Основной причиной сложности обработки жаропрочных сплавов является их высокая твёрдость, большая прочность и высокая термическая стабильность. В процессе резки легко изнашивается инструмент, происходит термическая деформация, на готовой детали высока шероховатость поверхности и другие проблемы, а стоимость обработки высока, цикл обработки длительный. В этой статье для справки представлены причины сложности обработки жаропрочных сплавов и решения этой проблемы.
1. Основные факторы сложности обработки
Жаропрочность: жаропрочные сплавы обладают высокой прочностью и твёрдостью, что увеличивает усилие резания и затрудняет резку.
Высокая прочность: Жаропрочные сплавы обладают хорошей прочностью, их нелегко сломать при резке, они склонны к образованию наростов и заусенцев, что влияет на качество обработанной поверхности.
Термостойкость: жаропрочные сплавы обладают хорошей термостойкостью и не подвержены термической деформации во время резки, однако температура резки высока, что может привести к износу инструмента.
Сложный химический состав: Химический состав жаропрочных сплавов относительно сложен и включает множество легирующих элементов, которые оказывают отрицательное влияние на производительность резания.
2. Трудности обработки
По сравнению с обычной сталью трудности при резке жаропрочных сплавов в основном проявляются в следующих четырех аспектах:
1. Большая сила резания. Прочность жаропрочного сплава более чем на 30% выше, чем у обычной легированной стали в паровой турбине. При температуре резания выше 600℃ прочность жаропрочного сплава на основе никеля все ещё выше, чем у обычной легированной стали. Удельная сила резания неармированного жаропрочного сплава составляет более 4000 /мм2, тогда как у обычной легированной стали она составляет всего 2500 Н/мм2.
2. Основными компонентами сплава на основе никеля являются никель и хром, а также добавляются небольшие количества других элементов, таких как молибден, тантал, ниобий и вольфрам. Стоит отметить, что тантал, ниобий, вольфрам и т. д. также используются в качестве основных компонентов окислительного переднего конуса цементированного карбида (или быстрорежущей стали). Использование этих окислительных передних конусов для обработки жаропрочных сплавов приведет к диффузионному износу.
3. Тенденция к наклёпу велика. Например, твёрдость неармированной матрицы GH4169 составляет около HRC37. После резки на лазерном станке на поверхности образуется закалённый слой толщиной около 0,03 мм, а твёрдость увеличивается до HRC47, со степенью наклёпа 27%. Явление наклёпа серьёзно влияет на срок службы переднего метчика и обычно вызывает сильный износ кромок.
4. Теплопроводность материала плохая. Большое количество тепла ,образующегося при резке жаропрочных сплавов, переносится окислённым передним метчиком, а кончик инструмента подвергается температуре резки до 800~1000℃. Под действием высокой температуры и большой силы резания режущая кромка будет производить пластическую деформацию, сцепление и диффузионный износ.
3. Решения для сложных задач обработки
Для повышения эффективности и качества резки можно принять некоторые меры, такие как выбор соответствующих материалов и марок инструмента, оптимизация параметров резки и использование охлаждающих жидкостей. Кроме того, необходимо также предотвращать вибрации инструмента и наростов на кромках, своевременно очищать стружку, поддерживать остроту инструмента и его установку под правильным углом, а также регулярно проверять и заменять инструмент.
Учитывая различные трудности при обработке высокотемпературных сплавов, можно исходить из следующих аспектов:
1. Применять передовые технологии резки материалов: например, использовать технологию точного сверления, использовать высокоточные двухсторонние сверла и т. д.;
2. Усилить контроль за износом режущих инструментов: путем проверки процесса обработки, воевременно заменять инструменты для сокращения отходов материалов и энергии и повышения эффективности обработки;
3. Разработка новых обрабатывающих жидкостей: новые обрабатывающие жидкости могут снизить нагрев заготовки и износ инструмента, а также могут улучшить качество поверхности заготовки и эффективность обработки;
4. Оптимизация процесса: путем оптимизации технологии обработки, улучшения физических и химических свойств материала и эффективного снижения сложности обработки.
Заключение
Жаропрочные сплавы имеют широкий спектр применения благодаря своей высокой прочности, высокой термической стабильности и другим характеристикам, но их сложность обработки относительно велика, что не только ограничивает их широкое применение, но и увеличивает затраты на обработку и циклы. Поэтому необходимо усилить исследовательскую работу и найти более эффективные технологии и процессы обработки для дальнейшего повышения эффективности обработки и качества жаропрочных сплавов.