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用铝高速钢加工高温合金(GH698)

时间: 2011-07-01 10:02 来源: 作者: 哈尔滨汽轮机厂 訾凯崧 关占群点击:
0 前言

汽轮机叶轮通常采用12%Cr钢制造,但对于需要有足够的高温机械性能和持久塑性的,则用高温合金材料GH698这种材料的化学成分和力学性能见表1、表2。

表1 化学成分%

表2 热处理后的力学性能

由于材料成分含镍较高,因此机械加工性能很差,如采用W18Cr4V高速钢加工,由于被加工材料韧性和粘性较大,切削刃极易粘屑并产生积屑瘤,使刀具刃口迅速钝化,从而导致刀具校正刃与孔壁剧烈挤压和摩擦,产生刺耳噪声,加工几个孔后,刀具切削刃即严重磨损,如继续加工,则切屑会将工件拉出较深沟槽严乖时会造成刀具折断。

1 刀具材料

GH698在常温下机械性能并不高,但它组织中合金元素多,在切削温度增大时形成各种碳化物、氮化物的硬质相,它存在Al2O3、SiO2的硬质点,硬度高(HV2000-3200)。合金的奥氏体组织在切削加工时塑性变形剧烈,断裂韧性大,产生的切削力比一般中碳钢增大2~3倍,加工硬化严重它的相对加工性能指标仅是45钢的1/20~1/5,GH698是难加工的一种金属材料。

刀具材料应选择硬性高、高温硬度高的材料,如美国的高钴高速钢M42(W2Mo9Cr4VCo8)和国产铝高速钢501(W6Mo5Cr4V2Al),这两种刀具材料都可满足加工要求,但M42价格较高,从使用的经济效率来讲,用501更合理。501为国产新型刀具材料,它由2%的钨钼系高速钢加人1%左右的铝熔炼而成,具有硬度高、耐磨、红硬性高、高温硬度高、热塑性好等优点,其硬度可达HRC67~69。用其制作刀具可对GH698高温合金进行加工,但刀具的具体结构及几何角度上应作某些改进。

2 刀具结构设计

GH698高温合金材料的特殊质地,刀具(以铰刀为例)设计应作相应改进,由于此铰刀用于反铰加工,其刀具结构与普通铰刀结构不同,在这里只介绍刀具切削部分的改进。

1) 减小前角go

铰刀前角决定于工件材料,由于GH698材料断裂韧性大,加工时消耗切削功大,产生大量的切削热,在高温下材料中的硬质点对刀刃产生强烈的摩擦;而在温度升高的过程中,刀具硬度又在下降。GH698合金下降却不多,处于合金晶界上的强化相g的硬度还略有升高。所以刀具应减小前角go,增大刀尖角,提高刀具刀刃强度,增大刀尖散热面积。

2) 增加齿数Z

国家标准中规定,f3mm~f20mm铰刀Z=6,现改为Z=8,在进给量一定时增加铰刀齿数,每齿切削厚度减小,且导向性好,可减小铰削表面粗糙度和提高尺寸精度。

3) 减小刃带宽度f

国家标准中规定,f10mm~f20mm刃带宽度f=0.15mm~0.25mm。现减小为f=0.1mm,减小刃带宽度可减小刃带与孔壁的摩擦减小刀具磨损。

3 铝高速钢刀具(铰刀)的合理使用

1) 开机前的准备和检查

与高速钢相比,铝高速钢硬度高而抗弯强度、韧性低因此刀具安装时应避免碰撞。铰刀安装后应检查径向跳动,应控制在0.02mm以内,径向跳动过大,易使铰刀加工中刀体振碎,同时孔径扩大。另外,还应检查铰刀对中情况,若对中情况不好,则铰削不均匀,受力不均,易出现“打”刀现象。

2) 铰削用量

由于GH698材质较“粘”,排屑空间受限,根据加工试验(以精铰为例),推荐切削量为n=26r/min、f=0.05 mm/r。一般情况下,当出现不正常的铰孔噪声或切屑颜色明显变化时,就应及时对铰刀进行修磨。

3)

为了延长刀具寿命得到良好的加工质量,切削液宜选用植物油加压喷注。

4 需注意的问题

1) 为保证铝高速钢刀具的切削性能,必须严格掌握热处理工艺,防止氧化脱碳。
2) 应结合加工实践选取最佳刀具几何角度和切削用量,以防止刀具折断,提高刀具寿命。(end)

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