刀具 Ｆ１ ｆ＝持：吴艳冬 ＣＵ丌ｌＨ６＇ｌＯＯｔＳ 高温合金的切削加工 躐中车北京南口机械有限公司 （１０２２０２） 郑文虎张明杰 摘要：要顺利、高效和优质地切削高温合金，就必须知道各种高温合金的性能（物理、力学及化学性能）和切削特点．合理 选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量和切削液，并注意操作技术。 １．问题来源 高温合金又称耐热合金或 热强合金，他是在一定温度下具 有耐热性的合金。耐热性包括热 稳定性和热强性两种性能。热稳 定性是指在高温下抗氧化、抗燃 热强性高，塑性差，常在铸态下 使用。常见的牌号有Ｋ２１４、Ｋ４０】 ￣Ｉ：ＩＫ４ｌ７等。 （２）按基体合金元素分类。 铁基高温合金又称耐热钢，此类 合金价格低、抗高温氧化性差， 硬度为２５５～３２ｌＨＢｗ，抗拉强 度ｃｒｂ为８８３～９７１ＭＰａ，伸长率 为 ｌ５％～２２．１％，热导率 为１ ３．３９ ～有ＧＨ４０３７、ＧＨ４０４９、ＧＨ４１６９、 ＧＨ４６９８、Ｋ４０１和Ｋ４１７等。 钴基高温合金。以钴为 基体，含钴量达５ ８％，典型代 表牌号是Ｋ１ ０。他的高温强度 高，能耐１ ０００℃高温，其硬度 小于３４ＨＲＣ，抗拉强度仃 为７３６ ～气腐蚀的能力；热强性则是指合 金在高温下抵抗塑性变形和断裂 的能力。高温合金除含有大量的 ｌ ０６９ＭＰａ，伸长率 为９％～ ６０％，热导率Ｋ为ｌ ３．４～ｌ ５．０７ 铁、铬、镍和钻等基本元素外， 还含有铝、钛、铌、钡、钒、 ｌ７．１７Ｗ／ｍ・Ｋ。常见的牌号有 Ｗ／ｍ・Ｋ。由于钴的价格昂贵，已 逐渐采用Ｋ２１ １、Ｋ２１４代替，这两 个牌号都属于铁一镍高温合金。 此外，还有Ｍｏ、Ｔｉ及Ｎｂ为基 ＧＨ２０３６、ＧＨｌ ３６、ＧＨ２１ ３２和 钨、钼及锰等强化元素。其抗氧 化温度可达９００℃～Ｊ ｌ００℃，能 Ｋ１３６等。 铁一镍基高温合金。此类合 金含镍量为３０％～４５％，他抗 够在高温氧化气氛或燃气条件下 工作，目前已广泛应用于各个领 体的高温合金。 高温氧化性能高于铁基高温合 金，应用广泛。其硬度为３０２ ～３．高温合金的切削特点 由于高温合金的性能，他的 域，特别是航空、航天和造船等 工业部门。 ３８８ＨＢｗ，抗拉强度 为９２２ ｌ ２７５ＭＰａ，伸长率 为１０％～ 切削加工性很差。以４５钢的相对 切削加工性为ｌ，则高温合金的 相对切削加工性只有ｏ．０８～ｏ．３。 这其中以镍基高温合金和铸造高 温合金为最差。所以说，高温合 ２．高温合金的分类与性能 （１）按生产工艺分类。变 ～２５％，热导率Ｋ为ｌ０．８８～ｌ ５．４９ 形高温合金。其特点是高温塑性 好，能进行锻造、热轧以及冷 拔等压力加工，常见的牌号有 ＧＨ２０３６、ＧＨ２１ ３２、ＧＨ４０３３、 Ｗ／ｍ－Ｋ。常见的牌号有ＧＨ２ １ ３５、 ＧＨ １ ｌ４０、Ｋ４￣Ｋ２ｌ４等。 镍基高温合金。他是以镍为 金是各种难切削材料中最难切削 的材料。高温合金中的强化相愈 基体，含镍量达４５％以上，是目 前抗高温氧化性能最好的高温合 金。其硬度为２５５～３６１ＨＢＷ，抗 拉强度０｜ｈ为８９３～ｌ ２３６ＭＰａ，伸 ＧＨ４０３７、ＧＨ４０４９￣Ｉ：ＩＧＨ４ １ ６９等。 多，分散程度愈高，其热强性愈 好，热强性越好，则切削加工性 越差。其切削特点如下。 铸造高温合金。其特点是除 含有较多的Ｆｅ、Ｎｉ等元素外，还 含有较多的Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ以及Ａｌ等 强化元素及较高的含碳量。他的 长率 为ｌ０％～２５％，热导率Ｋ为 ７．９５～ｌ１．７２Ｗ／ｍ・Ｋ。常见的牌号 （１）切削力大。由于高温 合金大多数具有很高的塑性， ４４ 参（Ｉｌ 冷加工 刀具 （ＵＴＴＩＮＧＴＯＯｋＳ 如ＧＨｌ】４０ 室温 的伸长率达 （４）刀具易磨损。由于高 温合金中的各种强化桐，特别是 含有许多碳化物、氮化物、硼化 物及金属问化合物，构成细微的 基黼大类。由于陶瓷的抗粘结性 ４０％。 时合金中许多高熔点的 合金元素与其他合金元素构成ｒ 纯度高、组织致密的奥氏体同溶 体合金，具有品格滑移系数大， 能和耐热性及硬度高于硬质合 金，非常有利于高温合金的切 削。牌号有ｓＭ、Ｈ￥７３、Ｈ￥８０、 硬质点。加之硬化现象严重，切 削温度高，刀具材料 工件材料 的粘结和亲和作用，，Ｊ具材料某 些合金元素（Ｗ、Ｃｏ、Ｔｉ或Ｎｂ） 向】：件材料和切屑中扩散，致使 ７丁具产生严重的磨料、粘结、扩 散、氧化、沟纹和边界磨损，甚 至使切削 崩落。 Ｆ８５、ＴＰ４、ＳＴ４￣１３ＳＣ３等。特别 是用干铸造高温合金的铣削，效 果很好。 塑性变形大的特点。并且由于高 温合金中有众多的高熔点、激活 能大的组元，原子组合稳定，切 立方氮化硼（Ｃ Ｂ Ｎ）：由 于Ｃ Ｂ Ｎ的硬度很高（８ ０００～ ９ ０００Ｈ Ｖ），耐热性为ｌ ４００～ ｌ ５００℃，具有很好的化学稳定 性。除用他ｉ苗速地对高温合金进 行精加 ［外，特别适合镍基高温 合金的切削加工。 削时欲使其原子脱离平衡位置所 需要的能量很大，使变形抗力大 大上升。又由于合金中的沉淀硬 化相呈弥散分布，不仅增大了强 ：变形抗力，而且塑性变形的晶 ４。切削高温合金的切削条 件合理选择 （１）了］具材料。切削高温合 金时，要求刀具材料具有高的硬 格严重扭曲，使硬度大大提高， 又使变形抗力增大。所以，在切 削高温合金时，其 位切削力比 （２）切肖１高温合金刀具几何 参数。由于高温合金的热强性、 切削・般钢材火２～３倍。 （２）切削温度高。由于切削 高温合金时，产生巨大的迥形变 形，７Ｊ具与＿Ｔ件、切屑之间产生 度和耐磨性、高的抗弯强度、良 好的导热性以及良好的抗粘结、 塑性和韧性都比较高，而且切屑 易卷曲和折断。所以在选择刀 具几何参数时，要根据 件和７］ 具材料的性能、切削特点和他的 种类综合考虑。 抗扩散和抗氧化等性能。 高速钢： 主要用于制造 铣７Ｊ、钻头、铰刀、丝锥、拉 强烈的摩擦，而产生大量的切削 热。加之高温合金的热导率很低 （平均约为ｌ２．６Ｗ／ｍ・Ｋ），传热 刀和齿轮等低速复杂刀具。为 了提高７］具寿命，应首选合 前角和前刀面形式。刀具 前角的大小，取决于高温合金的 种类和工件毛坯的状态。切削变 形高温合金时，高速钢刀具， ｙ ＝ｌ２。～１５。；硬质合金刀具， 困难，切削热集中在狭小的切削 区内，敛使切削温度高达１ ０００ ｃ 左右。一般往相同的条件下，切 削高温合金比切削４５钢的切削温 铝和钴超硬高速钢，他不仅 耐热性高，其常温和高温硬 度比Ｗ １ ８Ｃ ｒ４Ｖ高４～６Ｈ Ｒ Ｃ。 牌号有Ｗ ６ Ｍ Ｏ ５ Ｃ ｒ ４ Ｖ ２ Ａ ｌ、 Ｗ ２ Ｍ Ｏ ９ Ｃ ｒ ４ Ｖ Ｃ Ｏ ８、 ｙ ＝１０。。这两种材料的刀具， 切削铸造高温合金时，ｙ ＝０。～ ５ 。陶瓷和立方氮化硼复合片 度ｉ￣－７３ｏｏ℃左右，加剧刀具的扩敞 和氧化磨损。 （３）加工硬化现象严重。 金属产生 性变形的同时，存 Ｗ １ ０ Ｍ Ｏ ４ Ｃ ｒ ４ Ｖ ３ Ｃ Ｏ １ ０、 Ｗ １ ２ Ｍ Ｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ ３ Ｃ Ｏ ５ Ｓ ｉ、 （ＰＣＢＮ） 具，ｙ ，＝０。～～５。。 丁Ｊ具前刀面形式，高速钢和 硬质合金７Ｊ具为直线圆弧形或全 Ｗ ｌ ０ Ｍ Ｏ ４ Ｃ ｒ ４ Ｖ ３ Ａ １和 着强化和软化（又称恢复）的 过程。由于高温合金的软化温度 高，软化速度低，故而强化系数 ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ５ＳｉＮｂＡｌ等。 硬质合金：应选用抗粘结、 圆弧形的断（卷）屑槽，有利于 排屑和断屑。由于加工硬化现象 严重，刀具要尽量锋利，一般不 抗扩散、与高温合金亲和性差 的，并含ＴａＣ或ＮｂＣ（Ｉ？超细品粒 ＹＧ或Ｙｗ类硬质合会。牌号有 Ｙ Ｓ２、Ｙ Ｓ８、ＹＤ１ ５、ＹＧ８１ ３、 人。同时，往切削过程的高温作 Ｆ，合金中的强化相从固溶体 中分解出来，并呈极细的弥散相 分布，使强化能力增加，加大了 冷硬程度。所以在切削高温合金 时，已加工表面和切削表面的硬 度要比基体硬度高ｌ倍以上。 鐾磨出负倒棱（陶瓷￣Ｈ ｒ＇ｃＢＮ刀 具除外），若要鐾磨出，其宽度 ６．一定要小一些。陶瓷￣ｎＰＣＢＮ刀 ＹＧ６４３及ＹＷ４等。涂层硬质合 金，应选Ａｌ２０３、ＴｉＡｌＳｉ及ＴｉＡＩＮ 涂层。 具为平前刀面。 后角：为了减小丁Ｊ具后，］ 陶瓷：陶瓷有Ａ１１０ 基和ｓ Ｎ 面与工件的摩擦，应取较大一些 磊 工 冷加工 ．。 ４５ 刀具 ＣＵＴＴＩＮＧＴＯＯＬＳ 的刀具后角。一般为仅。＝１０。～ ｌ５。，精加工时取最大值。 主、副偏角：在工艺系统刚 液。切削高温合金时，为了降低 切削温度和减小粘结，一定要使用 切削液。使用切削液比干切可提高 切削速度２５％，这样既提高了生产 二硫化钼油膏等。 在高温合金上攻螺纹，特 别是在铸造高温合金上攻螺纹特 度允许的情况下，应选取较小的 主、副偏角，有利于增大刀尖强 度和改善散热条件，提高刀具寿 命。一般Ｋ ＝４５。～７５。， ，－８。 ～别困难，往往因转矩大，丝锥咬 死和折断在孔中。这时应适当加 大底孔直径，一般为标准牙高 的８０％～９０％，采用煤油稀释氯 化石蜡、硫化油加１ ５％～２０％的 ＣＣ１４、石墨粉用植物油调成糊状 效率，又提高工件加工表面质量。 用高速钢刀具切削时，使用以冷却 为主的水溶液，以降低切削温度。 用硬质合金刀具切削时，应使用含 Ｓ、Ｐ以及Ｃｌ为添加剂的极压切削 １５。。 刃倾角：粗加工和断续切削 时，Ａ ＝一３。～一１０。；精加工 时， ＝０。～３。。 油或极压乳化液，不仅可降低切 削温度、减小摩擦和防止粘结， 还可使刀具寿命提高４倍左右。对 ＰＣＢＮ刀具只能用切削油，千万 不可用水基切削液，否则会加剧 和用ＭｏＳ 油膏等作润滑剂。 在铣削时，应尽可能采用顺 （３）切削高温合金的切削 用量。切削速度：切削高温合金 时，切削速度主要受刀具寿命和 铣，不仅可以提高刀具寿命，而 且可防止切屑粘刀。 ５．结语 虽然高温合金的切削加工性 高温合金种类的影响与限制。在 ＰＣＢＮ刀具磨损。对镍基高温合 金，应避免使用含硫的切削液， 以免对工件造成应力腐蚀，降低 零件的疲劳强度。 （５）切削高温合金应注意的 问题。为了使刀具锋利和减轻加 不同的切削温度下，刀具的磨损 情况也不同。在最佳切削温度 下，刀具相对磨损最小，刀具寿 命就高。用高速钢刀具切削高温 合金时，最佳切削温度为４５０～ ５４０℃。用硬质合金刀具切削时， 极差，是塑性难切削材料中最难 切削的。但只要充分认识他们各 自的性能和切削特点，合理选择 切削条件和掌握应注意的问题， 是可以顺利完成切削加工的。 工硬化现象，刀具的磨损限度应 为切削一般钢材的１／２。 钻削时，一般采用低速大进 给。停止进给时，要使钻头迅速 脱离切削表面，以免加剧硬化， 最佳切削温度为７５０～９００℃。低 于或高于这一温度区域，刀具磨 损都会加剧。所以，应尽量使刀 具在最佳切削温度相对应的切削 速度下工作。高速钢刀具，Ｐｃ＝３ ～参考文献： 【ｌ】韩荣第，于启勋．难加工材料切 削加工【ＭＩ．北京：机械工业出 版社，１９９６． 给下一次进刀钻削带来困难。如 发生此情况，就应适当降低切削 速度，用力进刀钻削，就可消除 钻不动的现象。钻孔时，应尽量 采用硬质合金钻头（镶片、焊头 和整体），对于大孔（￣ｂ２８ｍｍ～ ７６ｍｍ）应采用可转刀片的浅孔 钻头。钻铸造高温合金孔时，一 定要把钻头的刃带（ａｏ，－０。）改 磨成 ｒ－４。～６。，以减小与孔壁 的摩擦、粘结和防钻头的折断。 铰孔时，对铸造高温合金， 应采用ＹＧ类硬质合金铰刀。对 【２】郑文虎．难切削材料加工技术 【Ｍ】．北京：国防工业出版社， ２００８． ６ｍ／ｍｉｎ；硬质合金刀具，ｖ ＝１０ ～４０ｍ／ｍｉｎ。铸造和镍基高温合 金取小值，变形高温合金取中 到大值。陶瓷刀具，ｖ ＝２０～８０ ｍ／ｍｉｎ。ＰＣＢＮ刀具，ｖ ＝８０～ １ ２０ｍ／ｍｉｎ。 【３】陈云，杜齐明，董万福．现代 金属切削刀具实用技术［ＭＩ．北 京：化学工业出版社，２００８． ＭＷ（收稿日期：２０１７０４１０） 切削深度：由于高温合金 加工硬化现象严重，因而切削 深度不宜太小。粗加工时，口 ＝３ ～更正 本Ｎ２０１７年第ｌ０期 柴油机 ５ｍｍ；精加工时，ａ。＝０．２～ ０．５ｍｍ。 曲轴曲柄销过渡圆角铣削加工技 进给量：为了防止刀具在 硬化层上切削， （＿厂ｚ）＝０．１５～ 术 一文，第一作者田永维单位 应为：海军驻兴平地区军事代表 室，特此更正。 各类高温合金的铰孔，除采用低 速外，应采用润滑性能好的切削 ０．３ｍｍ／ｒ（ｍｍ／ｚ）。 （４）切削高温合金的切削 液，如极压切削油、硫化油以及 本刊编辑部 ４６ 争磊 冷加工