镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

GH4169叶片悬臂插磨表面完整性及参数优化研究

利用超硬磨料砂轮进行GH4169叶片型面的精密磨削加工是提高其几何精度的有效手段.通过对GH4169材料进行悬臂插磨试验发现在精磨参数下磨削表面硬度在44～47HRC之间,叶片表面双方向均获得较大的残余压应力,进给方向上的残余压应力大于线速度方向上的残余压应力,且磨削参数对磨削表面硬度和残余压应力的影响不显著.在此基础上,基于磨削表面粗糙度小于Ra0.5μm的要求,提出叶片插磨的参数优化原则,为了降低磨削粗糙度推荐插磨参数:砂轮线速度26.8m/s,进给速度1000mm/min,型面磨削残高2μm;为了减小磨削力引起叶片的弹性变形所造成的加工误差,推荐磨削深度为0.005mm.在推荐参数下所加工叶片的形状精度可达到20μm以内,磨削表面以下没有明显的拉应力层,压应力层深度约为70μm,最大残余压应力位于表面下5μm处.以上研究为GH4169叶片的悬臂插磨工艺提供了一种基于表面完整性的参数优化方法和一组经过优化的精磨参数.     

GH4169材料磨削后数控抛光表面完整性试验研究

针对航空发动机叶片材料GH4169高温合金,采用CBN砂轮磨削后进行羊毛毡轮数控抛光.首先,研究了抛光预压量对抛光轮寿命和工件表面粗糙度的影响,找到了抛光轮寿命的评价方法和优化的预压量;然后,研究了抛光深度对磨削后GH4169表面完整性的影响.结果表明:表面粗糙度Ra随抛光深度的增加先减小后稳定,表面显微硬度HV随抛光深度的增加呈显著下降趋势,进给方向表面残余正应力随深度增加先升高后下降,而垂直进给方向表面残余正应力先基本不变后下降.最终试验优选出了深度参数为2μm,预压量0.5～1.0mm.采用羊毛毡轮对GH4169磨削表面进行抛光,既能达到较小的表面粗糙度值(Ra=0.3μm),又可以有效维持CBN砂轮磨削形成的两个方向较大的表面残余应力.     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明：在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

磁流变弹性体砂轮抛光镍基高温合金GH4169表面完整性研究

为了改善磨削后镍基高温合金GH4169的表面完整性,本文采用磁流变弹性体砂轮对镍基高温合金GH4169进行抛光试验研究。首先,通过模压成型的方法制备了磁流变弹性体砂轮,并对其表面微观形貌及不同磁场强度下的硬度进行了表征。其次,将制备出的磁流变弹性体砂轮用于对镍基高温合金GH4169的抛光工艺试验中,并讨论抛光工艺参数中磁场强度对镍基高温合金表面完整性的影响。试验结果表明:在一定的磁场强度范围内,零件抛光后的表面粗糙度和显微硬度随着磁场强度的增大而减小,同时增大磁场强度也有利于改善零件的表面形貌,减少砂轮的磨损量,降低零件磨削后的亚表面损伤层厚度。     

激光冲击波对单晶合金抗热腐蚀性能的影响

针对镍基单晶高温合金叶片服役时受高温腐蚀工作环境影响极易疲劳断裂问题,研究了不同激光冲击次数下激光冲击强化对单晶合金抗热腐蚀性能的影响。利用显微硬度仪测量激光冲击前后合金纵截面的显微硬度;借助扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观察和分析腐蚀层表面及纵截面的微观组织,并结合X射线衍射仪（XRD）确定腐蚀层表面相结构。实验结果表明：经激光冲击强化后,合金表面显微硬度和截面硬度影响层深度均随激光冲击次数的增加而增大;在短时热腐蚀实验中,当激光冲击次数增加到1次、2次、3次后,合金腐蚀最大单位面积增重量分别从未冲击合金的2.87 mg·cm^-2降低到2.17、1.81、1.10 mg·cm^-2,腐蚀层深度分别从91μm降低到65、41、27μm,且表面腐蚀坑的尺寸、深度和数量明显下降,保护性氧化膜致密性得到提高。所得结果表明激光冲击强化能有效提高900℃/75%Na₂SO₄-25%NaCl盐膜条件下单晶合金的抗热腐蚀性能。     

GH4169磨削表面粗糙度影响参数的敏感性研究

通过GH4169高温合金平面切入磨削实验,建立了表面粗糙度的经验公式,分析了表面粗糙度对磨削参数的灵敏度,获得了磨削参数稳定域和非稳定域。结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同磨削参数对表面粗糙度的影响曲线,进行了磨削参数区间的优选。研究结果表明:表面粗糙度对磨削深度的变化最为敏感,对工件速度的变化敏感次之,对砂轮速度的变化最不敏感;磨削深度优选范围为0.01～0.015mm,工件速度优选范围为10～15m/min,砂轮速度优选范围为20～30m/s,可控制表面粗糙度在0.7μm以内。为高温合金材料磨削表面粗糙度控制提供理论方法和试验依据。     

GH4169高温合金端面车削表面变质层的形成机理

利用实验和DEFORM-3D有限元分析相结合的方法,通过分析不同加工参数下切削力、温度和应变场,以及残余应力、显微硬度、微观组织的变化,研究GH4169端面车削表面变质层的形成机理。结果表明:表面变质层的形成是热力耦合作用于材料微观组织的结果;加工强度增大,切削力和切削热增大,表层金属等效应变增大,塑性变形更加显著,金相组织改变越明显,晶粒变形程度越大;在加工参数范围内,温度影响层深度为130~200μm,等效应变层深度为100~220μm,残余应力层为80~110μm,硬化层深度为50~80μm,表面变质层深度为2.5~5μm。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具耐用度研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169实际切削过程中的加工效率低下、刀具磨损严重、加工表面质量差等问题,本文采用正交试验法,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行高温合金GH4169的高速铣削试验。研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度和由于刀具磨损引起的试件表面粗糙度的变化规律;建立了高温合金GH4169的刀具寿命经验公式和刀具磨损与试件表面粗糙度之间的变化规律曲线。结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;TiAlN涂层硬质合金刀片的耐用度随着切削速度的增大而减小;试件的表面粗糙度值随着刀具的磨损总体上呈现增加的趋势。     

GH4169高温合金车削表面完整性对疲劳性能的影响

通过车削和旋转弯曲疲劳实验,研究直接时效态GH4169高温合金车削进给量对表面完整性的影响,以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:当进给量f从0.2 mm/r减小到0.02 mm/r时,表面粗糙度R_a从1.497μm减小到0.431μm;表面残余应力从拉应力状态逐渐转变为压应力状态;表面塑性变形层从8μm减小到2μm左右;表面应力集中系数是GH4169疲劳寿命的主要影响因素,随着表面应力集中系数增大,疲劳寿命显著下降;在实验参数范围内,当f=0.13 mm/r时,可获得好的表面完整性,表面应力集中系数K_(st)为1.166,表面显微硬度为405.27HV_(0.025),表面残余应力为82.08 MPa,获得的平均疲劳寿命为6.98×10~4周次;车削表面疲劳断口具有多源疲劳断裂特征,疲劳源起始于试件加工表面的缺陷处。     

高温合金高速铣削表面形貌及组织研究

为研究高温合金GH4169高速铣削表面完整性,在测量铣削过程中切削力随时间及切削参数变化规律的基础上,分析了高温合金加工表面形貌及微观组织的演化规律.结果表明:在本试验参数范围内,切削力随着切削速度的增加先升高后降低;铣削表面粗糙度随着切削速度增加而下降,随每齿进给量的增加而增加;变质层主要出现在主切削刃形成的切削表面...     

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

新型刚玉砂轮磨削GH4169镍基高温合金的性能评价研究

镍基高温合金是航空发动机部件的常用材料,其磨削加工存在工具损耗严重、寿命短等难题。针对3种新研制的刚玉砂轮(分别为粒度60#的微晶和单晶混合磨料砂轮、粒度60#的单晶刚玉砂轮,以及粒度70#的单晶刚玉砂轮),开展了GH4169镍基高温合金材料的磨削试验,从磨削力、磨削温度、砂轮磨损以及表面粗糙度等方面对3种砂轮的磨削性能进行了评价。结果表明,3种砂轮磨削GH4169材料在砂轮磨损和表面粗糙度方面未表现出明显差异,而通过对磨削力和磨削温度的综合评价发现粒度60#的单晶刚玉砂轮的磨削性能更优。3种砂轮磨削GH4169材料的磨削比在0.5~3之间。在正常磨削条件下,3种砂轮的磨削表面粗糙度Ra小于0.4μm。同时发现,砂轮磨损(主要包括磨粒的破碎和脱落)是造成磨削表面缺陷形成的重要原因。     

镍基高温合金的磨削特征

以GH4169高温合金为主要研究对象,论述了高温合金的磨削特征。由于高温合金的难磨性以及磨削时砂轮表面存在严重的粘附物,因而使磨削力和磨削温度显着增高,磨削比非常低。     

Influences of milling and grinding on machined surface roughness and fatigue behavior of GH4169 superalloy workpieces

Surface topography of superalloy GH4169 workpieces machined by milling and grinding is different significantly. Meanwhile, surface roughness, as one of the main indicators of machined surface integrity, has a great influence on the fatigue behavior of workpieces. Based on analyzing the formation mechanism and characteristics of surface roughness utilizing different machining processes and parameters, the machined surface roughness curve can be decoupled into two parts utilizing frequency spectrum analysis, which are kinematic surface roughness curve and stochastic surface roughness curve. The kinematic surface roughness curve is influenced by machining process,parameters, geometry of the cutting tool or wheel, the maximum height of which is expressed as R'_z.By subtracting the kinematic part from the measurement curve, the stochastic surface roughness curve and its maximum height R'_zcan be obtained, which is influenced by the defects of cutting tool edge or abrasive grains, built-up edges(BUE), cracks, high frequency vibration and so on. On the other hand, the results of decoupling analysis of surface roughness curves indicate that Raand Rz values of milling GH4169 are 2–5 times and 1–3 times as high as those of grinding, while R'_zvalue of milling is 13.85%–37.7% as high as that of grinding. According to the results of fatigue life tests of specimens machined by milling and grinding, it can be concluded that fatigue behavior of GH4169 decreases with the increase of R'_zmonotonically, even utilizing different machining processes.     

Simulation and experimental investigation of inner-jet electrochemical grinding of GH4169 alloy

GH4169 alloy is one of the most commonly used materials in aero engine turbine blades, but its machinability is poor because of its excellent strength at high temperatures. Electrochemical machining (ECM) has become a common method for machining this alloy and other difficult-to-machine materials. Electrochemical grinding (ECG) is a hybrid process combining ECM and conventional grinding. In this paper, investigations conducted on inner-jet ECG of GH4169 alloy are described. Two types of inner-jet ECG grinding wheels were used to machine a flat bottom surface. The machining process was simulated using COMSOL software, and machining gaps under different machining parameters were obtained. In addition, maximum feed rates and maximum material removal rates under different machining parameters were studied experimentally. The maximum sizes and the uniformity of the distributions of the gaps machined by the two grinding wheels were compared. The effects of different applied voltages on the machining results were also investigated.     

固溶处理GH4169合金的高温变形行韦

 对GH4169合金进行了固溶温度为1 233,1 253,1 273,1 293 K,保温时间为30~60 min的固溶处理试验,得到了GH4169合金中δ相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变,数量逐渐减少直至消失的演变规律。将固溶处理后的GH4169合金通过热模拟压缩实验,研究变形工艺参数和固溶处理对GH4169合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 123~1 288 K,应变速率为0.1~10.0 s^-1,变形程度为60%。结果表明：流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,δ相不仅使流动应力降低,而且对动态再结晶过程产生强烈的促进作用;利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的误差小于10%,较好地描述了固溶处理GH4169合金在高温变形过程中的塑性流动行为。