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晶粒度等级对FV520B锻件铣削性能的影响 　　摘 要：马氏体沉淀硬化不锈钢FV520B的锻件晶粒度等级决定于锻造的工艺和热处理的保温时间及温度。此种材料的锻件晶粒度等级对锻件铣削性能有较大的影响。将锻件的晶粒度级别控制在合理的范围内，可使其获得良好的铣削性能。 　　关键词：晶粒度；锻件；FV520B；铣削性 　　1 概述 　　FV520B是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，主要Cr的含量为13.00～14.50%，Ni的含量为5.0～6.0%，内部基体组织主要由马氏体组成，含有沉淀硬化相。此材料具有强度高、硬度高，冲击韧性好的特点。因此，被广泛应用于汽轮机、压缩机、涡轮增压机的叶轮的设计制造中。如何降低铣削加工叶片的制造费用，并减少机床的使用时间，从而达到降低压缩机生产制造成本的目的，成为大家研究的重点领域。随着锻件晶粒度等级的降低，材料的内部组织锻造的均匀性越差，晶粒变大，使得叶轮叶片铣削加工难度越大。文章通过晶粒度为3-3.5级的锻件与晶粒度为5级两组叶轮的铣削过程进行对比研究，为FV520B作为叶轮锻件，能够达到基本的铣削性能，而要求的最低晶粒度等级提供了一定的依据。 　　2 项目背景 　　实际生产制造中，由于锻造工艺、热处理工艺的控制过程的差异，会使得最终叶轮锻件的力学性能、晶粒度等级等发生变化。 　　目前，市场上常用FV520B锻件的场合，基本拉伸指标在930MPa。而有些特殊要求的使用环境，要求叶轮锻件抗拉指标大于1078MPa。如何得到保证力学性能，同时又拥有内部组织均匀的锻件，成为锻造工艺的问题点。对于我们叶轮制造企业来讲，晶粒度等级大于几级才能够满足我们的使用、制造的需求，成为研究的重点。 　　文章就通过晶粒度分别为3级、5级的锻件进行铣削试验，得出相关结论。 　　3 试验条件及方法 　　文章采用晶粒度分别为3-3.5级、5级的两种叶轮锻件，在相同的夹装方式、相同的刀具、相同的机床以及一定的切削参数条件下进行叶片铣削加工。通过对切削过程中各个加工参数的调整，分析材料中晶粒度变化对切削功率、刀具寿命、切削效率的影响。试验之前的通用条件为： 　　（1）五根轴联合运动数控铣床型号：MACHING CENTER C 40U， 　　是市场上常见的用于铣削叶片的哈默数控铣床。 　　（2）数控编程的切削方式：采用型面铣削的刀具轨迹控制方式。 　　（3）数控刀具：采用整体式硬质合金铣刀、机夹刀片刀具，两者相结合。 　　（4）冷却液：SF34A。 　　（5）工件尺寸：锻件￠410mm×220mm（直径×高），整体锻造回司，见图1。 　　（6）铣削工装：夹装、定位方式如图2所示。 　　（7）FV520B锻件的化学成分：C：≤0.07，Mn：≤1.00，Si：≤0.70，Cr：13.00～14.50，Ni：5.0～6.00，Mo：1.30～1.80，Cu：1.30～1.80，Nb：0.25～0.45，S：≤0.03，P：≤0.03。 　　（8）FV520B锻件的力学性能：σb1078MPa σs1029MPa δ512% ψ35% αk55J/cm2 35～40HRC。 　　试验过程中，两组数据都是采用相同的刀具伸出量、相同的定位方式。在其它切削条件相同的情况下，按照表1、表2进行铣削试验。每次试验过程中，记录刀具的寿命和切削时的效率。 　　其中，刀具的使用寿命是以刀具磨损或是刃口崩裂严重，已经不能再进行后续的切削，也已切不动工件为判断依据的。而刀具的切削效率是包括两方面：一是在相同切深时的，不同进给速度；二是不同的切深参数条件下的，不同的进给速度（相同的切深条件下，刀具切削环境相当恶劣，会出现严重的不正常刃口崩裂，故只能设置不相同的切深值进行后续的试验）。 　　4 试验结果及分析 　　4.1 切削力 　　在用相同刀具、相同的切削参数进行铣削，所需的机床的功率值如图3所示。 　　由图中的数据可见，在相同的切削条件下，晶粒度为3.5的叶轮锻件切削功率高于晶粒度为5级的铣削功率，大约高出10%。而铣削功率是铣削力的表现，因此，由上述铣削功率的情况可知，在相同的铣削条件下，晶粒度等级为3.5级的FV520B锻件在进行叶片铣削过程中，所需要的切削力比晶粒度5级的锻件大。 　　在叶片铣削加工过程中，由于刀具与叶轮的高速相对运动所产生的剧烈摩擦，以及去除材料时产生较大切削力的作用，使得在工件表面层发生弹性、塑性变形，形成大量的结构变形热；另外，刀具与工件、切屑接触部位的相对运动也产生大量的摩擦热，在铣削过程中消耗的机床的机械能的绝大部分转化为切削热能，并分别由叶轮、切屑、刀具及周围介质（如冷却液、空气等）所带走或散失。 　　由此可见，金属的切削过程是一个复杂的能量转换和刀具消耗过程。在铣