航空粉末冶金高温合金的车削加工

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1、二三丝!耋_塑。。航空粉末冶金高温合金的车削加工TurningofPowderMetallurgySuperalloyforAviationIndustry中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司刘阳赵秀芬刘阳现E职}∞m#∞#±发动机f#园)有m责任公目技术中o。主g从事金属研削基础研R．高教mI、航i难加工材料mⅡ切削数据库的智能化研￡。涡轮盘是发动机重要的热端部件之一；它的工作条件极为苛刻，在飞行时承受着循环机械应力和温差引起的热应力的叠加作用，很容易产牛涡轮盘疲劳断裂。另～方面．涡轮盘件用的1’相沉淀强化型台

2、金44航空鬻造技术-2010年第ls期粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金化成度高、抗屈服强度高、抗疲劳性能好，是高推比发动机涡轮盘等部件的首选材料。由于强化元素不断增多．严重的偏析使热加工性能恶化，低周疲劳性能降低、裂纹容易扩展，且投料比达19：l以E。高投料比和复杂锻造工艺．使其成本大为提高。为保证航空发动机的可靠性和稳定性、成本的经济性．对于此部件的材料欧美等发达国家多用粉末高温合盒，我国也正在逐步改用之中。耪末高温合金涡轮盘组织均匀．晶粒细小、无明显偏析、合金化程度高、抗屈服强度高、抗疲劳性能好，

3、是高推比发动机涡轮盘等部件的首选材料；而与变形高温台金相比，它降低了原材料的消耗，金属的利用率大大提高，成本低；涡轮盘寿命也显著提高，由原来的1032h提高到1500h。但同时也增加了加工过程的难度，粉末冶金零件的切削加工性较差，一般只能低速加工，并且在使用普通的刀片时刀具磨损很快，刀尖钝化严重，加工质量难“保证。现结合现场所做粉末高温合金盘的切削试验．介绍一下不同的刀具对FGH96的试验加工情况。粉末高温合金性能1FGH96化学成分和力学性能FGH96化学成分和力学性能见表I和表2。2粉末高温台金的切削性能粉末高温合金具

4、有组织均匀、晶粒细小、屈服强度高、抗疲劳性能好等优点．但是由于其中含有许多(如铬、钻、铜、铌、镍、铁、钽等)高熔点合金元素且g相含量高．使得粉末高温合金得到很大的强化效应．在一定航空专用刀具表1FGH96台盒质量分数_表2FGH96力学性能强度凡抗拉日ⅡW日*强＆枷P《忡宰％断面收搪卓w*的温度范围内，随温度升高．其硬度反而有所提高，由于其材料本身的化学成分及独特的多孔性结构，在较小的面积内其硬度值也有一定的渡动。即使钡I得的宏观硬度为20一35HRC．但组成零件的颗粒硬度会高达60HRC，这些硬颗粒会导致严重而急剧的刃口

5、磨损．因此粉末冶金高温合金是典型的难加1=材料。FGH96涡轮盘的切削试验试验目的：选择好的品牌、好的刀具材料，优化切削参数。试验刀具：焊接硬质合金刀具、涂层硬质合金刀具、CBN刀具、陶瓷刀具。试验机床：CK61100(转速范围4—400dmin。最小进给000Indmin；最大回转直径1000ram)。工艺要求：工件材料FGH96．材料硬度(HB)>388，工件直径610mm加工方法：车削。测量仪器：干分表、卡尺。试验结果与分析1焊接硬质台金刀具切削试验根据上述粉末高温台金的切削性能分析可知：粉末高温合金比变形高温台金更

6、难加工，所以在焊接硬质台金刀具几何角度的选择上，刀具前角应略小．以保证刀具的刀尖强度。研究中在FGH96涡轮盘粗加工时通过比较试验最终采用YD类的焊接刀具，试验时切削参数如下：切削速度m1030m／min．切削深度d．--4)25ram，进给速度触l-4)2mm／r。试验中采用i凼素工E交试验法，试验几组参数：(1)v=30m／miIif--02mm／r。(2)v=25m／minf=02mngr。(3)v=25m／minf=02mmJr。(4)v=20m／mln触1mrrffr。(5)v=I3．5m／ml”f=01mm。口

7、=025mm试验结果表明，(1】～(3)组参数刀具磨损剧烈，很快失效。而后刀面的磨损，既包含了主后刀面磨损，叉包含了副后刀面磨损，丁件表面质量极差，材料几乎被剥落。由于切削力大、切削温度高．切削路径长度大约在2-3m时刀尖担性变形严重。(4：组参数虽然好于前3组，但刀具的磨损使刀具的寿命仍然不能保证连续加工一个面。(5)组参数相对较好．能保证粗加工的使用要求，但是加工效率很低．由于其价格便官，可以在加工毛料时使用。2涂层硬质台金刀具切削试验通过试验比较，最终选用材料S05F这种刀片材料。硬质合金S05F这种刀片材料采用了新

8、技术，是专为解决镍基高温台金的切削而设计的。材料的晶粒更细，表面有4“m的CVDTiCN—AI阿OTiN的薄涂层，此刀片特别适合粉末高温合金的精加工．其耐磨性好，适用于小切深。SOSFV型刀片切削用鼋p=30—60m／min-口=025mRI，f=olmm／r。采用速度逐渐递增的方式。试验结果：表面质量