镍基高温合金GH4169的切削参数研究

黄承志

摘  要：通过研究切削用量（切削速度Vc、进给量f 、背吃刀量ap）对表面粗糙度Ra的影响规律，分析各参数对表面粗糙度变化的原因，更利于我们选择合理的切削参数，实现产品高质量高效率的生产。

关键词：镍基高温合金GH4169;切削参数;表面粗糙度;高效加工

高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金，其按基体元素可分为铁基、铁镍基、镍基和钴基四种。因其具有高强度，抗氧化性，抗辐照，热加工性能和焊接性能，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等，又不含或较少含有稀缺的资源Co，而常用于航空涡轮发动机、舰艇涡轮发动机、电站涡轮发动机、宇航飞行器及火箭发动机。GH4169合金是一种铁-镍-铬基的变形高温合金（美国牌号为Inconel718），合金组织由γ基体、δ相、碳化物和作为强化相的（Ni3（Al，Ti，Nb））和（Ni3Nb）组成，是目前国内航空、航天等领域应用最为广泛的高温合金材料。

镍基高温合金GH4169能在600℃～1000℃的高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作，具有优良的热强性能、热稳定性能及热疲劳性能。但GH4169合金是典型的难加工材料，切削加工性能差，所以迫切需要解决这一技术问题。为此我们着重研究GH4169加工的切削用量（切削速度Vc、进给量f 、背吃刀量ap）对表面粗糙度Ra的影响规律。

1、试验条件

1） 车床设备：C5240 普通大立车，0 ～ 63 r/min无级变速。

2） 刀具：YG8或刀杆型号：MCLNR3232P12，刀片型号：CNMG120408-GJ  VP10RT。（精车）刀杆型号：AWLNL3232M08，刀片型号：WNMG 080408-M2  9605

3） 材料：镍基高温合金GH4169，经1050℃固溶处理后，主要的化学成分见表1，力学性能见表2。

4）表面粗糙度测量仪：SJ-210测量仪，编号：504351509

2、试验内容及结果

由于选择不同的切削参数对粗糙度的影响较大，通过研究切削用量（切削速度Vc、进给量f 、背吃刀量ap）对表面粗糙度Ra的影响规律，更利于我们选择合理的切削参数。

1） 切削速度Vc的改变对表面粗糙度Ra的影响

当我们将进给量f 和背吃刀量ap的参数不变，而逐渐改變切削速度Vc时，得到的表面

粗糙度Ra 的变化规律如下图 1所示。其中f  = 0.12mm/r，ap  = 0.30 mm，切削速度Vc分别取15、25、35、45和55m/min。

从图1可知，当切削速度在15～55m/min 之间变化时，表面粗糙度Ra值随着切削速度

增大呈先减小后增大的趋势，Ra变化幅度在1.6μm左右，在速度为45 m/min 时Ra值最小2.6μm。出现该情况的原因分析如下：

a、 当Vc在15～45m/min 之间时，切削速度较低时在刀具前刀面形成了积屑瘤和鳞刺，

已加工表面粗糙值较大，随着车削速度的提高，积屑瘤和鳞刺等缺陷逐渐减小甚至消失，粗糙度值逐渐减小。

b、 当Vc在45～55m/min 之间时，随着切削速度的增大，切削温度升高，刀具后刀面磨

损加剧，同时易出现切削与加工表面之间的粘结，在剪切分离过程中部分已加工表面的工件材料被切屑带走或部分切屑粘结在已加工表面，导致表面粗糙度增大。

2） 进给量f  的改变对表面粗糙度Ra的影响

当我们将切切削速度Vc和背吃刀量ap的参数不变，而逐渐改变切进给量f  时，得到的

表面粗糙度Ra 的变化规律如下图 2所示。其中Vc  = 43 mm/r，ap  = 0.50 mm，进给量f  分别取0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 mm/r。

从图2可知，当进给量在0.10～0.30 mm/r之间变化时，表面粗糙度Ra值随着进给量的增

加呈线性增大。在进给量f <0.20 mm/r的情况下，切削厚度也比较小，工件上的残留高度以及切削力、切削振动等也比较小，Ra值随进给量的变化不是太大。在进给量f >0.20 mm/r的情况下，Ra值随进给量的变化显著。

3） 背吃刀量ap的改变对表面粗糙度Ra的影响

当我们将切切削速度Vc和进给量f 的参数不变，而逐渐改变切背吃刀量ap时，得到的

表面粗糙度Ra 的变化规律如下图 3所示。其中Vc  = 43 mm/r，f  = 0.18 mm，背吃刀量ap分别取0.20、0.40、0.60、0.80、1.0和1.5 mm。

从图3可知，当背吃刀量在0.20～1.5 mm/r之间变化时，表面粗糙度Ra值随着背吃刀量

的增加而缓慢增大。背吃刀量的增大，切削力变大，切削与道具前刀面挤压严重，材料容易发生粘结。

因此在高温合金加工过程中，随着切削速度的增加，切削温度将会升高。为了避免切削温度过高，应采用较低的切削速度Vc  =20 ～ 40m/min;为了避免切削刃和刀尖划过硬化层，以及避免刀刃与加工便面发生“挤压、打滑”现象而影响工件的加工质量，背吃刀量ap 和进给量f 均不宜过小，一般ap  = 0.1～4 mm，f  = 0.1～0.5mm/r。

3、结论

综上所述，冷加工切削参数中的进给量对表面粗糙度Ra的影响显著，Ra值随着进给量的增加呈线性增大;切削速度次之，表面粗糙度Ra值随着切削速度增大呈先减小后增大的趋势，背吃刀量影响较小，随着背吃刀量的增加而缓慢增大。

参考文献：

1、李企芳主编.  难加工材料的加工技术，科学技术出版社，1992

2、王飞.  GH4169高温合金组织与性能研究 ，东华大学硕士论文， 2012，1～9

3、康文利.  高温合金的切削加工分析，华北电力大学，2010，1～2

4、梁作斌.  镍基高温合金GH4169高速切削加工性能的研究 ， 哈尔滨工业大学硕士论文，2009，1～4

5、梁军华，赵松涛，李小强.  切削用量对镍基高温合金GH4169表面粗糙度试验研究，西南交通大学，2016，1～3