一种铁镍基变形高温合金组织和性能的研究(GH4169高温合金车削加工技术)
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今天给各位分享一种铁镍基变形高温合金组织和性能的研究的知识，其中也会对GH4169高温合金车削加工技术进行分享，希望能对你有所帮助！
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一种铁镍基变形高温合金组织和性能的研究
【摘要】：GH2107合金是一种新型的铁镍基变形高温合金,主要应用在700℃超超临界火力发电机组的涡轮叶片上。
该合金是在GH2135合金的基础上,通过降低2%的Al+Ti含量发展而来。
为了进一步提高合金在高温下的组织稳定性和力学性能,决定对合金成分进行优化。
本文着重研究了Fe、Cr、B、P含量对GH2107合金组织和性能的影响规律,揭示了Fe、Cr、B、P的作用机制。
论文的研究结果表明:GH2107标准热处理态的组织主要有:基体、′沉淀相、MC和M23C6型碳化物。
晶粒尺寸为40m80m,晶粒呈等轴晶分布,有少量退火孪晶。
适当降低Fe含量,可抑制长期时效过程中有害的TCP相(相)的析出,提高GH2107合金的热稳定性。
当GH2107合金中Fe含量为41.6wt%,经725℃/3000h长期时效处理后,TCP相开始析出,时效至10000小时后,合金基体中析出大量的TCP相。
当Fe含量为35.3wt%,经725℃/3000h长期时效处理后,没有发现TCP相的析出,时效至6000小时后,合金基体中才开始析出少量的TCP相。
富Fe可以降低其它元素的固溶度来促进′相长大,还可以适当提高合金的硬度。
对合金进行高温拉伸,拉伸断口特征由韧窝状向沿晶转变。
富Fe合金的位错运动更容易出现Orowan绕过机制。
Cr元素可以促进M23C6型碳化物在晶界处的析出。
B元素主要以M3B2的形式存在于晶界处富集。
B元素在晶界处附近产生的硼化物M3B2对铁镍基变形高温合金GH2107的晶界有钉扎作用,阻碍晶粒长大。
少量B元素对该合金的持久性能有利,B和P的含量都不宜过高,最佳控制量应在0.005%和0.023%附近。
热膨胀系数是衡量高温合金性能的一个重要指标,Fe和Cr可以增加铁镍基变形高温合金GH2107的热膨胀系数,B、P元素也有显著的影响。
GH4169高温合金车削加工技术
国内外学者对GH4169的切削进行了多方面的研究。
Arunachalam等[6-7]研究了CBN、陶瓷和涂层硬质合金刀具车削Inconel718产生的残余应力和表面粗糙度，结果表明，陶瓷刀具产生残余拉应力比CBN刀具产生的大，CBN刀具产生的残余应力和表面粗糙度对切削速度和切削深度更敏感，采用冷却液可以产生残余压应力或者较低的残余拉应力，同时干切削产生残余拉应力。
Pawade等[8-9]研究了加工参数和刀刃几何对表面完整性的影响，结果表明，采用较高切削速度、较低进给率和适当的切深，加上刃磨的切削刃在已加工表面可以获得残余压应力，硬化深度为30m，变化范围为370490HV，此时基体硬度为220361HV，加工影响区深度达到200m，硬化程度受刀刃几何和切深影响大。
Ezugwu等[10]研究了陶瓷刀具车削Inconel718时不同冷却压力对切削力和表面完整性的影响，结果表明，15MPa的冷却压力可以抑制沟槽磨损因此延长刀具寿命，切削力随冷却压力的增加而降低，生成的粗糙度都很低，微观组织结果表明，存在塑性变形，硬化深度达到0.15mm。
黄奇等[11]研究了车削GH33A的表面完整性，结果表明，车削后表面粗糙度和残余拉应力较大，而且加工硬化严重，采用较小的进给量和切削深度，使粗糙度、残余应力和加工硬化减小，适当提高切削速度有利于降低表面粗糙度和残余应力。
田荣鑫等[12]针对高速铣削表面粗糙度的工艺控制，提出了基于表面粗糙度经验模型的工艺参数灵敏度和相对灵敏度概念，给出了工艺参数稳定域和非稳定域的划分原则，结合正交试验获得的不同切削工艺参数对表面粗糙度的影响曲线，提出了工艺参数区间的优选办法。
在机床特征和刀具特征确定的前提下，基于正交试验方法获得的表面粗糙度的经验模型一般采用如下形式[13]：。
运用极差分析法可以确定表面粗糙度影响因素的主次关系，极差统计如表2所示。
极差最大的列，对应因素对表面粗糙度的影响最大，即进给量是影响高温合金车削加工中表面粗糙度的最主要因素，其次是切削速度，切削深度的影响最小。
如图2（a）所示，随着切削速度增加，表面粗糙度减小。
切削速度的变化会引起切屑形成过程的变化，而表面粗糙度在很大程度上与切屑形成过程，尤其是与积屑瘤现象密切相关。
随着切屑的形成，刀具前面切削的压力增加，由于内外摩擦力的作用，切屑下层出现速度梯度，上下层金属出现相对移动，同时产生大量的热，在刀具前面形成一个“停滞区”，为形成积屑瘤创造了条件。
随着切削速度增大，切削区温度提高，使金属韧性增加，形成“停滞区”的条件就变坏，在切削热的高温作用下，金属边层软化，使摩擦系数降低，刀瘤软化并且有很大的塑性，以至于流过的切屑将它与“停滞区”的一部分金属分子带走，于是刀瘤变小了，表面粗糙度进一步降低。
如图2（c）所示，随着切削深度增加，表面粗糙度变化很小，从0.898m增加到1.033m。
一般来图1车削试验现场说，切削深度对加工表面粗糙度的影响不大。
切削深度对加工表面质量的影响主要是由其对切削力的影响而引起的，增大切削深度会使切削力随之增大，这样使切屑与前刀面的挤压更严重，反应更强烈，会使切屑很容易粘结在刀具的前刀面上，形成积屑瘤。
另外，切削深度较大也会引起较大加工表面变形及较大的振动等，因此随着切削深度的增大，加工表面粗糙度将随之增大。
根据文献[12]中相对灵敏度的计算方法，计算得到切削速度、进给量和切削深度的相对灵敏度分别为-0.623、1.303和0.083。
分析可知，表面粗糙度对进给量的变化最为敏感，对切削速度的变化敏感次之，对切削深度的变化不敏感。
图3为根据式（3）绘制的表面粗糙度对各切削参数的绝对灵敏度曲线。
如图3（a）所示，随着切削速度的增加，表面粗糙度对切削速度的绝对灵敏度值减小。
在切削速度[80m/min，95m/min]区间的绝对灵敏度值小于[65m/min，80m/min]区间，即切削速度在[80m/min，95m/min]区间时，表面粗糙度的变化相对平缓，切削速度在[65m/min，80m/min]区间时，表面粗糙度的变化相对陡峭。
如图3（c）所示，随着切削深度的增加，表面粗糙度对切削深度的绝对灵敏度值减小。
在切削深度[0.3mm，0.4mm]区间的绝对灵敏度值小于[0.2mm，0.3mm]区间，即切削深度在[0.3mm，0.4mm]时，表面粗糙度的变化相对平缓，切削深度在[0.2mm，0.3mm]区间时，表面粗糙度的变化相对陡峭。
根据相对灵敏度，以及绝对灵敏度和表面粗糙度随切削参数的变化规律综合优选。
优选的参数区间首先保证表面粗糙度越小越好，其次绝对灵敏度尽量变化平缓。
由于表面粗糙度对进给量的变化最敏感，所以进给量要重点优选。
随着进给量的增加，表面粗糙度增加，绝对灵敏度也增加，所以进给量优选低的区间[0.1mm/r，0.15mm/r]，这个区间可以保障表面粗糙度在0.76m以内，并且变化比较平缓。
表面粗糙度对切削速度的变化较敏感，随着切削速度的增加，表面粗糙度减小，绝对灵敏度也减小，所以切削速度优选高的区间[80m/min，95m/min]，这个区间可以保障表面粗糙度在0.95m以内，并且变化比较平缓。
而表面粗糙度对切削深度的变化不敏感，切削深度对表面粗糙度的影响也比较小，原则上试验参数范围内都可以选择。
具体可根据加工工序来选择，粗加工时可以选较大切深，而精加工时取较小值以提高加工精度，降低表面粗糙度。
高温合金车削加工的三维表面形貌如图4所示，车削后工件表面产生波浪状的表面纹理，它是车刀与工件相对移动后最终形成的表面形貌，清晰地反映了车刀切削刃的运动轨迹。
图4（a）所示的已加工表面，表面粗糙度为0.406m，最大波峰高度为1.76m，最大波谷深度为1.39m；图4（b）所示的已加工表面，表面粗糙度为0.772m，最大波峰高度为2.79m，最大波谷深度为1.90m，从中可以看出，进给量从0.1mm/r增加到0.15mm/r，已加工表面的最大波峰高度和最大波谷深度均显著增大，表面粗糙度显著恶化，所以在车削加工中进给量的变化对表面粗糙度有至关重要的影响。
工件表面完全是由刀具切削刃直接切出来的，复制了刀具切削刃形状，刀具进给运动的轨迹清晰可见，每条均匀间隔突起的棱脊在进给方向的位移量等于每转进给量。
工件表面上分布有沿切削运动方向的细小沟槽，这种沟槽一方面是刀具表面上硬质点对工件加工表面的犁耕，另一方面是刀具磨损表面上粗糙沟槽在工件加工表面上的复制。
从图中可以看出，棱脊不是一条线，而是变成很多磨损沟槽组成的犁垄带，不仅影响加工表面粗糙度，还反作用于刀具表面，使之产生附加沟槽，加剧刀具磨损。
在每一转进给量范围内，靠近刀尖部位的工件表面较为光滑平整，越靠近副后刀面和副切削刃尾部刀具与工件分离处，工件加工表面越粗糙，说明刀具磨损带内磨损状态分布不均匀。
刀尖部位紧压工件过渡表面，接触稳定，磨损过程稳定，加工痕迹较平整；副后刀面上，由于副后刀面和切屑锯齿状边缘的影响，离刀尖越远，刀具与工件压紧程度越差，加剧了刀具副后刀面的磨损[14]。
（1）进给量是影响高温合金车削加工中表面粗糙度的最主要因素，其次是切削速度和切削深度。
（3）表面粗糙度对进给量的变化最为敏感，对切削速度的变化敏感次之，对切削深度的变化不敏感。
GH37镍基时效高温合金
GH4037(GH37)镍基时效高温合金。
GH3037(GH37)合金是奥氏体型时效强化的镍基合金，添加总量约4%的铝钛生成相进行时效强化，并加入较多的钨、钼进行固溶强化，还添加微量的硼强化晶界。
该合金在850℃以下使用，具有高的热强性、良好的综合性能和组织稳定性，用于制造航空发动机涡轮工作叶片，在800-850℃以下长期使用。
在850℃时具有高抗氧化性，长期使用组织稳定。
该合金在标准热处理状态的组织为奥氏体基体和弥散析出的相，晶界有少量的M23C6和M6C型碳化物，晶内有块状的MC型碳化物。
1、该合金具有良好的可锻性能，锻造加热温度1140℃，终锻1100℃。
3、叶片热处理时，需缓慢加热，采用阶梯式加热曲线升温至固溶温度，控温要严格。
为使叶片性能稳定，应特别注意二次固溶时的冷却速度不能过快。
那么以上的内容就是关于一种铁镍基变形高温合金组织和性能的研究的介绍了，GH4169高温合金车削加工技术是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。
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