铸造高温合金K423A的切削加工性能探讨.docVIP

铸造高温合金K423A的切削加工性能研究 徐 宁 （福建信息职业技术学院 福州, 350003） 摘要：对铸造高温合金的切削加工进行介绍，重点对K423A的材料特点和加工性能进行了分析，并对其切削加工的条件从刀具材料、几何参数、切削用量的选择等方面进行了研究。 关键词：K423A；高温合金；切削加工 前言 铸造高温合金含有大量的铁、镍、钴基本元素外，还含有铝、钛、钒、铬、钨、钼等强化元素，合金中强化元素含量越高，则越难加工。铸造高温合金K423A的基本成分如下表。 表1 K423A镍基高温合金化学成分 元素 C Cr Ni Co Mo Al Ti B 含量% 0.12～0.18 14.0～15.5 余 8.2～8.9 6.8～8.3 3.9～4.4 3.4～3.8 0.004～0.005 Si Mn S Ag Bi Fe Nb Pb W ≤0.2 ≤0.2 ≤0.010 ≤0.0005 ≤0.00005 ≤0.5 ≤0.25 ≤0.0010 ≤0.2 K423A的主要特性如下： （1）含有高熔点合金元素和其它合金元素，形成了组织致密的奥氏体合金； （2）它的沉淀硬化物呈弥散分布，其稳定性较强； （3）导热系数小λ=0.025cal/(cm·s·oC)（45#钢的λ=0.115cal/(cm·s·oC)），不利于散热，对刀具的影响较大； （4）基体以奥氏体-金属间化合物作为主要强化物，在相当高的温度范围内，随温度升高，其硬度反而有所上升，即在一定的温度范围内，仍能保持相当高的硬度和强度。 一、K423A高温合金切削加工的主要特点 1、切削力大 切削一般材料时，由于切削温度升高，强度明显下降，使切削易于进行，而K423A由于含有大量的合金元素，不但有很高的常温强度，而且有很高的高温强度，在切削加工时，随着切削温度的升高其硬度还有所上升，这是切削力大的主要原因，通常情况下切削K423A的切削力要比一般中碳钢增大约2～3倍。 2、加工硬化现象严重 切削镍基高温合金时，硬化程度H（加工后与加工前的硬度之比）可达200%～500%，加工一般金属材料时也存在着加工硬化，但随着切削温度上升而引起的软化现象可减少一部分硬化的程度。由于高温合金的软化温度高，速度慢，在刀具热硬性允许的切削温度范围内，随着切削的变形，硬化程度大于软化程度。此外，在较高的切削温度下，合金中的强化相常常从固溶体中分解出来，呈极细弥散相均匀分布，又进一步加大了硬化的程度。 3、切削温度高 切削K423A时，由于材料强度高、塑性变形大，刀面与切屑和工件间有强烈摩擦，单位切削功率大，消耗的功率多，因此产生大量的切削热。而它的热导率很低，使得切削热从切削区间向外传递很慢，大部分切削热集中在切削区，使切削区平均温度很高，常达750℃～1000℃。高温不仅会加剧刀具的扩散磨损和氧化磨损，也会使工件产生变形，使尺寸及形状精度不易控制。 4、刀具易磨损 切削K423A时，由于材料的高温强度高，加工硬化严重，而且K423A中含有大量合金元素的碳化物和氧化物，以及金属间化合物等构成的硬质点，尤其是具有γ′相构成的微质点，因此机械摩擦磨损严重。又由于切削力大，切削温度高，在高温高压下，使刀具与切削界面间产生粘结，造成刀具粘结磨损。另外，在较高的切削温度下，加剧了刀具材料中某些合金元素（如钨、钴、钛、铌等）向工件及切削中的扩散作用，造成扩散磨损。同时，在高温条件下，周围介质中碳、氢、氧、氮等元素易浸入切削界面，使刀具材料生成相间脆性相，加大了刀具材料表层的应力集中，使刀具产生裂纹，甚至崩刀。 根据K423A的性质及加工特点，切削时应十分注意降低切削温度，减小加工硬化，刀具刃口应保持锋利，而且工艺系统的刚性要好。 二、K423A高温合金的合理切削加工条件 1、选择合理的热处理方式改善切削性能 K423A可采用淬火处理，因为基体中的奥氏体-金属间化合在淬火加热时，使金属内的化合物转变为固溶体，而在淬火的快速冷却中很少析出金属间化合物，从而降低切削时的阻力，改善切削加工性。 2、正确选择刀具材料 加工K423A时刀具材料应具有高温硬度高（即热硬性好）、强度足够、抗冲击能力强、耐磨性好、导热性好的特点。 高速钢，主要是新型高性能高速钢，如含钴高速钢中，W2Mo9Cr4VCo8（M42）、W7Mo4Cr4V2Co5（M41）、W6Mo5Cr4V2Co8 （M36）、W12Mo3Cr4V3Co5Si（Co5Si） 等都有良好的高温硬度和抗氧化能力，均可用于加工K423A，其中应用最广的是M42，它的综合性能好，热处理硬度可达HRC70，高温硬度和基体硬度高，因而耐磨性好，另外，可磨性较好，所以应用非常普遍。但是这一种钢含有较多的钴元素，所以价格较昂贵。