擦系數(shù)，并改善其加工性。如車削高溫合金GH132，采用W2Mo9Cr4VCo8(M42)，工件D=33mm,n=180r/min，ap=2mm，f=0.15mm/r，油冷，切削長度300mm，后刀面磨損0.2～0.3。粉末冶金高速鋼是用細(xì)小而均勻的高速鋼結(jié)晶粉末，在高(1100℃)、高壓(100Mpa)下直接壓制成的刀具。這種工藝完全避免了碳化物的偏析，在相同硬度條件下強(qiáng)度比熔煉鋼提高20%～80%，硬度則隨著密度加大而提高，組織均勻，高溫硬度比熔煉鋼高0.5～1.0HRC，因此有較好的切削性能。如在其中加入適當(dāng)?shù)奶蓟��?如TiC、TiCN、NaC等)，可增加耐磨性、耐熱性，這更有利于高溫合金的切削加工，如在加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)鎳基合金GH37葉片上的孔時(shí)，粉末冶金高速鋼FT15(FW12Cr4V5Co5)鉆頭可鉆9孔，而M42只能鉆1～3孔。在鎳基合金的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件上銑削螺紋，用9/2＂的硬質(zhì)合金螺紋銑刀能夠加工5件，用粉末治金高速鋼CPM76(美)螺紋銑刀則可以加工33件。

    硬質(zhì)合金刀具材料也已廣泛應(yīng)用于高溫合金的加工。由于加工高溫合金切削力大，切削溫度高并集中在刀刃附近，容易產(chǎn)生崩刃和塑性變形現(xiàn)象，因而通常采用韌性和導(dǎo)熱性較好的K類和高溫性能好的S類合金。碳化物晶粒的平均尺寸在0.5µm以下的WC-Co類硬質(zhì)合金(超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金)，其硬度可達(dá)HRA90～93，抗彎強(qiáng)度為2000～3500Mpa，由于其硬質(zhì)相和鈷高度分散，增加了粘結(jié)面積，提高了粘結(jié)強(qiáng)度，在高溫合金的加工中表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能。如用含WC89.5%、Co10%、Cr3C2 0.5%、晶粒尺寸小于0.2µm、密度14.5、抗壓強(qiáng)度為3700Mpa的超細(xì)晶粒合金(HRA91.5，sbb=2800Mpa)可以將鎳基合金GH141方棒(152mm×152mm×7100mm)車成圓棒，在Vc=42m/min，f=0～3.5mm/r條件下，一次走刀車完全長。

    PVD涂層硬質(zhì)合金已被證明可有效加工高溫合金。經(jīng)過PVD涂層工藝，能在刀具表面涂覆一層很薄的TiAlN層，所以特別適用于對鋒利切削刃的涂覆，這一點(diǎn)對高溫合金加工尤為重要。PVD涂層刀片涂層溫度低，保持了基體的高強(qiáng)度，而且能給刀具切削刃表面提供一個(gè)可防止高溫合金切削中最容易產(chǎn)生裂紋的壓應(yīng)力，而沒有減少刀具韌性，所以它能提供一個(gè)密度高、金相組織均勻的涂覆表面，極好地延長了刀具壽命。如伊斯卡CNMG120408-TFIC908是一種細(xì)顆�；�體TiAlN PVD涂層刀片，用于加工GH4169，Vc=50m/min，f=0.2mm/r，ap=2mm，壽命為40min。近來，“新型富鋁涂層”也已應(yīng)用于高溫合金的加工，這種AlTiN涂層，“Al”分子 的含量增加到65%～80%molAlN，涂層有更高的致密度和高溫硬度。“Al”分子在AlTiN涂層中最為活潑，切削時(shí)，它與空氣中的氧結(jié)合在刀具表面形成一層氧化鋁保護(hù)膜，其結(jié)果是在不犧牲韌性的前提下，極好地提高了涂層的紅硬性。如伊斯卡的IC903為含鈷量12%的超細(xì)顆粒合金，PVD TiAlN涂層，用于中高速加工鎳基合金，而新型的富鋁涂層合金Al-IC903的壽命是IC903的1～2倍。目前，用于加工高溫合金的涂層合金已發(fā)展為由幾層組合而成，實(shí)踐已證明了這種組合比其他任何一種單一涂層在很寬范圍的運(yùn)用時(shí)更有效，因此，針對高溫合金應(yīng)用PVD復(fù)合涂層或許能成為加工高溫合金的硬質(zhì)合金新涂層材料的亮點(diǎn)。

    陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性能好、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)的特點(diǎn)，已成為高速切削高溫合金的主要刀具材料之一。氧化鋁(Al2O3)基陶瓷(如Al2O3)+TiC)在1200℃時(shí)也能保持HRA80的硬度進(jìn)行切削，所以可以用比硬質(zhì)合金高4～5倍的切削速度加工高溫合金，如加工因康鎳718，Vc=200m/min，f=0.2mm/r。氮化硅(Si3N4)基陶瓷有較高的強(qiáng)度和韌性(抗彎強(qiáng)度為900～1500Mpa)、較高的耐熱性能(可達(dá)1300～1400℃以上)、優(yōu)良的耐熱沖擊能力(是Al2O3的2～3倍)和高的導(dǎo)熱系數(shù)，車削鎳基合金時(shí)，切削速度可達(dá)300m/min以上。如加工因康鎳901硬質(zhì)合金Vc=310m/min，f=0.16mm/r，壽命4min，而硬質(zhì)合金刀具的壽命非常短，Al2O3)陶瓷刀具的壽命也約為2min。如加工因康鎳D400mm工件的外圓，用K類硬質(zhì)合金Vc=19m/min， ap=3.4mm，f=0.23mm/r,每刃可加工0.33件，用氧化硅基陶Vc=172m/min,ap=10.2mm f=0.18mm/r，每刃可加工1件，效率為硬質(zhì)合金的21倍。

    立方氮化硼CBN有高的硬度和耐磨性，其顯微硬度為8000～9000HV，有很高的熱穩(wěn)定性(可達(dá)1400~1500℃)，有抵抗周期性高溫作用的能力。CBN還有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的導(dǎo)熱性(是硬質(zhì)合金的20倍)和較低的摩擦系數(shù)(系數(shù)值為0.1～0.3，硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4～0.6)，低的摩擦系數(shù)和優(yōu)良的抗粘能力使CBN刀具切削時(shí)不易形成滯流和積屑瘤，故適于高速切削高溫合金，如加工因康鎳718，最佳切削速度為100～120m/min。

    PCBN是在高溫高壓下將微細(xì)的CBN材料通過結(jié)合合金元素(TiC、TiN、Al、Ti等)燒結(jié)在一起的多晶材料，含85%～95% 的CBN、粒度為2～3µm的PCBN刀具也可以用來高速切削鎳基高溫合金，切削速度一般為120～240m/min，進(jìn)給量0.05～0.15mm/r，切削深度0.1～3.0mm。

金剛石有極高的硬度和耐磨性、很低的摩擦系數(shù)、很高的導(dǎo)熱性能，并且切削刃非常鋒利。因金剛石(碳)在鈦中的溶解度比在鐵中小得多，故其擴(kuò)散磨損很小，可以用于加工鈦合金類高溫合金，如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下加工TC4鈦合金，切削速度可達(dá)200m/min(K類硬質(zhì)合金切速20～50m/min)，而且切30min后金剛石刀具幾乎沒有磨損，若不用切削液，允許的切削速度也有100m/min。

    高溫合金優(yōu)良的性能把問題和費(fèi)用顯現(xiàn)在刀具上，這些難加工材料的切削，與切削普通鋼件相比，需要消耗更多的能量，在切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削溫度，因此需要使用能降低切削溫度和耐高溫的刀具。要實(shí)現(xiàn)高溫合金的高效切削，刀具材料的正確選擇是第一個(gè)重要問題，不同的刀具材料有不同的適用情況，如鈦合金的銑削，K類和S類硬質(zhì)合金刀具可以是一種正確選擇，較好的耐磨性的硬質(zhì)合金刀具能在合理加工成本下實(shí)現(xiàn)較高的切削效率，但這一合理加工成本是以刀具必須有“很高韌性”或抵抗沖擊能力為前提的，而通常硬質(zhì)合金的脆性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高速鋼，因此，在鈦合金的加工中，有可能的是新一代的高速鋼將是硬質(zhì)合金的良好替代材料。另一方面，正如前所述，切削鈦合金的復(fù)雜、多刃刀具選用高鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼等，同樣可以高效切削鈦合金，尤其在較小剛性的機(jī)床上加工鈦合金，高韌性的高速鋼刀具可以通過大切深而不是提高切削速度來實(shí)現(xiàn)高效切削加工。

    高速切削高溫合金實(shí)際上是一種高溫切削加工，硬質(zhì)合金在高溫下(例如1000℃)與因康鎳718等高溫合金一樣硬度會(huì)顯著下降，刀具在很短的時(shí)間內(nèi)失效，而在此溫度下CBN仍保持常溫的硬度和強(qiáng)度，從而可較容易地加工已經(jīng)變軟的工件。陶瓷刀具也有同樣的表現(xiàn)。但這些刀具的應(yīng)用有一個(gè)前提：機(jī)床-工件-刀具工藝系統(tǒng)要有足夠的動(dòng)力和剛性，而且工件以及機(jī)床要能承受高的切削熱和大的切削力帶來諸如變形的影響。

    當(dāng)然，刀具材料只有和合理的幾何參數(shù)，好的刀具結(jié)構(gòu)，合理的使用方法等因素完美結(jié)合才能充分發(fā)揮出其應(yīng)有的性能。