高溫合金又稱耐熱合金或熱強(qiáng)合金,通常將含Ni量大于50%的高溫合金稱為鎳基高溫合金。GH3039為單相奧氏體型固溶強(qiáng)化合金,在800℃以下具有中等的熱強(qiáng)性和良好的熱疲勞性能,在1000℃以下具有良好的抗氧化性能。GH3039在長期使用過程中,不僅組織穩(wěn)定,而且還具有良好的冷成形性和焊接性能,適合用于制作在850℃以下長期使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和動(dòng)力燃燒室的零/部件。

鎳基合金微觀組織中含碳化物硬質(zhì)點(diǎn),具有導(dǎo)熱率和比熱容小,高溫強(qiáng)度高、加工硬化嚴(yán)重、易形成積屑瘤、塑性變形抗力大,以及表面質(zhì)量和精度不易保證等缺點(diǎn),不僅切削效率低,而且刀具壽命短,--直是切削加工中的難題。從切削機(jī)理角度分析,高速切削技術(shù)能夠在一定程度上改善難加工材料的切削加工性[2},所以,針對難加工材料高速切削技術(shù)的研究也越來越受到人們的重視。鎳基高溫合金GH3039是一種多元合金,其主要化學(xué)成分、物理性能和力學(xué)性能分別如表1～表3所示。

GH3039的切削加工難點(diǎn)

鎳基高溫合金GH3039是一種極難切削的金屬材料。當(dāng)切削力增大時(shí),由于該材料的延伸率大,塑性變形抗力大,抗斷裂韌性和持久塑性高,使得切削加工難度增加,其加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

l)切削溫度很高。切削GH3039時(shí),由于切削力很大,切削變形嚴(yán)重,切屑、工件與刀具之間存在著強(qiáng)烈的摩擦,繼而產(chǎn)生了大量的熱,又由于材料本身熱導(dǎo)率低,故導(dǎo)致切削區(qū)溫度升高。

2)刀具磨損嚴(yán)重。切削 GH3039時(shí),由于切削力大、切削溫度高,使得刀具材料的硬度、強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性下降,導(dǎo)致刀具材料的磨粒磨損,粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損加劇,降低了刀具的使用壽命。

3)加工硬化嚴(yán)重。由于在切削過程中GH3039材料容易產(chǎn)生塑性變形,且同時(shí)伴隨著晶粒的滑移,滑移面與其附近的晶格發(fā)生扭曲,致使晶粒伸長和破碎,金屬內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力等,使得CH3039材料的繼續(xù)塑性變形變得困難,最終引起加工硬化。金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給其進(jìn)一步加工帶來困難。

4)加工精度難以保證。在切削 CH3039的過程中,切削溫度很高,工件產(chǎn)生的熱變形很大,一些尺寸精度和形狀精度很難得到保證。

5)加工效率低,加工成本大。在實(shí)際生產(chǎn)中,由于切削用量的不確定性及刀具使用壽命有限,使得更換刀具或刃磨刀具的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于更換零件的次數(shù)，影響了加工效率。由于機(jī)床占用時(shí)間長,刀具損耗大,使得加工成本急劇增加。

通過對CH3039加工難點(diǎn)的分析,確定出加工該材料時(shí)應(yīng)選用的刀具,利用正交試驗(yàn)方法得到銑削力的經(jīng)驗(yàn)公式,并驗(yàn)證公式的正確性,試驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步研究CH3039的刀具磨損、切屑形態(tài)等提供了理論基礎(chǔ)。