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那些不熟悉高鎳材料特性的加工廠，在開始與這種合金打交道時，往往以沮喪告終。他們遇到的問題是刀具壽命短、成本高、表面光潔度差。
由于鎳基超合金具有很高的強(qiáng)度、防腐性及耐高溫性能，因此在許多航空和化學(xué)處理應(yīng)用場合很受人們青睞。加工這種材料的工廠必須意識到，這種材料中提供優(yōu)點的那些冶金性能反過來也使它們很難加工——當(dāng)然不是不可能加工。本文介紹一些應(yīng)對鎳合金此類切削特質(zhì)的方法和技巧。
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| 鎳基超合金在噴氣發(fā)動機(jī)的熱端大量使用 |
加工硬化：罪魁禍?zhǔn)状蟛糠旨庸や摶蜩T鐵的加工廠都習(xí)慣采用高速，約1000英尺/分鐘進(jìn)行加工。在這么高的速度下，加工產(chǎn)生的熱會軟化切屑，因此刀具切削刃上的壓力不會很高。但是，在切削鎳基超合金時，情況不同，因為這種材料在高溫下不會明顯軟化。這一點正是這種材料可以在高溫下表現(xiàn)良好性能的緣故，諸如在噴氣發(fā)動機(jī)熱端。但是，由于這種材料不會因為切屑形成時產(chǎn)生高溫而發(fā)生軟化，因此在切削刃上會形成很高的壓力。這樣就可能引起刀刃因碎裂或變形而損壞。由于在形成切屑過程中，更強(qiáng)的材料產(chǎn)生更多的熱且導(dǎo)熱性較低，因此形成高切削溫度。
Seco Tools（山高）的車削產(chǎn)品經(jīng)理Don Graham對于成功加工鎳基合金有下面一些建議。他說：“為了在切削超合金時降低溫度和壓力，切削速度通常要保持在200～250 英尺/分鐘。超合金價格昂貴，一個噴氣發(fā)動機(jī)或殼體的價格相對于100,000美元。因此，對于這種材料的加工，各個加工廠都很小心，這也是保持低切削速度的另一個原因。”
鉻鎳鐵合金718，一種高溫合金，其中含約53%的鎳，是最常用的鎳基材料。噴氣發(fā)動機(jī)的熱端有一半以上采用這種材料。另外許多獨特的鎳基材料，諸如沃斯帕洛伊合金、蒙乃爾合金、赫史特合金和Rene 95或Rene 88等在許多場合應(yīng)用，并且比鉻鎳鐵合金718還難加工。
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這些鎳基材料在加工時極易發(fā)生加工硬化，或時效硬化。例如，在加工第一刀后，起始硬度只有34 HRc的鉻鎳鐵合金718工件在其表面幾千分之一處硬度可能高達(dá)45 HRc。該硬化的表面層會導(dǎo)致在切削刃上產(chǎn)生所謂的切深線缺口。加工硬化還使得很難保持精度公差及零件表面的冶金完整性。被損壞的零件表面反過來會降低疲勞強(qiáng)度，這也是在加工超合金時保持刀片切削刃處于良好狀態(tài)顯得如此重要的原因之一。
隨著因時效硬化而形成第二相粒子，合金變得不僅強(qiáng)度更高，同時耐磨性加大，從而更難加工。因此，最好在其較軟的狀態(tài)下加工這些合金。一般地，最好在接近精加工尺寸、剛鑄造完、并經(jīng)溶液處理過的狀態(tài)下加工零件。在時效硬化后，只進(jìn)行最終精加工操作，保證所需要的表面粗糙度，同時減少因高溫產(chǎn)生變形的風(fēng)險。
刀尖通常用陶瓷刀具進(jìn)行粗車，因為這種刀具切削速度高——最高能達(dá)到800英尺/分鐘。通常它們還帶有一個用于增強(qiáng)強(qiáng)度、經(jīng)過倒角處理的切削刃；這種比較鈍的切削刃會加工硬化材料，因此限制了它們在粗加工中的應(yīng)用。由于陶瓷比較脆，因此在開始和退出切削時最好用一半的進(jìn)給速度，以免損壞刀具。
但是，陶瓷刀具很不適合粗加工表面非常粗糙的工件，諸如帶有參差不齊、粗糙表面的非圓鑄件，加工時就可能使陶瓷刀具碎裂。在這些情況中，不帶涂層的C2硬質(zhì)合金（6%鈷、94%碳化鎢）是最佳選擇，或者采用帶TiAlN涂層的C2硬質(zhì)合金在某些場合也非常好。
由于這是一種間歇性的切削過程，因此采用陶瓷刀具進(jìn)行粗銑最好在干式狀態(tài)下進(jìn)行，否則，推薦采用冷卻液。
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| 山高Jetstream刀具的高壓冷卻液流可以 將切屑冷卻并破碎成小而易于掌控的碎片 |
Sandvik Coromant（山特維克可樂滿）的航空業(yè)專家Sean Holt認(rèn)為，刀片涂層的選擇與具體應(yīng)用場合有關(guān)。某些刀具廠家在圓刀片或45度接近角刀片上采用CVD涂層，因為這是一種比PVD涂層具有更好高溫性能的厚涂層。但是，PVD涂層刀片可以更好地防止缺口形成。
對于半精加工或精加工，帶有通過物理氣相沉積（PVD）工藝涂敷的薄TiAlN涂層的硬質(zhì)合金通常是受人們青睞的刀具。PVD涂層較薄，且光滑，它們在硬質(zhì)合金上留下的剩余應(yīng)力非常小，這樣就可以阻止刀具碎裂和產(chǎn)生缺口。與CVD涂層相比，PVD涂層更接近刀具尖刃的輪廓，因此PVD涂層刀片的刀尖“天生”就比CVD涂層刀刃要堅韌。
細(xì)粒度硬質(zhì)合金具有較高的硬度和耐磨性，同時還維持較高的韌性。某些廠家還在藍(lán)色TiAlN上涂敷上一薄層金色TiN面層，用于幫助操作員識別出已經(jīng)用過的刀片角。
最好采用前傾角為正角的刀片加工鎳合金，因為這是一種自由切削幾何結(jié)構(gòu)，可以將切屑從工件上高效地剪切掉，以降低發(fā)熱和表面加工硬化，同時正前角還可以減少切削瘤的形成。
Graham說 ：“我們建議在半精加工和精加工過程中采用前角至少為正7-11度的刀片。對于那些切削量比較大的粗加工，采用中性或前角為0度的刀具?！?/span>
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| 山高的TS2000及TS2500具有很 高的耐熱和耐磨性能，開發(fā)用 于車削耐高溫的超合金及鈦材。 |
文章來源：中國刀具信息網(wǎng) 添加人：阿刀
