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车削加工镍基高温合金Inconel718的

加工工艺优化

摘要：

在镍基高温合金的高速端面车削加工中，在某些特定的切削条件下，从被加

工材料下分离出来的切屑会和已加工表面发生粘连，从而在工件表面上形成类似

于毛刺的现象。这种现象使得被加工表面的加工质量急剧下降，具体体现在表面

光洁度的下降。当冷却液被使用的时候，这种情况会有所改进，但是也依然存在。

用户反映在使用高温合金刀具切削Inconel718时，大量的工件发生此种现

象，为此，在实验室开展了切削实验，对切屑的样品进行了成分分析，通过能谱

分析，确定了毛刺的成分，并开展了针对不同切削参数下的切削实验，并对不同

切削条件下的表面质量进行了检测。

综合以上实验和分析成果，通过对切削参数的优化，对切屑的流向和形式进

行控制，从而抑制了粘接毛刺的产生，保证了产品表面质量。

关键词：高温合金高速车削毛刺工艺优化

前言

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下

长期工作的一类金属材料；并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，

良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温

度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。

基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度较高，又被称为“超合金”，

是广泛应用于航空、航天、石油、化工、舰船的一种重要材料。按基体元素来分，

高温合金又分为铁基、镍基、钴基等高温合金。铁基高温合金使用温度一般只能

达到750~780℃，对于在更高温度下使用的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为

基的合金。镍基高温合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地

用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。若以150MPA-100H持

久强度为标准，而目前镍合金所能承受的最高温度〉1100℃，而镍合金约为

950℃，铁基的合金〈850℃,即镍基合金相应地高出150℃至250℃左右。所以人

们称镍合金为发动机的心脏。目前，在先进的发动机上，镍合金已占总重量的一

半，不仅涡轮叶片及燃烧室，而且涡轮盘，甚至后几级压气机叶片也开始使用镍

合金。与铁合金相比，镍合金的优点是：工作温度较高，组织稳定、有害相少及

抗氧化搞腐蚀能力大。与钴合金相比，镍合金能在较高温度与应力下工作，尤其

是在动叶片场合。

图1喷气发动机涡轮盘、涡轮轴

一、镍基合金的加工特性

镍基高温合金是典型的难加工材料，大部分的硬质合金和高速钢刀具几乎无

法加工镍基高温合金。镍基合金的主要加工难点在于塑性变形大，切削力高，切

削温度高以及硬化严重、刀具磨损严重使得表面质量和精度不易保证。

针对这些加工难点，一般采用新型高性能的刀具材料、选择合适的切削液、

采用适当的热处理工艺来改善材料的可加工性以及对刀具儿何参数和切削用量进

行优化来达到高速加工镍基高温合金的目的。

一般来说，切削加工镍基高温合金的刀具应该具有以下加工特点：

1.

抗热震动性能高

2.

高的热硬性、高强度和高韧性

3.

好的抗耐磨性

4.

高温下具有良好的稳定性

5.

不易和工件材料发生亲和反应

二、问题提出

用户反映在使用高温合金刀具切削Inconel718时，在某些切削参数下回发

生加工表面起毛刺的现象，这些毛刺极大的影响了工件质量。如果后期在人工处

理，不但加大了工作量，降低了生产效率，而且在某些情况下后期的处理有可能

会加工精度产生不良影响。

为验证用户的情况，我们采用和生产现场相同的切削刀具和切削工艺参数进

行了切削实验，其切削条件如下：

工件材料：Inconel718

刀片：CNMG120404-NM、YBG105

刀杆：MCLNL3225P12

机床：HASSSL40进口数控车削中心

切削参数：V=40m/min,F=0.1mm/r,AP=0.2mm

图2Inconel718端面车削后表面照片

如上图所示，加工表面的质量较差，确如用户所述，存在大量的毛刺性的表

面缺陷。

为确