用铝高速钢加工高温合金(GH698) - 文章

用铝高速钢加工高温合金(GH698)

作者：哈尔滨汽轮机厂訾凯崧关占群

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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%

Cr	Ni	Mo	Nb	Ti	Al	Fe	C	Si	Mn	S	P	Cu	Mg	Zr	B	Co	Bi	Ag	Sn	Sb	Pb
Cr	Ni	Mo	Nb	Ti	Al	不大于
13.0-16.0	余量	2.80-3.20	1.80-2.20	2.35-2.75	1.30-1.70	2.00	0.08	0.60	0.40	0.0 07	0.015	0.07	0.0 08	0.05	0.005	0.005	0.0 001	0.0 025	0.0 012	0.0 025	0.0 01

表2 热处理后的力学性能

s_0.2 N/mm²	s_b N/mm²	d₅ %	y %	A_K J/m²	布氏硬度 HB
≥705	≥1130	≥17	≥19	≥39	285-341

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g_o

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g_o，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) 切削液

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)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/26/2005)


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