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高温合金的切削加工

■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铁、铬、镍和钴等基本元素外，还含有铝、钛、铌、钡、钒、钨、钼及锰等强化元素。其抗氧化温度可达900℃～1 100℃，能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域，特别是航空、航天和造船等工业部门。 2. 高温合金的分类与性能 （1）按生产工艺分类。变形高温合金。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、GH2132、GH4033、GH4037、GH4049和GH4169等。 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。他的热强性高，塑性差，常在铸态下使用。常见的牌号有K214、K401和K417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255～321HBW，抗拉强度σb为883～971MPa，伸长率δ为15%～22.1%，热导率κ为13.39～17.17W/m·K。常见的牌号有GH2036、GH136、GH2132和K136等。 铁-镍基高温合金。此类合金含镍量为30%～45%，他抗高温氧化性能高于铁基高温合金，应用广泛。其硬度为302～388HBW，抗拉强度σb为922～1 275MPa，伸长率δ为10%～25%，热导率κ为10.88～15.49 W/m·K。常见的牌号有GH2135、GH1140、K4和K214等。 镍基高温合金。他是以镍为基体，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σb为893～1 236MPa，伸长率δ为10%～25%，热导率κ为7.95～11.72W/m·K。常见的牌号有GH4037、GH4049、GH4169、GH4698、K401和K417等。 钴基高温合金。以钴为基体，含钴量达58%，典型代表牌号是K10。他的高温强度高，能耐1 000℃高温，其硬度小于34HRC，抗拉强度σb为736～1 069MPa，伸长率δ为9%～60%，热导率κ为13.4～15.07 W/m·K。由于钴的价格昂贵，已逐渐采用K211、K214代替，这两个牌号都属于铁-镍高温合金。 此外，还有Mo、Ti及Nb为基体的高温合金。 3. 高温合金的切削特点 由于高温合金的性能，他的切削加工性很差。以45钢的相对切削加工性为1，则高温合金的相对切削加工性只有

0.08～0.3。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。 （1）切削力大。由于高温合金大多数具有很高的塑性，如GH1140在室温下的伸长率达40%。同时合金中许多高熔点的合金元素与其他合金元素构成了纯度高、组织致密的奥氏体固溶体合金，具有晶格滑移系数大，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，不仅增大了塑性变形抗力，而且塑性变形的晶格严重扭曲，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，其单位切削力比切削一般钢材大2～3倍。 （2）切削温度高。由于切削高温合金时，产生巨大的塑形变形，刀具与工件、切屑之间产生强烈的摩擦，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12.6W/m·K），传热困难，切削热集中在狭小的切削区内，致使切削温度高达1 000℃左右。一般在相同的条件下，切削高温合金比切削45钢的切削温度高300℃左右，加剧刀具的扩散和氧化磨损。 （3）加工硬化现象严重。在金属产生塑性变形的同时，存在着强化和软化（又称恢复）的过程。由于高温合金的软