粉末高溫合金FGH95高速切削加工表面完整性研究.pdf

1、粉末高溫合金具有晶粒小、組織均勻、無宏觀偏析、合金化程度高、屈服強(qiáng)度高及抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤等關(guān)鍵高溫部件的首選材料。切削加工表面完整性對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的疲勞壽命等服役性能起著至關(guān)重要的作用。但是目前對(duì)粉末高溫合金的切削加工表面完整性的研究幾乎還是空白。本文主要針對(duì)FGH95粉末高溫合金的材料特性，對(duì)其切削加工特點(diǎn)進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究切削加工表面的表面粗糙度，加工硬化、殘余應(yīng)力、白層及表面塑性變形及其影響因

2、素，為生產(chǎn)實(shí)際中控制切削參數(shù)，提高粉末高溫合金零部件的服役性能提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。
　　 分析研究FGH95粉末高溫合金的組織結(jié)構(gòu)、相、合金中的非金屬夾雜以及力學(xué)性能，為切削表面微觀組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變以及表面物理力學(xué)性能的變化的研究提供基礎(chǔ);與GH4169高溫合金的切削加工性進(jìn)行對(duì)比分析，通過切削試驗(yàn)研究切削速度、進(jìn)給量和切削深度對(duì)切削力和切削溫度的影響規(guī)律;研究切削速度對(duì)切屑形貌的影響，分析其難加工特點(diǎn);采用正交銑削試驗(yàn)獲取切屑根

3、部，研究切削過程中材料的斷裂特性，探索FGH95合金切屑形成的周期性斷裂機(jī)制，揭示FGH95合金切削過程的延性斷裂本質(zhì)，為研究其切削表面完整性奠定基礎(chǔ)。
　　 建立考慮切削表面彈性回復(fù)的正交銑削FGH95合金表面粗糙度模型，研究切削深度和切削速度對(duì)FGH95合金正交銑削表面粗糙度的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著切削深度的增大，表面粗糙度增大。在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)的表面粗糙度值明顯大于高速切削得到的表面粗糙度。采用具有不同后刀面磨損量的涂層硬

4、質(zhì)合金刀片進(jìn)行FGH95合金切削加工試驗(yàn)，揭示刀具后刀面磨損量對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律，確定切削加工FGH95合金時(shí)涂層硬質(zhì)合金刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。
　　 基于切削加工過程中切削力和已加工表面的應(yīng)力關(guān)系建立切削加工表面硬化層深度預(yù)測(cè)模型，通過切削試驗(yàn)驗(yàn)證該模型的有效性。對(duì)FGH95切削表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試和有限元仿真研究，探索殘余應(yīng)力沿切削深度方向的分布規(guī)律。
　　 基于切削第四變形區(qū)形成理論建立切削加工表面塑性變形計(jì)算

5、模型，對(duì)表面塑性變形及塑性變形深度進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，在不同切削速度下進(jìn)行FGH95鎳基粉末高溫合金切削試驗(yàn)和有限元仿真表面塑性剪切應(yīng)變和塑性變形深度驗(yàn)證該理論模型的有效性。結(jié)果表明:在常規(guī)切削速度下，隨著切削速度提高，已加工表面的塑性變形深度減小，塑性變形深度在0.02～0.04mm之間;已加工表面的塑性剪應(yīng)變隨著切削速度的提高而增大，已加工表面塑性剪應(yīng)變?cè)?.2～4.0之間。高速切削加工FGH95粉末高溫合金時(shí)在其他切削用量保持不變的情況

6、下，獲得表面塑性變形深度和表面塑性剪應(yīng)變較小的切削速度區(qū)間為400～2400m/min。已加工表面的塑性剪應(yīng)變?cè)谘厍邢魃疃确较蛏戏呢?fù)指數(shù)分布，即在已加工表面上具有最大值，然后沿著垂直于已加工表面方向塑性剪應(yīng)變值急劇減小。
　　 對(duì)FGH95合金基體和已加工表面白層進(jìn)行EDS能譜、XRD衍射分析研究，結(jié)果表明:FGH95合金白層與基體組織不同，白層中的強(qiáng)化相γ'含量比基體中增加8％～15％，且發(fā)生了γ'相的細(xì)化;FGH95合金中

7、的Ni基固溶體在切削加工過程中發(fā)生物相變化，白層中基體相γ和強(qiáng)化相γ'晶格錯(cuò)配度增大;白層的結(jié)晶度較差且晶粒發(fā)生細(xì)化，切削速度越高，晶粒細(xì)化程度越嚴(yán)重，合金中的大、中型晶粒的個(gè)數(shù)不斷減少，細(xì)小晶粒的個(gè)數(shù)不斷增多?；谇邢骷庸み^程中切削力及切削溫度和加工后表面白層厚度分析，研究切削應(yīng)力、應(yīng)變率和切削溫度對(duì)白層厚度的影響規(guī)律，揭示FGH95合金切削加工表面白層形成的形相變耦合機(jī)制。結(jié)果表明:白層的形成與切削過程中的應(yīng)力和應(yīng)變率有關(guān)，隨著應(yīng)力