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：4733

0 前言


汽輪機(jī)葉輪通常采用12%Cr鋼制造，但對(duì)于需要有足夠的高溫機(jī)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(xué)成分和力學(xué)性能見表1、表2。






表1 化學(xué)成分%
Cr
Ni
Mo
Nb
Ti
Al
Fe
C
Si
Mn
S
P
Cu
Mg
Zr
B
Co
Bi
Ag
Sn
Sb
Pb
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(xué)性能
s0.2
N/mm²
sb
N/mm²
d5
%
y
%
AK
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(jī)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(dǎo)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(gè)孔后，刀具切削刃即嚴(yán)重磨損，如繼續(xù)加工，則切屑會(huì)將工件拉出較深溝槽嚴(yán)乖時(shí)會(huì)造成刀具折斷。

1 刀具材料


GH698在常溫下機(jī)械性能并不高，但它組織中合金元素多，在切削溫度增大時(shí)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(diǎn)，硬度高(HV2000-3200)。合金的奧氏體組織在切削加工時(shí)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(yán)重它的相對(duì)加工性能指標(biāo)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(guó)的高鈷高速鋼M42(W2Mo9Cr4VCo8)和國(guó)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(jià)格較高，從使用的經(jīng)濟(jì)效率來講，用501更合理。501為國(guó)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(diǎn)，其硬度可達(dá)HRC67～69。用其制作刀具可對(duì)GH698高溫合金進(jìn)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(jìn)。

2 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)


GH698高溫合金材料的特殊質(zhì)地，刀具(以鉸刀為例)設(shè)計(jì)應(yīng)作相應(yīng)改進(jìn)，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(jìn)。

  1. 減小前角go
    鉸刀前角決定于工件材料，由于GH698材料斷裂韌性大，加工時(shí)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(diǎn)對(duì)刀刃產(chǎn)生強(qiáng)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(qiáng)化相g的硬度還略有升高。所以刀具應(yīng)減小前角go，增大刀尖角，提高刀具刀刃強(qiáng)度，增大刀尖散熱面積。

  2. 增加齒數(shù)Z
    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，f3mm～f20mm鉸刀Z=6，現(xiàn)改為Z=8，在進(jìn)給量一定時(shí)增加鉸刀齒數(shù)，每齒切削厚度減小，且導(dǎo)向性好，可減小鉸削表面粗糙度和提高尺寸精度。

  3. 減小刃帶寬度f(wàn)
    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，f10mm～f20mm刃帶寬度f(wàn)=0.15mm～0.25mm。現(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



  1. 開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查
    與高速鋼相比，鋁高速鋼硬度高而抗彎強(qiáng)度、韌性低因此刀具安裝時(shí)應(yīng)避免碰撞。鉸刀安裝后應(yīng)檢查徑向跳動(dòng)，應(yīng)控制在0.02mm以內(nèi)，徑向跳動(dòng)過大，易使鉸刀加工中刀體振碎，同時(shí)孔徑擴(kuò)大。另外，還應(yīng)檢查鉸刀對(duì)中情況，若對(duì)中情況不好，則鉸削不均勻，受力不均，易出現(xiàn)“打”刀現(xiàn)象。

  2. 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(yàn)(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(dāng)出現(xiàn)不正常的鉸孔噪聲或切屑顏色明顯變化時(shí)，就應(yīng)及時(shí)對(duì)鉸刀進(jìn)行修磨。

  3. 切削液
    為了延長(zhǎng)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。

4 需注意的問題



  1. 為保證鋁高速鋼刀具的切削性能，必須嚴(yán)格掌握熱處理工藝，防止氧化脫碳。
  2. 應(yīng)結(jié)合加工實(shí)踐選取最佳刀具幾何角度和切削用量，以防止刀具折斷，提高刀具壽命。

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