粉末高溫合金FGH95高速切削加工表面完整性研究.pdf

1、粉末高溫合金具有晶粒小、組織均勻、無宏觀偏析、合金化程度高、屈服強度高及抗疲勞性能好等優(yōu)點，是現(xiàn)代高推重比航空發(fā)動機渦輪盤等關(guān)鍵高溫部件的首選材料。切削加工表面完整性對航空發(fā)動機零部件的疲勞壽命等服役性能起著至關(guān)重要的作用。但是目前對粉末高溫合金的切削加工表面完整性的研究幾乎還是空白。本文主要針對FGH95粉末高溫合金的材料特性，對其切削加工特點進行研究，重點研究切削加工表面的表面粗糙度，加工硬化、殘余應(yīng)力、白層及表面塑性變形及其影響因

2、素，為生產(chǎn)實際中控制切削參數(shù)，提高粉末高溫合金零部件的服役性能提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。
　　 分析研究FGH95粉末高溫合金的組織結(jié)構(gòu)、相、合金中的非金屬夾雜以及力學(xué)性能，為切削表面微觀組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變以及表面物理力學(xué)性能的變化的研究提供基礎(chǔ);與GH4169高溫合金的切削加工性進行對比分析，通過切削試驗研究切削速度、進給量和切削深度對切削力和切削溫度的影響規(guī)律;研究切削速度對切屑形貌的影響，分析其難加工特點;采用正交銑削試驗獲取切屑根

3、部，研究切削過程中材料的斷裂特性，探索FGH95合金切屑形成的周期性斷裂機制，揭示FGH95合金切削過程的延性斷裂本質(zhì)，為研究其切削表面完整性奠定基礎(chǔ)。
　　 建立考慮切削表面彈性回復(fù)的正交銑削FGH95合金表面粗糙度模型，研究切削深度和切削速度對FGH95合金正交銑削表面粗糙度的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著切削深度的增大，表面粗糙度增大。在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)的表面粗糙度值明顯大于高速切削得到的表面粗糙度。采用具有不同后刀面磨損量的涂層硬

4、質(zhì)合金刀片進行FGH95合金切削加工試驗，揭示刀具后刀面磨損量對表面粗糙度的影響規(guī)律，確定切削加工FGH95合金時涂層硬質(zhì)合金刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。
　　 基于切削加工過程中切削力和已加工表面的應(yīng)力關(guān)系建立切削加工表面硬化層深度預(yù)測模型，通過切削試驗驗證該模型的有效性。對FGH95切削表面的殘余應(yīng)力進行試驗測試和有限元仿真研究，探索殘余應(yīng)力沿切削深度方向的分布規(guī)律。
　　 基于切削第四變形區(qū)形成理論建立切削加工表面塑性變形計算

5、模型，對表面塑性變形及塑性變形深度進行理論預(yù)測，在不同切削速度下進行FGH95鎳基粉末高溫合金切削試驗和有限元仿真表面塑性剪切應(yīng)變和塑性變形深度驗證該理論模型的有效性。結(jié)果表明:在常規(guī)切削速度下，隨著切削速度提高，已加工表面的塑性變形深度減小，塑性變形深度在0.02～0.04mm之間;已加工表面的塑性剪應(yīng)變隨著切削速度的提高而增大，已加工表面塑性剪應(yīng)變在1.2～4.0之間。高速切削加工FGH95粉末高溫合金時在其他切削用量保持不變的情況

6、下，獲得表面塑性變形深度和表面塑性剪應(yīng)變較小的切削速度區(qū)間為400～2400m/min。已加工表面的塑性剪應(yīng)變在沿切削深度方向上服從負指數(shù)分布，即在已加工表面上具有最大值，然后沿著垂直于已加工表面方向塑性剪應(yīng)變值急劇減小。
　　 對FGH95合金基體和已加工表面白層進行EDS能譜、XRD衍射分析研究，結(jié)果表明:FGH95合金白層與基體組織不同，白層中的強化相γ'含量比基體中增加8％～15％，且發(fā)生了γ'相的細化;FGH95合金中

7、的Ni基固溶體在切削加工過程中發(fā)生物相變化，白層中基體相γ和強化相γ'晶格錯配度增大;白層的結(jié)晶度較差且晶粒發(fā)生細化，切削速度越高，晶粒細化程度越嚴(yán)重，合金中的大、中型晶粒的個數(shù)不斷減少，細小晶粒的個數(shù)不斷增多。基于切削加工過程中切削力及切削溫度和加工后表面白層厚度分析，研究切削應(yīng)力、應(yīng)變率和切削溫度對白層厚度的影響規(guī)律，揭示FGH95合金切削加工表面白層形成的形相變耦合機制。結(jié)果表明:白層的形成與切削過程中的應(yīng)力和應(yīng)變率有關(guān)，隨著應(yīng)力