GH4169高温合金高速切削表层微观组织分布规律研究

高速切削过程中,剧烈的塑性变形和极高的切削温度容易引起已加工表层材料的微观组织缺陷,从而成为工件服役过程中疲劳断裂的潜在风险。本文结合试验测试和有限元仿真研究了GH4169高温合金高速加工表层材料的微观组织演变规律及形成机制。开展了高速正交切削试验,并通过电子背散射衍射（EBSD）技术观测了已加工表层材料的微观组织。随后,基于修正的Johnson–Cook本构模型建立了GH4169高温合金高速正交切削有限元分析模型,并获得切削过程中工件表层材料的温度场和应变场。结果表明,已加工表层材料的温度、应变和微观组织均呈现梯度分布特征,近表层材料的晶粒细化至纳米级。切削过程中产生的梯度分布的力–热载荷是导致已加工表层材料微观组织呈现梯度分布的原因。     

镍基高温合金GH4169车削过程刀具磨损特性研究

刀具磨损过快是镍基高温合金GH4169在切削过程中一直存在的难题,因而刀具磨损特性的研究对工艺优化具有重要意义。通过Deform软件建立了具有槽型特征刀具的仿真模型,揭示了后刀面磨损量对切削过程的影响,并通过车削试验验证了仿真模型的准确性,获得了不同后刀面磨损量对切削力及切削温度的影响规律,同时也获得了该切削过程刀具的磨钝标准,对镍基高温合金精加工过程中的工艺优化具有较好的理论指导意义。     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。     

高温合金切削中刀具的合理选用

刀具材料是刀具几何设计和加工工艺参数选择的基础.刀具材料是推动当今高速切削技术发展的关键技术之一,刀具材料的超前发展为高速切削加工工艺的发展创造了重要的条件.     

镍基高温合金GH4169孔挤压强化数值模拟方法及参数影响

为探究孔挤压工艺在镍基高温合金上的应用,建立了镍基高温合金GH4169孔挤压工艺的数值模拟方法,并通过试验验证了方法的有效性,讨论了芯棒材料、挤压量和摩擦因数对周向残余应力分布的影响规律。结果表明:GH4169的挤压量上限为186%,并得到了挤压量和摩擦因数的优选范围;残余压应力层的深度受挤压量控制,在挤入面和挤出面都与挤压量呈正相关的线性关系,但存在最佳挤压量;挤压过程中芯棒会发生塑性变形,选材时要综合考虑芯棒的屈服强度和强度极限;摩擦因数仅影响孔边的残余应力分布,润滑不良时挤出面会因材料堆积而成为危险截面。     

高温合金超塑切削

本成果是研究在一定的温度条件下，使切削区材料出现塑性急剧上升、变形抗力急剧下降的相变超塑性，在此状态下实现超塑切削。金属的塑性，是决定材料加工难易和表面加工质量的重要因素之一。利用材料组织的变形温度和变形速度，可使材料呈现伸长率特大和变形抗力特低，且有整体均匀变形的特性，这就是材料的“超塑性”。本工艺技术属国内首创，国际先进水平，曾获部级科技进步一等奖。     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

La、Mg在一种难变形镍基高温合金中的分布

本文主要从改善一种难变形镍基高温合金的力学性能出发,研究了La和La+Mg在合金中的分布行为、形成的夹杂物类型和数量以及控制MC碳化物形貌的影响因素。     

PVD涂层刀具铣削GH4169高温合金薄壁件性能对比

为解决高温合金薄壁件加工时颤振大和磨损大的问题,研究了不同成分体系涂层对铣削刀具的影响。采用电弧离子镀的方法在硬质合金刀具表面沉积了AlTiN/TiAlN、AlCrN/TiAlN和Ti SiN/TiAlN 3种双层涂层。采用扫描电子显微镜、纳米压痕仪与微米划痕仪表征了3种涂层的表面形貌与力学性能,在高性能铣床进行了涂层刀具的铣削试验,采集了刀具后刀面磨损照片与对应切削力,分析了不同涂层在铣削时的性能表现。研究表明,TiSiN/TiAlN涂层具有最高的硬度与耐磨因子,在铣削24 m后,后刀面磨损最小,但涂层表层易与高温合金发生黏结;AlCrN/Ti AlN涂层硬度与耐磨因子稍低,铣削24 m后,刀具接近失效,但与高温合金黏结并不严重;AlTiN/TiAlN涂层硬度与耐磨因子最小,铣削后磨损最严重,铣削12 m时刀具已经失效,但涂层与高温合金黏结最为轻微。因此,使用硬度与耐磨因子较大的涂层能够有效减小刀具铣削高温合金时的磨损,进而提高刀具寿命。     

镍基高温合金铣削加工的残余应力研究

对硬质合金与陶瓷两类不同刀具分别以低速湿式铣削和高速干铣削方式加工镍基高温合金GH4169时的已加工表面残余应力进行研究.采用X射线衍射法测量铣削后的工件表面残余应力.采用涂层硬质合金刀具在较低铣削速度30～90m/min并浇注切削液的条件下铣削GH4169时,可在工件表面形成残余压应力或相对较小的残余拉应力,对残余应力数据进行统计分析.结果表明,刀具和铣削速度对表面残余应力均有显著影响,而且表面残余应力总体上随着每齿进给量的增加而呈现拉应力增加的趋势.采用涂层Al2O3-SiCw和Sialon陶瓷刀具以较高铣削速度300～1100m/min干铣削GH4169时,工件表面都将形成很大的残余拉应力.镍基高温合金GH4169的精加工更适合采用硬质合金涂层刀具并浇注切削液充分冷却,而陶瓷刀具干铣削则更适合于GH4169的粗加工.     

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...     

高速铣削高强度钢时切削力影响因素析因与偏回归研究

研究了一定范围内高速端面铣削某新型高强度钢材料(>HRC42,抗拉强度σb>1.2GPa)过程中切削力的变化规律,并从切削变形机理上进行讨论与分析。通过L8(23)析因分析与偏回归分析,考察切削用量对铣削力的交互影响规律,使用残差分析与最小二乘法等统计方法,建立切削力与切削用量经验公式。     

孔挤压强化工艺参数对GH4169高温合金疲劳寿命影响分析

为探究孔挤压强化工艺参数对镍基高温合金GH4169低周疲劳寿命的影响规律,首先建立了经试验验证的孔挤压强化后GH4169带孔平板低周疲劳寿命模型,在此基础上研究了600℃、820MPa、应力比0.1条件下挤压量、前导角、后导角、摩擦因数、芯棒材料等典型工艺参数对孔挤压强化后疲劳寿命的影响规律。结果表明：提高挤压量能明显提升疲劳寿命,但过大的挤压量会导致疲劳寿命下降;增加前导角有助于改善挤入面疲劳寿命;后导角对疲劳寿命没有影响;摩擦因数的提高会对孔挤压强化效益产生负面影响;芯棒材料的屈服强度应大于被挤压材料。     

GH4169高速铣削参数对表面粗糙度影响研究

采用正交试验法,使用整体硬质合金刀具进行GH4169高温合金的高速铣削试验,分析了各切削参数对表面粗糙度的影响规律,建立了表面粗糙度的预测模型,运用方差分析法,检验了模型的显著性。结果表明:每齿进给量对表面粗糙度的影响最大,其次是铣削深度,铣削速度的影响最小。较高的切削速度和较低的进给速度的交互作用对提高表面质量是有利的。     

球头铣刀铣削力仿真技术研究

建立了适合任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,并将铣削力仿真与几何仿真有机地结合起来,提出了快速准确地提取参与切削的切削微元的方法,并通过切削实验验证了铣削力模型。     

BTA 深孔钻削切屑变形与刀齿切削力分布规律仿真

采用ABAQUS有限元分析软件,建立了错齿BTA钻头钻削环状工件单元切削仿真模型,以45#钢为工件材料,对错齿BTA钻头各刀齿切削不同直径的环状工件进行了模拟仿真,分析了钻削过程中错齿BTA钻头各个刀齿切屑的形成过程与变形特点,研究了环状单元切削力三分量随工件半径的受力分布规律.结果表明,错齿BTA钻头各刀齿切削力分量呈现出随半径增大而增大的非均匀分布规律,并且切削速度和进给量对切削力分布规律几乎没有影响.     

GH4169车削过程的热力耦合作用及残余应力场研究

镍基高温合金GH4169是一种拥有优良的机械性能及抗腐蚀能力的耐热合金,被广泛应用于航空航天工程等领域,其切削过程因热力耦合作用产生的残余应力对零件的疲劳性能有重要影响.本文采用GH4169车削试验及Deform-3D仿真模拟相结合的方法,通过试验的切削力和仿真的温度-应变场对残余应力场的形成机理进行研究.结果表明:刀具磨损对主切削分力和车削温度的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,主切削分力由538N增大到756N,剪切区温度由552℃增高到654℃,工件表面的应变由3.3升高到3.5;刀具磨损导致切削力和的温度-应变的增大,致使表面圆周和进给方向的残余拉应力峰值由517MPa、242MPa增大到860MPa、442MPa;表层残余压应力峰值-696MPa、-356MPa增大到-756MPa、-456MPa;残余应力层深度由72μm增大到85μm.     

新型镍基粉末高温合金的高温变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机对新型第三代镍基粉末高温合金FGH98Ⅰ在不同变形温度(950~1150℃)及不同变形速率(0.0003~1s-1)下高温变形行为进行了研究,绘制了动态RTT曲线,并建立了合金的热变形本构关系。结果表明:合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,当变形温度≤1100℃、应变速率≥0.0003s-1时,其流变应力随应变量增加呈动态再结晶特征;在应变速率≤0.01s-1的高温变形条件下,其动态再结晶的开始时间与变形温度无线性关系;实验验证了采用考虑应变量的双曲正弦模型能较好地反映合金在热变形过程中流变应力的变化规律。