知识

镍基合金加工

在有很高的热应力和机械应力的地方(例如在航空航天,汽车行业或发电行业中使用的许多部件),通常会使用镍基合金部件。  

什么是镍基合金?

镍基合金是这样一种材料,其主要成分(重金属镍)是由至少一种其他化学元素制成的(通常是通过熔融过程)。 镍铜,镍铁,镍铁铬,镍铬,镍钼铬,镍铬钴,低合金镍合金(镍含量最高为99.9%)以及使用其他多种成分合金。  

锻造合金和铸造合金

通常,以下两种镍基合金之间有区别:锻造合金和铸造合金。锻造合金用于涡轮部件中的圆盘和圆环,由于其在高达 730 摄氏度的温度范围内锻造而成因此性能非常理想。 铸造合金主要用于具有高热机械载荷和复杂几何形状的部件。 零件被铸造成具有多晶结构的近乎最终形状,并且仅需少量加工即可。 

镍基合金的属性

特别是普通的镍铬合金的特征在于其最高约 750 摄氏度的极高耐热性,因此可以承受接近熔点的恒定载荷。 它们还具有出色的可扩展性和拉伸强度,以及低导热性,以及良好的冷成型性能和高耐腐蚀性。 低密度,高耐化学药品性和高耐磨性使该合金特别适用于铝和钢不稳定的高温应用场合。

合金的这些良好的应用特性相反使得机械加工更加困难:在刀具寿命短的地方,只能使用相对较低的切削速度。 使用未涂层的硬质合金刀具加工铝时,标准刀具寿命为几天。 对于球墨铸铁的加工,刀具寿命下降到一个小时左右,而对于镍基合金,则寿命在五到十分钟之间。 

加工镍基合金的切削材料

高速钢

“高速钢(HSS)”用于加工镍基合金,因为它具有很高的韧性,适用于断续切削的场合,例如铣削,螺纹加工,拉削和冲压。 加工镍基合金时,切削速度一般采用 5 -10 m/min。根据高速钢的韧性,进给一般每齿在 0.1 - 0.16mm。

硬质合金

碳化物由金属碳化物(通常是碳化钨)组成,它们嵌入软金属粘结相中,因此属于复合材料。 硬质合金刀具加工镍基合金时通常使用切削速度相对较低,在 20 - 40 m/min。较高的切削速度会导致切削材料快速过载,因此在大多数情况下不能以过程安全的方式使用。  

氮化硼

除了金刚石,立方氮化硼(cBN)作为所知的第二硬的材料。它比陶瓷更硬,更耐磨且更昂贵。 由于 cBN 的特性,可以在车削过程中使用高切削速度。 cBN 不用于镍基合金铣削。 但是,它用于车削 Inconel 718。 推荐的切削速度在 400m/min 至 600m/min。直接与 TiAlN 涂层硬质合金刀具相比,cBN 在vc 50 m/min 的切削速度下具有100%的刀具寿命延长。 当涉及到不稳定工况的精加工时,cBN 是行业应用的首选。 

陶瓷

陶瓷是由陶瓷粉末烧结而成,无需添加粘合剂。DIN ISO 513 将陶瓷分为五类:

CA = 陶瓷,主要成分氧化铝 (Al2O3)

CM = 复合陶瓷,主要成分氧化铝 (Al2O3), 以及其他氧化物成分

CN = 氮化硅陶瓷,主要成分氮化硅 (Si3N4 )

CR = 晶须增强陶瓷,陶瓷,主要成分氧化铝 (Al2O3)

CC = 陶瓷,上述所有,但有涂层

陶瓷工具在高温下仍能保持其硬度,这在铣削耐热超级合金(HRSA)时表现很明显。与整体硬质合金刀具相比,可以达到大约 20 或 30 倍的速度。

陶瓷切削材料源自车削工艺。车削过程中热负荷保持相对稳定。铣削时,由于切削断续,切削刃上的温度会发生变化。 从摩擦热到冷却的突然变化使切削刃变形。为防止刀具冷却时产生热冲击,在用陶瓷切削刃铣削时不使用任何冷却剂。 SiAlON陶瓷(硅铝氧化物氮化物)通常比晶须增强陶瓷对温度变化更不敏感,这就是为什么它们是铣削加工的更好选择的原因。  

使用陶瓷切削刃进行铣削的前提条件是高速铣床,在某些情况下,这种铣床可以将主轴加速至 10,000 rpm以上,这对刀具来说是另一个挑战。

尽管带有陶瓷可转位刀片的刀具系统可以在市场上以各种形式获得并用于工业领域,但出于上述原因,刀具直径小于16 mm的铣削刀具尚未普及。长期以来,没有其他选择可以替代高速钢和硬质合金制成的刀具。

除了由于温度引起的化学磨损外,陶瓷切割材料通常还会形成积屑瘤: 在加工区产生的热量中,会产生金属蒸气,这些蒸气与切削材料的表面融合在一起释放时-陶瓷的一部分会剥落。