镍基高温合金零件车削加工
1.现状与问题
在生产加工中，遇到如图1所示零件结构，该零件材料为高温镍基合金Inconel 718，材料标准为AMS5662。
该零件使用φ63.5mm×122mm棒料加工，为减小零件的加工余量，安排粗加工工序先将内孔加工到φ28～φ28.5 mm，再使用数控车床加工，工序步骤如下：粗车外圆、外锥面、端面→ 半精镗内孔 → 精镗内孔 → 精车外圆、外锥面、端面 → 切断。该零件的主要加工难点为外锥面的切削余量大，单边要去除3.5～11.7mm的大余量，由于零件材料Inconel 718镍含量为50%～55%，铬含量占17%～21%，可以看出切削加工性很差，粗车外圆、外锥面、端面时最初分别选用了多种刀片加工，但都是每两个刀片刃部仅能加工一个零件，即在粗车过程中，先将零件外圆、外锥面加工一半，然后更换刀具加工剩余的一半，其余工步加工需每加工2～3个零件更换一次刀具。刀具磨损情况如图2所示，堆积在刀具前面近切削刃处的硬楔块形成积屑瘤，积屑瘤脱落时会引起切削刃破损，由于刀具选择不合理，加工时刀具磨损相当严重，换刀相当频繁，增加了操作者的劳动强度，降低了生产效率。
图2 刀片磨损
2.粗车外圆刀具的选择
根据高温合金的性质及其加工特点，切削时必须选择合适的刀具材料、合理的刀具几何参数、合理的切削用量及切削液使用方法。（1）刀片材料选择 切削高温合金时应选用耐热性好、抗弯强度高、耐磨、导热性能好及抗粘结性好的刀具材料，如硬质合金、立方氮化硼及氮化硅陶瓷等，经过对比试验，选用合适的硬质合金刀具，加工成本较低。选择的用于车削加工镍基高温合金外圆、端面用粗车刀具为SAFETY公司的型号为WNMG080412-M7 9605刀片，该刀片基体材料为亚细晶粒硬质合金，粒度＜1.0μm，合金基体硬度为90～93.5 HRA，表面采用4μm 厚度的TiAlN（氮化铝钛）涂层，带涂层合金表面硬度为2000HV，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、涂层附着力强、摩擦系数小及导热率低等优良特性，适合于高温合金、钛合金及高强度不锈钢的加工。（2）刀具结构及几何参数 高温合金粗车时切削力大，为增强刀具强度，选择了0°前角槽形刀片，刀具后角为0°，刀尖半径1.2mm，刀尖角80°，在保证刀具强度的同时，选较大的主偏角95°,减少主刃切削宽度，增加切削厚度，减少加工表面硬化现象，降低切削刃磨损，提高刀具使用寿命。由于高温合金塑性好、强度高，切屑易卷曲，切屑易缠绕在工件或刀具上，故需在刀片上制造断屑槽进行强制断屑，如图3所示。
该刀片刀尖处有0.2mm宽的刃口，与0°后角形成良好的支撑，增强了切削刃的强度；和刃口紧邻的倒角和圆弧面利于切屑成形和卷曲，因而得到更好的切屑流动并减少摩擦，减少振动和使切削温度降低，从而使工件切削处的切削力和剩余应力减小。
刀尖半径会影响到切削刃强度，粗加工选取大刀尖半径（R0.8mm或R1.2mm）可获得高强度切削刃，并可选择较大的进给量和切削深度，从而获得较高的刀具寿命和高金属去除率。（3）粗车切削参数 在高温合金加工过程中，随着切削速度的增加，切削温度会升高，为避免切削温度过高，应采用较低的切削速度；由于高温合金加工过程中易产生硬化层，为避免切削刃和刀尖划过硬化层，切削深度约为刀尖半径的1/2，外圆、端面粗车参数见表１。
3.精车外圆刀具的选择
（1）刀具材料及结构 精车外圆刀具与粗车外圆刀具的材料相同，但由于切削余量较小，切削力相对较小，为获得锋利的刃口，必须采用较大的前角。增大刀具的前角可减小切屑切离和清除过程中所遇到的阻力，并减小切削热，但前角过大则刀头散热体积减小，切削温度反而升高。实践表明，取前角15°～20°最为合适。
在选择后角时，后角过小容易和工件表面产生严重摩擦，使加工表面粗糙度恶化，加速刀具磨损。并且由于强烈摩擦，加强了高温合金表面加工硬化效应；刀具后角也不宜过大，后角过大，使刀具的楔角减小，降低切削刃的强度，加速刀具的磨损。精加工选择较小刀尖半径可获得较高的表面质量，经试验，选择高温合金精车刀片型号为CCGT09T302-PM29605，为正前角槽形刀片，刀具前角18°，刀具后角7°，刀尖半径0.2mm，断屑槽几何形状如图4所示。
对于镗孔工步，由于在镗孔前已进行钻孔加工，故镗孔仅分为半精镗孔和精镗孔，半精镗选择刀尖半径0.4mm，刀片型号为CCGT09T304-PM2 9605，精镗刀片与精车外圆刀片型号相同。
（2）切削参数 在高温合金加工过程中，半精加工及精加工的切削速度也不宜过高，切削深度不能过高，也不能过低，须在一个合理范围。切削参数见表2。
（3）其他车削要素 对于高温合金切槽、切断和车螺纹等， 也进行了工艺试验，选择了合适的刀具及工艺切削参数，见表3。
4.切削液
切削高温合金时，为降低切削温度，提高刀具耐用度，应使用切削液。选择的切削液应不含硫，以避免在切削过程中造成晶间腐蚀，我们选择了马思特公司型号为TRIM SC310的切削液，该切削液为高油半合成型，PH值为9.6，具有良好的湿润性、冷却性及防腐性能，并含有机械润滑作用的化学表面活性剂，能够满足高温合金的切削及冷却要求。高温合金加工刀具磨损大，故原则上分粗、精加工，以减小切削余量，工艺路线安排如下：下料→ 热处理（按需） → 粗加工 → 半精及精加工 → 去毛刺 → 标印 → 清洗 → 渗透检查 → 清洗 → 检验 → 包装。在加工过程中注意以下几点：1）当设计图中有热处理要求时，在下料后机加前安排热处理工序。2）回转类零件可用钻孔、车削等方法进行粗加工，单边留余量1～2mm。3）零件较大或形状复杂时可用线切割方法进行粗加工，单边留余量1～2mm。4）半精加工及精加工原则上安排在同一设备上进行，选择不同的刀具及切削参数。5）机加工序完成后安排渗透检查工序，以便于检查零件材料是否存在缺陷。
5．结语经过大量的工艺试验工作，对镍基高温合金零件车削加工的全过程进行了工艺研究，选择了合适的切削刀具，摸索出了一套合理的工艺参数，满足了高温合金零件车削加工要求。
文章来自《金属加工（冷加工）》2020年第2期
GH3600高温合金的加工工艺
GH3600高温合金的强度GH3600高温合金的强度包括抗拉强度和屈服强度，具体数值会根据材料的热处理和工艺状态有所不同。根据公开发布的信息，GH3600的抗拉强度和屈服强度通常处于以下范围：
抗拉强度：室温下的抗拉强度一般在550 MPa到760 MPa之间。在高温环境（如650℃）下，该合金仍能保持较高的抗拉强度，具体数值取决于热处理和合金的具体使用条件。屈服强度：室温下的屈服强度大约为240 MPa至315 MPa。屈服强度也会随着温度的变化和热处理的不同而有所波动。需要注意的是，以上数值是一个大致的范围，并非固定值。实际应用中，GH3600高温合金的强度可能会根据具体使用环境和合金的处理状态有所变化。因此，在具体工程应用中，应该参考详细的材料证书或咨询材料供应商以获取最准确的强度数据。
GH3600高温合金的加工工艺主要包括以下几个步骤：熔炼：GH3600高温合金首先需要通过真空熔炼或气体保护熔炼等方法制备出高纯度的原始合金。这是确保最终产品质量的基础。热变形：由于GH3600高温合金在高温下具有较好的塑性，因此常采用热变形的方式进行加工。常见的热变形工艺包括锻造、轧制、挤压等。在热变形过程中，需严格控制变形温度、变形速率和变形量，以保持合金的均匀性和织构特性。精密加工：热变形后，GH3600高温合金常需要进行精密加工，以满足具体零件的要求。精密加工工艺包括切割、冷加工、钻孔、铣削等。这些过程需要选用合适的工具和刀具，以确保加工表面的光洁度和尺寸精度。焊接：GH3600高温合金可使用电弧焊、电子束焊等方法进行焊接。焊接过程中需选择合适的焊接材料和焊接工艺参数，以保持焊缝的强度和抗氧化性能。热处理：固溶处理：通常在1100℃至1200℃的温度范围内进行，时间根据合金的厚度和组织结构而定，以提高合金的强度和耐热性能。稳定化处理：在固溶处理后可进行稳定化处理，以进一步提高合金的抗蠕变性能和抗氧化性能，处理温度和时间需根据产品要求确定。时效处理：有时在固溶和稳定化处理后还需进行时效处理，以调整合金的织构和晶界特性，通常在较低温度下进行，时间根据合金的厚度和组织结构而定。切削加工：推荐使用硬质合金刀具或陶瓷刀具进行切削，以确保加工精度和表面质量。加工时需要使用足够的切削冷却润滑剂，以降低工件和刀具的温度，减少切削热，防止合金软化和刀具磨损。通过以上加工工艺，可以确保GH3600高温合金的质量和性能，使其在各个领域中发挥出最佳的作用。
每天都搞机械加工钻孔，你知道如何选择1把好的钻头吗？
钻孔加工，挑选钻头有3个最基本的条件：材质、涂层和几何特征。
（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）01
如何选择钻头的材质
材质可以大概分为3种：高速钢、含钴高速钢和整体硬质合金
高速钢（HSS）：
从1910开始，高速钢用作切削刀具已经有超过1个世纪的历史，是目前应用范围最广、也是最便宜的切削工具材质，高速钢的钻头既可以在手电钻上使用，也可以用在钻床等稳定性更好的环境。还有一个让高速钢经久不衰的原因可能是因为，高速钢材质的刀具可以重复的修磨，由于价格便宜，不仅用来磨成钻头，在车刀上的应用也特别广泛。
含钴高速钢（HSSE）:
含钴高速钢比高速钢的硬度和红硬性更好，硬度的提高也让它耐磨性得到提高，但同时也牺牲了一部分的韧性。与高速钢一样的是：他们都可以通过修磨来提高使用的次数。
硬质合金（CARBIDE）:
硬质合金是金属基的复合材料。其中以碳化钨作为基体，以其他材料的一些材料作为粘合剂通过热等静压的方式进行烧结等一系列复杂的工艺制作而成。在硬度，红硬性，耐磨性等方面相比高速钢而言，有着巨大的提高。但硬质合金刀具的成本也比高速钢贵了不少。硬质合金在刀具寿命和加工速度上比以往的刀具材料更有优势，在刀具的重复修磨上，需要专业的修磨工具。
02
如何选择钻头涂层
涂层根据使用的范围可以大致分为以下5种
无涂层：
无涂层的刀具最便宜，通常用于加工铝合金、低碳钢等一些材质比较软的材料。
黑色氧化涂层：
氧化涂层可以提供比无涂层刀具更好的润滑性，在抗氧化和耐热性方面也更好一些，在使用寿命上可以提高超过50%。
氮化钛涂层：
氮化钛是最为常见的涂层材料，不适用于加工硬度比较高和加工温度高的材质。
碳氮化钛涂层：
碳氮化钛是从氮化钛发展而来，拥有更高的耐高温和耐磨性，通常为紫色或者蓝色。在哈斯的车间里用来加工铸铁材质的工件。
氮化铝钛涂层：
氮化铝钛比以上所有的涂层都要耐高温，所以能使用在更高的切削环境下。比如说加工高温合金。同样也适用于钢和不锈钢的加工，但是由于其中含有铝的元素，在加工铝时会发生化学反映，所以要避免加工含铝的材料。
一般来说，含钴钻加上碳氮化钛涂层或者氮化钛涂层是个更为经济的解决方案。
03
钻头的几何特征
几何特征可以分为以下3个部分
长度
长度与直径的比叫做倍径，倍径越小刚性越好。选择一个刃长刚好排屑而且悬长尽量短的钻头能提高加工时的刚性，从而提高刀具的使用寿命。刃长不够很可能会损坏钻头。
钻尖角度
118°的钻尖角度可能在加工中最为常见，通常用于加工低碳钢、铝等软金属。这种角度的设计通常是不具备自定心功能的，这意味着无可避免的要先加工定心孔。135°的钻尖角度通常具有自定心功能，由于无需加工定心孔，这将会让单独钻定心孔不再成为必要的工序，从而节省大量的时间。
螺旋角度
对于绝大多数的材料来说30°的螺旋角度是个非常好的选择。但是对于需要排屑更好，切削刃的强度更高的环境，可以选择螺旋角度更小的钻头。对于难以加工的材料比如说不锈钢，可以选择螺旋角度更大的设计来传递扭矩。
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