Ⅰ.Wprowadzenie

Superstopy to materiały metalowe, które zachowują doskonałą wytrzymałość, odporność na utlenianie i odporność na korozję w wysokich temperaturach.przemysł jądrowyJednakże ich wyższe właściwości stanowią znaczne wyzwania dla obróbki.wysokie temperatury cięciaW tym artykule omówiono najczęściej występujące problemy związane z końcowym frezowaniem superstopów i przedstawiono odpowiednie rozwiązania.

Ⅱ.Co to jest superstop?

Superstopy (lub stopy wysokotemperaturowe) to materiały metalowe, które zachowują wysoką wytrzymałość i wyjątkową odporność na utlenianie i korozję w środowiskach o podwyższonej temperaturze.Potrafią one niezawodnie pracować w warunkach skomplikowanego obciążenia w środowiskach oksydacyjnych i gazowych z korozją od 600°C do 1100°CSuperstopy obejmują głównie stopy na bazie niklu, kobaltu i żelaza i są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, turbin gazowych, energetyce jądrowej, motoryzacyjnym i petrochemicznym.

Ⅲ.Charakterystyka superstopów

1.Wysoka wytrzymałość w podwyższonych temperaturach
Zdolne do wytrzymania wysokich obciążeń przez dłuższy czas w wysokich temperaturach bez znaczących deformacji.

2.Doskonała odporność na utlenianie i korozję
Utrzymuje stabilność strukturalną nawet w przypadku narażenia na działanie powietrza, gazów spalania lub środków chemicznych w podwyższonych temperaturach.

3.Dobra wytrzymałość na zmęczenie i złamania
Zdolny do odporności na cykle termiczne i obciążenia uderzeniowe w ekstremalnych warunkach.

4.Stabilna mikrostruktura
Wykazuje dobrą stabilność konstrukcyjną i odporność na degradację wydajności podczas długotrwałego stosowania w wysokich temperaturach.

Ⅳ.Typowe materiały superstopniowe

1.Superstopy na bazie niklu
Międzynarodowo wspólne stopnie:

2.Superstopy na bazie kobaltu

Międzynarodowo wspólne stopnie:

Powszechne klasy chińskie (z międzynarodowymi odpowiednikami):

3.Superstopy na bazie żelaza

Charakterystyka:Niskie koszty, dobra obróbka; odpowiednie do środowisk o średniej temperaturze (≤ 700°C).

Międzynarodowo wspólne stopnie:

Powszechne klasy chińskie (z międzynarodowymi odpowiednikami):

4.Porównanie superstopów na bazie niklu, kobaltu i żelaza

Ⅴ. Przykłady zastosowań superstopów

Ⅵ.Wyzwania związane z obróbką superstopów

1Wysoka wytrzymałość i twardość:

Superstopy utrzymują wysoką wytrzymałość nawet w temperaturze pokojowej (np. wytrzymałość na rozciąganie Inconel 718 przekracza 1000 MPa).mają tendencję do tworzenia twardej warstwy (z wzrostem twardości 2-3 razy)W takich warunkach zużycie narzędzia nasila się, siły cięcia znacznie się zmieniają,i szczelinę krawędzi cięcia jest bardziej prawdopodobne, że wystąpi.

2Słaba przewodność cieplna i skoncentrowane ciepło cięcia:

Superstopy mają niską przewodność cieplną (np. przewodność cieplna Inconel 718 wynosi zaledwie 11,4 W/m·K, około jednej trzeciej tej stali).a temperatura końcówki cięcia może przekroczyć 1000°CPowoduje to zmiękczenie materiału narzędzia (ze względu na niewystarczającą twardość czerwoną) i przyspiesza zużycie dyfuzji.

3. Ciężkie utwardzanie:

Po obróbce powierzchnia materiału staje się twardsza, co jeszcze bardziej nasila zużycie narzędzia.

4. Wysoka twardość i trudności w kontroli chipów:

Szczątki superstopów są bardzo wytrzymałe i nie łamią się łatwo, często tworzą długie szczątki, które mogą owijać się wokół narzędzia lub drapać powierzchnię obróbki.Wpływa to na stabilność procesu obróbki i zwiększa zużycie narzędzi.

5Wysoka reaktywność chemiczna:

Stopy na bazie niklu są podatne na reakcje dyfuzyjne z materiałami narzędzia (np. cementem WC-Co), co prowadzi do zużycia kleju.tworząc półksiężycowy krater zużycia.

Ⅶ.Powszechne problemy związane z frezowaniem superstopów przy użyciu końcowych młynów

1. Silne zużycie narzędzi

• Wysoka twardość i wytrzymałość superstopów prowadzi do szybkiego zużycia grobu i boków końcowego młynówki.

• Wysokie temperatury cięcia mogą powodować pęknięcia z powodu zmęczenia termicznego, deformacje tworzyw sztucznych i zużycie narzędzia w wyniku dyfuzji.

2. Nadmierna temperatura cięcia

• Słabe przewodnictwo cieplne superstopów oznacza, że duża ilość ciepła wytwarzanej podczas cięcia nie może zostać rozproszona w czasie.

• prowadzi to do miejscowego przegrzania narzędzia, co w ciężkich przypadkach może spowodować wypalenie narzędzia lub jego rozbicie.

3. Ciężka praca twardnieje

• Superstopy są podatne na twardnienie podczas obróbki, a twardość powierzchni gwałtownie wzrasta.

• Następny etap cięcia dotyka twardszą powierzchnię, co pogarsza zużycie narzędzia i zwiększa siły cięcia.

4Wysokie siły cięcia i silne wibracje

• Wysoka wytrzymałość materiału powoduje duże siły cięcia.

• Jeśli konstrukcja narzędzia nie jest odpowiednio zaprojektowana lub narzędzie nie jest mocno zaciskane, może to prowadzić do drgań obróbki i szczekania, powodując uszkodzenie narzędzia lub słabe wykończenie powierzchni.

5Przyczepność narzędzia i wbudowana krawędź

• Przy wysokich temperaturach materiał przylega do krawędzi cięcia narzędzia, tworząc wbudowaną krawędzię.

• Może to spowodować niestabilne cięcie, zadrapania powierzchni przedmiotu lub niedokładne wymiary.

6Słaba jakość powierzchni obróbki

• Powszechne wady powierzchni obejmują grzyby, zarysowania, twarde plamy na powierzchni oraz zmiany koloru w strefie dotkniętej ciepłem.

• Wysoka szorstkość powierzchni może mieć wpływ na żywotność części.

7Krótki czas pracy narzędzia i wysokie koszty obróbki

• Połączony efekt powyższych problemów powoduje znacznie krótszy czas użytkowania narzędzia w porównaniu z materiałami obróbczymi, takimi jak stop aluminium lub stal niskoemisyjna.

• Częsta wymiana narzędzi, niska wydajność obróbki i wysokie koszty obróbki są konsekwencjami.8Rozwiązania i optymalizacja

ⅧRozwiązania i zalecenia dotyczące optymalizacji

1Rozwiązania dla ciężkiego zużycia narzędzi:

1.1.Wybrać materiał z węglem ultrafińkim (Submicron/Ultrafine grain Carbide), który zapewnia wyższą odporność na zużycie i odporność na pęknięcie poprzeczne.

*Karbyd cementowany o ultrafiłym ziarnku jest szeroko stosowany w formie, narzędziach do cięcia, precyzyjnym obróbce, komponentach elektronicznych i innych dziedzinach ze względu na doskonałą odporność na zużycie i wysoką twardość.Typowy rozmiar ziarna WC waha się od około 0.2 do 0,6 μm. Zgodnie ze standardami różnych krajów i marek, powszechnie stosowane klasy węglowodorów cementowanych o ultrafiłym ziarnku są następujące:

A.China Common Ultrafine Grain Cemented Carbide Grades (np. XTC, Zhuzhou Cemented Carbide, Jiangxi Rare Earth, Meirgute itp.)

B.Niemieckie stopnie (np. CERATIZIT, H.C. Starck itp.)

C.Japońskie klasy (np. Mitsubishi, Sumitomo, Toshiba itp.)

D. Stopień USA ((Kennametal、Carbide USA)

1.2.Optymalizacja geometrii narzędzia, np. zmniejszenie kąta grzebienia i utrzymanie umiarkowanego kąta wolności, w celu zwiększenia wytrzymałości krawędzi.

1.3Wykonaj ostrzenie krawędzi, aby zapobiec szczelinowaniu i rozprzestrzenianiu się mikrokreczek.

2Rozwiązania dla nadmiernej temperatury cięcia:

2.1 Używać wysokowydajnych powłok odpornych na ciepło, takich jak AlTiN,SiAlN lub nACo,zdolnych do wytrzymania temperatury cięcia 800-1000°C.

2.2 Wdrożyć systemy chłodzenia pod wysokim ciśnieniem (HPC) lub minimalną ilość smaru (MQL) w celu szybkiego usuwania ciepła cięcia.

2.3 Zmniejszenie prędkości cięcia ((Vc) w celu zminimalizowania wytwarzania ciepła.

3Rozwiązania dla twardowania ciężkiej pracy:

3.1 Zwiększyć podaż na ząb (fz) w celu skrócenia czasu pobytu narzędzia w warstwie utwardzonej.

3.2 Wybierz mniejszą głębokość cięcia i wielokrotne przejścia, aby stopniowo usuwać twardną warstwę.

3.3 Trzymać narzędzie ostre, aby uniknąć cięcia w gęstej krawędzi przez utwardzoną warstwę.

4Rozwiązania dla silnych sił cięcia i silnych wibracji:

4.1 W celu zmniejszenia rezonancji należy używać narzędzi o zmiennej spiralce i zmiennej wysokości (nie równomierne rozmieszczenie).

4.2 Minimalizować długość przewieszania narzędzia (trzymać stosunek L/D < 4) w celu zwiększenia sztywności.

4.3 Optymalizacja konstrukcji opraw w celu poprawy stabilności obrabiarków.

4.4 Mądrze planować trasę cięcia przy użyciu fresowania peryferyjnego zamiast fresowania powierzchniowego, gdy tylko jest to możliwe.

5Rozwiązania dla przyczepności narzędzi i wbudowanej krawędzi:

5.1 Wybierać powłoki o niskim współczynniku tarcia (np. TiB2, DLC, nACo) w celu zmniejszenia tendencji do przyczepiania.

5.2 W celu poprawy smarowania należy stosować płynów cięcia lub MQL.

5.3 Utrzymywać ostre krawędzie cięcia w celu zapobiegania odrywaniu i nagromadzeniu się ciepła spowodowanym przez nudne narzędzia.

6Rozwiązania problemu niskiej jakości powierzchni obrabianych:

6.1 Optymalizacja kątów otwarcia i obróbki krawędzi w celu poprawy gładkości cięcia.

6.2 Zmniejszyć prędkość podawania w celu zminimalizowania drgań i śladów cięcia.

6.3 Do obróbki końcowej należy używać drobnych narzędzi szlifowania i rozważyć wielokrotne przejścia: szlifowanie szorstkie→szlifowanie półkońcowe→szlifowanie końcowe.

6.4 Należy stosować płynów do cięcia w celu zapobiegania miejscowemu przegrzaniu i przebarwieniu z powodu utleniania.

7Rozwiązania dla krótkiej żywotności narzędzi i wysokich kosztów obróbki:

7.1 Wdrożyć wyżej wymienione strategie w sposób kompleksowy w celu wydłużenia okresu użytkowania każdego narzędzia.

7.2 Zainstalować systemy monitorowania narzędzia (np. automatyczne wykrywanie zmiany narzędzia/żywotności narzędzia) w celu uniknięcia nadużycia.

7.3 Wybierać znane marki lub wysokiej jakości narzędzia powlekane w celu poprawy ogólnej efektywności kosztowej.

7.4 W przypadku masowego obróbki superstopów zaleca się stosowanie narzędzi dostosowanych do indywidualnych potrzeb w celu optymalizacji wydajności i kosztów.

Ⅸ.Zalecane parametry cięcia

Przykład: Inconel 718

Uwaga:

• Chłodzenie pod wysokim ciśnieniem: metoda ta jest skuteczna w szybkim usuwaniu ciepła i zmniejszaniu zużycia narzędzia podczas roboczego obróbki.

• Minimalna ilość smarowania ((MQL): Można go stosować w surowcu, aby zminimalizować wpływ na środowisko, zapewniając jednocześnie odpowiednie smarowanie.

• Operacje wykończenia:W celu zapewnienia jakości powierzchni i zapobiegania uszkodzeniom cieplnym zaleca się chłodzenie pod wysokim ciśnieniem.

Parametry te są zoptymalizowane do obróbki Inconel 718, biorąc pod uwagę jego trudne właściwości materiałowe, takie jak wysoka wytrzymałość, twardość i skłonność do twardowania.W zależności od specyficznych możliwości maszyny i warunków narzędzia mogą być konieczne dostosowania.

ⅩWniosek

Chociaż obróbka superstopów jest trudna, można ją zarządzać przy odpowiednim wyborze narzędzi i optymalizacji procesu.geometria, powłoki, chłodzenie i strategia.

W przypadku potrzeb narzędzi na zamówienie lub specyficznych rozwiązań do obróbki superstopów, nie wahaj się skontaktować z nami w celu uzyskania wsparcia technicznego i próbek.