今天給各位分享航空發(fā)動機(jī)命脈：高溫合金的知識，其中也會對干貨來了！高溫合金的切削加工！進(jìn)行分享，希望能對你有所幫助！

本文導(dǎo)讀目錄：

1、航空發(fā)動機(jī)命脈：高溫合金

2、干貨來了！高溫合金的切削加工！

3、高溫合金機(jī)匣電解加工技術(shù)基礎(chǔ)研究

航空發(fā)動機(jī)命脈：高溫合金

　　所謂高溫合金，即能在600℃以上高溫及一定應(yīng)力作用下長期工作的一類合金。

　　高溫合金材料相比于傳統(tǒng)金屬，在性能上具有高溫高強(qiáng)；良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能；良好的抗疲勞性能、斷裂韌性、良好的彈塑性。

　　在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，航空航天仍然占據(jù)最重要地位，占需求總量的55%，其次是電力行業(yè)，占比達(dá)20%。

　　高溫合金從誕生起就應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)，在現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)中，高溫合金材料主要用于四大熱端部件：燃燒室、導(dǎo)向室、渦輪葉片和渦輪盤，此外還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

　　由于不同機(jī)型的發(fā)動機(jī)所需的高溫合金占比不同，根據(jù)測算，未來二十年全球民航各類型新機(jī)航空發(fā)動機(jī)，對高溫合金的總需求為42.7萬噸。

　　2016-2035全球民航飛機(jī)高溫合金需求。

　　另外，現(xiàn)有軍機(jī)的維護(hù)和修理折算成發(fā)動機(jī)所需數(shù)量為2000臺，對應(yīng)的高溫合金需求量達(dá)到1萬噸左右。

　　因此軍用領(lǐng)域?qū)Ω邷睾辖鸬男枨髮⑦_(dá)到6.7萬噸。

　　燃?xì)廨啓C(jī)是高溫合金的另一個(gè)主要用途，其結(jié)構(gòu)及原理與航空發(fā)動機(jī)類似。

　　由于燃?xì)廨啓C(jī)噴射到葉輪上的氣體溫度高達(dá)1300℃，因此葉輪需要用高溫合金來制造。

　　燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用分為發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域和艦船用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，主要以后者為主，在軍用領(lǐng)域，有75%以上的海軍主力艦艇采用燃機(jī)動力。

　　我國目前大約只有10艘主力艦艇使用燃?xì)鈾C(jī)，國產(chǎn)艦船用燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)問題已經(jīng)得到解決。

　　我國海軍有望形成3大近海艦隊(duì)和若干航母編隊(duì)的作戰(zhàn)體系，預(yù)計(jì)將新增驅(qū)逐艦及護(hù)衛(wèi)艦97艘左右，中小型艦艇200艘左右，預(yù)計(jì)對高溫合金的需求量約為3.3萬噸左右。

　　據(jù)cnii報(bào)道，2015年我國新售乘用車中渦輪增壓的配置率在31%左右，預(yù)計(jì)到2020年，我國乘用車渦輪增壓比例將高達(dá)47%。

　　渦輪增壓汽車將從2015年的750萬輛增至到2025年2300萬輛，期間累計(jì)高溫合金總需求10.6萬噸，市值超200億元。

　　核電用高溫合金包括：燃料元件包殼材料、結(jié)構(gòu)材料和燃料棒定位格架，高溫氣體爐熱交換器等，均是其他材料難以代替的。

干貨來了！高溫合金的切削加工！

　　高溫合金又稱耐熱合金或熱強(qiáng)合金，他是在一定溫度下具有耐熱性的合金。

　　熱穩(wěn)定性是指在高溫下抗氧化、抗燃?xì)飧g的能力；熱強(qiáng)性則是指合金在高溫下抵抗塑性變形和斷裂的能力。

　　高溫合金除含有大量的鐵、鉻、鎳和鈷等基本元素外，還含有鋁、鈦、鈮、鋇、釩、鎢、鉬及錳等強(qiáng)化元素。

　　其抗氧化溫度可達(dá)900℃～1100℃，能夠在高溫氧化氣氛或燃?xì)鈼l件下工作，目前已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是航空、航天和造船等工業(yè)部門。

　　其特點(diǎn)是高溫塑性好，能進(jìn)行鍛造、熱軋以及冷拔等壓力加工，常見的牌號有GH2036、GH2132、GH4033、GH4037、GH4049和GH4169等。

　　此類合金含鎳量為30%～45%，他抗高溫氧化性能高于鐵基高溫合金，應(yīng)用廣泛。

　　其硬度為302～388HBW，抗拉強(qiáng)度b為922～1275MPa，伸長率為10%～25%，熱導(dǎo)率為10.88～15.49W/mK。

　　常見的牌號有GH2135、GH1140、K4和K214等。

　　他是以鎳為基體，含鎳量達(dá)45%以上，是目前抗高溫氧化性能最好的高溫合金。

　　其硬度為255～361HBW，抗拉強(qiáng)度b為893～1236MPa，伸長率為10%～25%，熱導(dǎo)率為7.95～11.72W/mK。

　　常見的牌號有GH4037、GH4049、GH4169、GH4698、K401和K417等。

　　此外，還有Mo、Ti及Nb為基體的高溫合金。

　　以45鋼的相對切削加工性為1，則高溫合金的相對切削加工性只有0.08～0.3。

　　這其中以鎳基高溫合金和鑄造高溫合金為最差。

　　所以說，高溫合金是各種難切削材料中最難切削的材料。

　　高溫合金中的強(qiáng)化相愈多，分散程度愈高，其熱強(qiáng)性愈好，熱強(qiáng)性越好，則切削加工性越差。

　　由于切削高溫合金時(shí)，產(chǎn)生巨大的塑形變形，刀具與工件、切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，而產(chǎn)生大量的切削熱。

　　加之高溫合金的熱導(dǎo)率很低（平均約為12.6W/mK），傳熱困難，切削熱集中在狹小的切削區(qū)內(nèi)，致使切削溫度高達(dá)1000℃左右。

　　一般在相同的條件下，切削高溫合金比切削45鋼的切削溫度高300℃左右，加劇刀具的擴(kuò)散和氧化磨損。

　　由于高溫合金中的各種強(qiáng)化相，特別是含有許多碳化物、氮化物、硼化物及金屬間化合物，構(gòu)成細(xì)微的硬質(zhì)點(diǎn)。

　　加之硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，切削溫度高，刀具材料與工件材料的粘結(jié)和親和作用，刀具材料某些合金元素（W、Co、Ti或Nb）向工件材料和切屑中擴(kuò)散，致使刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的磨料、粘結(jié)、擴(kuò)散、氧化、溝紋和邊界磨損，甚至使切削刃崩落。

　　切削高溫合金時(shí)，要求刀具材料具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性以及良好的抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散和抗氧化等性能。

　　應(yīng)選用抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散、與高溫合金親和性差的，并含TaC或NbC的超細(xì)晶粒YG或YW類硬質(zhì)合金。

　　牌號有YS2、YS8、YD15、YG813、YG643及YW4等。

　　涂層硬質(zhì)合金，應(yīng)選Al2O3、TiAlSi及TiAlN涂層。

　　由于CBN的硬度很高（8000～9000HV），耐熱性為1400～1500℃，具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。

　　除用他高速地對高溫合金進(jìn)行精加工外，特別適合鎳基高溫合金的切削加工。

　　刀具前角的大小，取決于高溫合金的種類和工件毛坯的狀態(tài)。

　　切削變形高溫合金時(shí)，高速鋼刀具，012～15；硬質(zhì)合金刀具，010。

　　這兩種材料的刀具，切削鑄造高溫合金時(shí)，00～5。

　　陶瓷和立方氮化硼復(fù)合片（PCBN）刀具，00～-5。

　　刀具前刀面形式，高速鋼和硬質(zhì)合金刀具為直線圓弧形或全圓弧形的斷（卷）屑槽，有利于排屑和斷屑。

　　由于加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具要盡量鋒利，一般不鐾磨出負(fù)倒棱（陶瓷和PCBN刀具除外），若要鐾磨出，其寬度br一定要小一些。

　　在工藝系統(tǒng)剛度允許的情況下，應(yīng)選取較小的主、副偏角，有利于增大刀尖強(qiáng)度和改善散熱條件，提高刀具壽命。

　　一般r45～75，r'8～15。

　　切削高溫合金時(shí)，切削速度主要受刀具壽命和高溫合金種類的影響與限制。

　　在不同的切削溫度下，刀具的磨損情況也不同。

　　在最佳切削溫度下，刀具相對磨損最小，刀具壽命就高。

　　用高速鋼刀具切削高溫合金時(shí)，最佳切削溫度為450～540℃。

　　用硬質(zhì)合金刀具切削時(shí)，最佳切削溫度為750～900℃。

　　低于或高于這一溫度區(qū)域，刀具磨損都會加劇。

　　所以，應(yīng)盡量使刀具在最佳切削溫度相對應(yīng)的切削速度下工作。

　　高速鋼刀具，vc3～6m/min；硬質(zhì)合金刀具，vc10～40m/min。

　　鑄造和鎳基高溫合金取小值，變形高溫合金取中到大值。

　　PCBN刀具，vc80～120m/min。

　　為了防止刀具在硬化層上切削，f/（fz）0.15～0.3mm/r（z）。

　　停止進(jìn)給時(shí)，要使鉆頭迅速脫離切削表面，以免加劇硬化，給下一次進(jìn)刀鉆削帶來困難。

　　如發(fā)生此情況，就應(yīng)適當(dāng)降低切削速度，用力進(jìn)刀鉆削，就可消除鉆不動的現(xiàn)象。

　　鉆孔時(shí)，應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金鉆頭（鑲片、焊頭和整體），對于大孔（28mm～76mm）應(yīng)采用可轉(zhuǎn)刀片的淺孔鉆頭。

　　鉆鑄造高溫合金孔時(shí)，一定要把鉆頭的刃帶（0'0）改磨成0'4～6，以減小與孔壁的摩擦、粘結(jié)和防鉆頭的折斷。

　　鉸孔時(shí)，對鑄造高溫合金，應(yīng)采用YG類硬質(zhì)合金鉸刀。

　　對各類高溫合金的鉸孔，除采用低速外，應(yīng)采用潤滑性能好的切削液，如極壓切削油、硫化油以及二硫化鉬油膏等。

　　在高溫合金上攻螺紋，特別是在鑄造高溫合金上攻螺紋特別困難，往往因轉(zhuǎn)矩大，絲錐咬死和折斷在孔中。

　　這時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大底孔直徑，一般為標(biāo)準(zhǔn)牙高的80%～90%，采用煤油稀釋氯化石蠟、硫化油加15%～20%的CCl4、石墨粉用植物油調(diào)成糊狀和用MoS2油膏等作潤滑劑。

　　在銑削時(shí)，應(yīng)盡可能采用順銑，不僅可以提高刀具壽命，而且可防止切屑粘刀。

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高溫合金機(jī)匣電解加工技術(shù)基礎(chǔ)研究

　　【摘要】：機(jī)匣零件是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一,其外形特征多為圓筒或圓錐形的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

　　機(jī)匣零件種類繁多,根據(jù)機(jī)匣零件在發(fā)動機(jī)中承擔(dān)的作用不同,其結(jié)構(gòu)形式也存在較大差異。

　　有些機(jī)匣零件表面有大量的凹凸結(jié)構(gòu),如燃燒室機(jī)匣、渦輪機(jī)匣等,有些機(jī)匣零件結(jié)構(gòu)比較簡單,回轉(zhuǎn)面上沒有復(fù)雜的凹凸結(jié)構(gòu),如低壓二級機(jī)匣、燃燒室外機(jī)匣等。

　　鎳基高溫合金材料兼具優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化、抗熱腐蝕等綜合性能,已成為航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣零件重要的服役材料。

　　為了減輕機(jī)身重量,追求更高的熱效率,機(jī)匣零件通常采用薄壁機(jī)構(gòu),其局部壁厚甚至小于1mm。

　　機(jī)匣零件加工過程中去除余量大、材料難切削、加工易變形的特點(diǎn)給傳統(tǒng)加工帶來極大的挑戰(zhàn)。

　　隨著國防工業(yè)對航空發(fā)動機(jī)需求量和使用性能的不斷提升,根據(jù)機(jī)匣零件不同結(jié)構(gòu)特征的加工需求,尋找合適、高效的先進(jìn)加工工藝方法具有極其重要的意義。

　　本文以航空發(fā)動機(jī)中高溫合金機(jī)匣零件為研究對象,針對機(jī)匣零件凹凸結(jié)構(gòu)型面加工成形和無凹凸結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)面高效加工的需求,分別提出定點(diǎn)斷電旋印電解加工技術(shù)、環(huán)形深切電解加工技術(shù)和環(huán)形深切電解磨削復(fù)合加工技術(shù),并進(jìn)行了大量的理論分析和試驗(yàn)研究。

　　論文研究工作主要完成以下內(nèi)容:(1)圍繞鍛造高溫合金機(jī)匣凹凸結(jié)構(gòu)型面的加工需求,提出了定點(diǎn)斷電旋印電解加工技術(shù)。

　　研究了旋印電解加工過程中,陽極表面的電流密度分布規(guī)律。

　　針對回轉(zhuǎn)體表面凸條結(jié)構(gòu),提出定點(diǎn)斷電法來保護(hù)陽極工件表面的非加工區(qū)域。

　　開發(fā)了陽極工件材料去除過程的仿真程序,并通過凸臺成形過程的仿真模擬證實(shí)了定點(diǎn)斷電法對陽極工件表面非加工區(qū)域的保護(hù)作用,得到了優(yōu)化的斷電間隔校正值。

　　最后,以鍛造高溫合金GH4169薄壁回轉(zhuǎn)體工件為加工對象,開展了定點(diǎn)斷電法的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明定點(diǎn)斷電法對陽極工件表面非加工區(qū)域的保護(hù)起到重要作用。

　　通過采用優(yōu)化的斷電間隔校正值,加工試樣的成形精度和表面質(zhì)量均有較好改善。

　　(2)針對鍛造高溫合金機(jī)匣無凹凸結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)面的高效加工需求,提出環(huán)形深切電解加工技術(shù),并優(yōu)化了流場模式和陰極結(jié)構(gòu)。

　　開展了環(huán)形深切電解加工的電場仿真研究,結(jié)果表明,環(huán)形深切能夠顯著提高陰、陽極間包絡(luò)的加工面積,加工電流也因此得到顯著提升。

　　同時(shí),研究結(jié)果還表明,陽極工件材料的去除效率會隨著陰極工具的切入深度加大而顯著增加。

　　針對環(huán)形深切電解加工過程中,極間大量電解產(chǎn)物難以及時(shí)排除的問題,提出了內(nèi)噴沖液的流場模式,并進(jìn)行了內(nèi)噴陰極工具的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

　　開展了環(huán)形深切電解加工試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,內(nèi)噴沖液流場模式能夠及時(shí)排除電解產(chǎn)物,實(shí)現(xiàn)了陽極工件材料去除效率的大幅提高。

　　通過幾種典型結(jié)構(gòu)形式的回轉(zhuǎn)體零件的環(huán)形深切電解加工試驗(yàn),證明了環(huán)形深切電解加工方法的應(yīng)用潛力。

　　最后,以鍛造高溫合金GH4169回轉(zhuǎn)體工件為加工對象,進(jìn)行了高30mm、徑向去除余量12mm的環(huán)形深切電解加工試驗(yàn),取得良好的效果,其材料去除效速度達(dá)270mm3/min。

　　(3)面向鑄造高溫合金機(jī)匣的電解加工,分析了典型鑄造高溫合金K423A的微觀組織結(jié)構(gòu)特征,并研究了K423A在電化學(xué)溶解過程中的材料去除機(jī)制。

　　K423A的微觀組織結(jié)構(gòu)研究表明,相對于鍛造高溫合金,鑄造高溫微觀結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,大量碳化物、氧化物及雜質(zhì)顆粒富含在基體材料中。

　　電化學(xué)溶解特性的研究表明,相對于鍛造高溫合金,鑄造高溫合金能夠獲得更高的電流效率,展示了電解加工技術(shù)在高效加工鑄造高溫合金材料中的應(yīng)用潛力。

　　然而,研究結(jié)果也表明,由于鑄造合金材料基體中大量難溶性微觀顆粒的存在,導(dǎo)致鑄造高溫合金材料的電解加工試樣表面質(zhì)量明顯較差。

　　(4)面向鑄造機(jī)匣無凹凸結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)面的高效加工需求,提出深切電解磨削復(fù)合加工技術(shù),并研究了復(fù)合加工過程中陽極材料的去除機(jī)制。

　　針對鑄造高溫合金材料中難溶性成份導(dǎo)致其電解加工表面質(zhì)量較差的問題,采用深切電解磨削復(fù)合加工技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對鑄造高溫合金材料的高速電化學(xué)溶解的同時(shí),對基體中難溶性成份的磨削作用。

　　為此,開展了陽極材料去除機(jī)理的試驗(yàn)研究,建立了鑄造高溫合金在電解磨削復(fù)合加工過程中的材料去除模型,揭露了機(jī)械磨削在鑄造高溫合金材料去除過程中的作用。

　　此外,還開展了不同加工參數(shù)下的電解磨削復(fù)合加工試驗(yàn),探討了陰極工具的轉(zhuǎn)速、磨粒粒度對加工電流及加工效率的影響。

　　(5)根據(jù)深切電解磨削復(fù)合加工的特點(diǎn)和工藝需求,研制了電解液的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接裝置,并設(shè)計(jì)了多自由度控制的輔助沖氣裝置。

　　為實(shí)現(xiàn)內(nèi)噴陰極工具在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí),對加工間隙進(jìn)行穩(wěn)定供液,設(shè)計(jì)了精密的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接裝置。

　　設(shè)計(jì)了多自由度控制的輔助沖氣裝置,以期對不同大小、不同形狀、不同切深的陽極工件實(shí)施任意角度的自由沖氣,以達(dá)到對回轉(zhuǎn)體零件已加工表面的保護(hù)作用。

　　(6)開展了某型號鑄造高溫合金機(jī)匣零件鑄造余量的環(huán)形深切電解磨削復(fù)合加工試驗(yàn),并針對鑄造高溫合金機(jī)匣零件的已加工表面極易遭受雜散電流侵蝕的特性,提出氣絕緣的方法保護(hù)已加工表面。

　　通過建立陽極工件腐蝕速率的數(shù)學(xué)模型,優(yōu)化了內(nèi)噴陰極工具的直徑,設(shè)計(jì)了陰極工具的出液口、壁厚等尺寸參數(shù)。

　　進(jìn)行了輔助沖氣的二相流仿真模擬,結(jié)果表明,輔助沖氣能顯著減小電解液的過渡區(qū)域。

　　最后,對某型號鑄造機(jī)匣模擬件的鑄造余量成功開展了環(huán)形深切電解磨削復(fù)合加工試驗(yàn),加工效率和表面質(zhì)量均得到有效的改善,陽極機(jī)匣零件的材料去除效率達(dá)到191mm3/min。

那么以上的內(nèi)容就是關(guān)于航空發(fā)動機(jī)命脈：高溫合金的介紹了，干貨來了！高溫合金的切削加工！是小編整理匯總而成，希望能給大家?guī)韼椭?/p>