磨削热对镍基合金表面完整性的影响

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1、磨削温度对镍基合金表面完整性的影响机械工程及自动化学院，华侨大学，福建泉州，邮编：362011，中国南京航空航天大学，江苏南京，210016，中国概要一项研究氧化铝磨粒砂轮平面磨削镍基高温合金铸件时工件表面温度对工件表面完整性影响的研究已经展开。在砂轮与工件接触面的温度响应使用一个研碎的金属箔/工件热电偶测定。通过改变磨削条件而获得的不同研磨温度的试件，包括切削深度，工件进给速度，以及冷却剂供给。样本表面粗糙度的变化，残余应力，金相，砂轮表面形貌和显微硬度的改变从而得到了分析。为了评价在温度对研磨标本使用寿命的影响，弯曲疲劳试验，分别在室温和9

2、50℃下进行，在磨削试件表面会发现不同的燃烧的颜色当磨削温度超过某一临界值时，。随着出现燃烧色，磨削工件表面的粗糙度与表面无燃烧色相比大大提高，这是由于随着温度升高，在工件表面上发生塑性变形层。除了表面粗糙度，磨削工件表面完整性没有受到温度的影响，是因为磨削温度没高到足以引起磨削裂纹。基于在本研究中的发现，为了提高生产效率，镍基高温合金的研磨可以分为两个阶段，第一个阶段，为了达到高材料去除率，而无需考虑是否存在燃烧的颜色，而第二阶段中，为了降低表面粗糙度，需除去塑性变形层。2002年Elsevier科学B.V.保留所有权利。一．简介高温合金的机

3、械强度和耐表面退化是其他金属合金无与伦比的。然而，所有高温合金的优良性和热扩散差使他们非常难机加工，可能会导致在磨削区温度升高，并在研磨过程中可能在砂轮上产生热损坏工件，这是在航空工业用高温合金的加工过程最普遍的过程。因此，过去广泛的研究一直在关注与热致磨削损伤，特别是对铬镍铁合金718和钛的合金。其中所用的市售高温合金航空业，K417是一个相对较新的一种涡轮叶片的材料，这是一种铸造镍基高温合金，具有良好的综合性能如高温强度，高耐蚀电阻距离，和良好的抗疲劳性，相比于其他航空高温合金，几乎没有在K417磨削散热方面的深刻研究报告。在一项由Oste

4、rle和Li开展的研究中，在缓进给磨削合金IN738LC中，物理畸变，热影响区的形成从金相分析方面进行研究。结果发现，在接触点的局部熔化似乎是相当常见的高温合金的研磨过程中的机制，从而导致的所谓的白色层。在他们的实验中，严重破坏被观察到，如过缓进给磨削中没使用冷却液。不幸的是，在砂轮与工件基础面的温度是通过计算得到而不是通过在他们的研究中的实验。基于监控磨削区温度的过程，本研究进行了实验研究温度对K417的表面完整性的影响。二．实验性图1示意性地表示出实验装置。直表面磨削实验在一台MMD7125精密磨床上展开。使用一个玻璃化氧化铝砂轮（WA10

5、0KV）直径ds300毫米，宽度BS20毫米。砂轮用单点金刚石修整。测试在向下切削模式下进行。在所有的磨削试验都以25米/秒的圆周切割速度。工件速度vw和轮切削深度ap变化产生不同的加工条件。A3％的乳液用于研磨测试。在砂轮和工件间接触面的温度响应测定使用研碎的箔/工件的热电偶[6,7]，它被证明是能够在大磨削切割深度和包有35毫米厚度Ni±铬箔，两侧绝缘云母10毫米的片材并夹持两块分裂工件之间提供一种极快响应速度快。工件作为第二热电偶磁极，而冷端浸渍在冰水中。从箔/工件热电偶输出的信号通过工件和砂轮被得到。从箔/工件的热电偶输出的信号馈送到一

6、台HP3562动态信号记录仪。热电偶组件在图1中表现出来。工件材料K417的制备按照飞机涡轮叶片铸造的条件。在除了镍，K417其他的主要组成元素为铬，钴，Ti和Al。工件沿磨削方向是30毫米和宽25毫米。用于夹紧热电偶箔的表面被抛光和侵蚀，以便金相分析。研磨工件表面的形貌，磨削工件表面和子表面的金相，砂轮表面上磨损氧化铝磨料由扫描型电子显微镜JSM-35C进行了分析（SEM）和能量色散型光谱仪（EDS）。一台HX-1000显微硬度计是用来测量工件表面和子表面硬度的变化和MSF-1MX-射线衍射仪（XRD）测量残余应力。为了获得在磨削工件表面下不

7、同的深度的残余应力分布，电解蚀刻法是用来层层去除工件材料。在工件磨削表面做一个角度1830°的斜坡口，不同深度的微硬度值测定沿坡口测定。磨削工件的抗疲劳性能分别在室温下和K417工作温度950℃下测定。SEM，EDS，XRD和硬度分析，重复三个独立的实验中标本，而10分离标本用来进行疲劳试验。图1：实验装置原理图热电偶隔热层放大器和记录器工件卡盘砂轮冷却剂表1表面颜色与最高温度间的关系接触区最高温度（℃）95990121514401600颜色正常浅褐色棕色深褐色紫蓝色一．结果3.1粗糙度基于期间记录的在不同的条件下研磨温度响应，发现当接触区最高

8、温度超过990℃时，一种不同的颜色出现在工件上的磨削表面。这是一种众所周知的磨削区的燃烧色。在不同的研磨温度下工件表面产生的颜色在表1中列出。紫蓝色试