对不锈钢材料的加工

对不锈钢材料的加工。在实践中，遇不锈钢材料的攻丝是件比较困难的事。如何提高工作效率呢？这就要将丝攻进行修磨，使切削锥度延长，一般为4°，使校准部分留H/4，这样可以减小切削厚度和切削变形；同时，切切屑也容易卷曲和排除。加大前角和后角，使γ=15°，α=25°，以提高切削能力，减少摩擦。这样，虽然刀齿的强度有所降低，但因切削锥角较小，切削部分加长了，使每个刀齿的切削负荷减轻了，所以对刀齿的强度影响不大。用这种头锥攻完后，再用二锥和末锥加工，可以提高螺纹的质量和粗糙度。三、丝攻的修磨。丝攻发生磨损和崩刃以后，可以通过修磨恢复它的锋利性,一般情况下,主要是修磨刀齿前后角。(一)切削刃前面的修磨。当丝攻的切削刃经钝化或粘屑，因而降低其锋利性时，可以用柱形油石研磨切削刃的前面。研磨时，在油石上涂一些机油，油石掌握平稳，注意不要将刀齿的小园角。研磨后将丝锥清洗干净。当丝攻的刀齿磨损到极限成崩刀齿时，可在刀磨上用片状砂轮修磨刀齿的前面。修磨好后，用柱形油石进行研磨，提高刀齿前面和容屑槽的粗糙度。(二)切削刃的后角的修磨。当丝攻的切削刃损坏时，可在一般砂轮上修切削刃后角。修磨时要注意切削锥的一致性。转动丝攻时，下一条刃齿的刃尖不要接触砂轮，以免将刀齿的刃尖磨掉。四、丝锥本身的质量状况对加工的螺纹孔有着直接的影响，因而在选用丝攻时，要注意几点：（一）丝攻的螺纹表面和容屑槽要光滑。如切屑瘤、粘屑或锈蚀时，要消除干净，以完全阻碍切削的排除。丝锥的牙形和切削部分的刀齿要锋利，不得有崩刃、毛刺、碳伤等，否则在攻削时，就会粘屑和破坏螺孔表面粗糙度。（二）要达到工件螺纹孔的精度，要选用相应精度的丝攻进行加工。高温合金在600～1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等(见金属的强化)。高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件（图1）;还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。发展过程从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ┡相以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。此外，美国还研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。以后，冶金学家为进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，如英国的“Nimonic”，美国的“Mar-M”和“IN”等；在钴基合金中,加入镍、钨等元素，发展出多种高温合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏，钴基高温合金发展受到限制。40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和“ЖС”系列铸造高温合金。中国从1956年开始试制高温合金,逐渐形成“GH”系列的变形高温合金和“K”系列的铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。提高强度的方法高温合金应具有高的蠕变强度和持久强度（见蠕变）、良好的抗热疲劳和机械疲劳性能（见疲劳）、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀性能以及组织稳定，其中以蠕变强度和持久强度最为重要。提高高温合金强度的途径有：固溶强化加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变,加入能降低合金基体堆垛层错能的元素（如钴）和加入能减缓基体元素扩散速率的元素（钨、钼等），以强化基体。沉淀强化通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ┡、γ、碳化物等），以强化合金（见合金相）。γ┡相与基体相同,均为面心立方结构，点阵常数与基体相近，并与晶体共格,因此γ┡相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出,阻碍位错运动,而产生显著的强化作用。γ┡相是A3B型金属间化合物，A代表镍、钴，B代表铝、钛、铌、钽、钒、钨，而铬、钼、铁既可为A又可为B。镍基合金中典型的γ┡相为Ni3(Al,Ti)。γ┡相的强化效应可通过以下途径得到加强：①增加γ┡相的数量；②使γ┡相与基体有适宜的错配度，以获得共格畸变的强化效应；③加入铌、钽等元素增大γ┡相的反相畴界能，以提高其抵抗位错切割的能力；④加入钴、钨、钼等元素提高γ┡相的强度。γ相为体心四方结构，其组成为Ni3Nb。因γ相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变，使合金获得很高的屈服强度。但超过700℃,强化效应便明显降低。钴基高温合金一般不含γ┡相，而用碳化物强化。晶界强化在高温下，合金的晶界是薄弱环节（见界面），加入微量的硼、锆和稀土元素可改善晶界强度。这是因为稀土元素能净化晶界，硼、锆原子能填充晶界空位，降低蠕变过程中晶界扩散速率，抑制晶界碳化物的集聚和促进晶界第二相球化。另外，铸造合金中加适量的铪，也能改善晶界的强度和塑性。还可通过热处理在晶界形成链状分布的碳化物或造成弯曲晶界，提高塑性和强度。氧化物弥散强化通过粉末冶金方法，在合金中加入高温下仍保持稳定的细小氧化物,呈弥散分布状态,从而获得显著的强化效应。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。这些氧化物是通过阻碍位错运动和稳定位错亚结构等因素而使合金得到强化的。典型牌号70年代典型的综合性能较好的高温合金牌号及其化学成分见表。就高温下持久强度来说，镍基合金最高，钴基合金次之,铁基合金较低（图2）。制造工艺不含或少含铝、钛的高温合金，一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时，元素烧损不易控制，气体和夹杂物进入较多，所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量,改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织,可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉；重熔的主要手段有真空自耗炉和电渣炉。固溶强化型合金和含铝、钛低（铝和钛的总量约小于4.5％）的合金锭可采用锻造开坯；含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯，然后热轧成材，有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。合金化程度较高、不易变形的合金，目前广泛采用精密铸造成型，例如铸造涡轮叶片和导向叶片。为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或消除疏松，近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长，以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件（见金属的凝固）。此外，为了消除全部晶界，近年来还研究单晶叶片的制造工艺。粉末冶金工艺主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。综合处理高温合金的性能同合金的组织有密切关系，而组织是受金属热处理控制的。高温合金一般需经过热处理。沉淀强化型合金通常经过固溶处理和时效处理。固溶强化型合金只经过固溶处理。有些合金在时效处理前还要经过一两次中间处理。固溶处理首先是为了使第二相溶入合金基体,以便在时效处理时使γ┡、碳化物（钴基合金）等强化相均匀析出，其次是为了获得适宜的晶粒度以保证高温蠕变和持久性能。固溶处理温度一般为1040～1220℃。目前广泛应用的合金，在时效处理前多经过1050～1100℃中间处理。中间处理的主要作用是在晶界析出碳化物和γ┡膜以改善晶界状态,与此同时有的合金还析出一些颗粒较大的γ┡相与时效处理时析出的细小γ┡相形成合理搭配。时效处理的目的是使过饱和固溶体均匀析出γ┡相或碳化物(钴基合金)以提高高温强度，时效处理温度一般为700～1000℃。发展趋势高温合金发展的趋势是进一步提高合金的工作温度和改善中温或高温下承受各种载荷的能力，延长合金寿命。就涡轮叶片材料而言，单晶叶片将进入实用阶段，定向结晶叶片的综合性能将得到改进。此外，有可能采用激冷态合金粉末制造多层扩散连接的空心叶片，从而适应提高燃气温度的需要。就导向叶片和燃烧室材料而言，有可能使用氧化物弥散强化的合金，以大幅度提高使用温度。为了提高抗腐蚀和耐磨蚀性能，合金的防护涂层材料和工艺也将获得进一步发展过去普通麻花钻一般用普通高速钢W6Mo5Cr4V2或W18Cr4V制造。他们的硬度为62～64HRC磨成“群钻”后，切削性能的提高受到刀具材料的限制。超硬高速钢的出现，使刀具切削性能出现了一个飞跃。国外多用高钴超硬高速钢，美国的M42(110W1．5Mo9．5Cr4VCo8)和瑞典的HSP―15(W9Mo3Cr4V3Co10)是其中的佼佼者。但它们的含钴量多，达8％～10％，价格昂贵。国内多用少钴或无钴超硬高速钢，如501(W6Mo5Cr4V2AL)、(Co5Si(W12Mo3Cr4V3Co5Si)、V3N(W12Mo3Cr4V3N)等。超硬高速钢的常温硬度达67～69HRC，比普通高速钢高出5HRC，高温硬度亦显著提高。实践证明，用超硬高速钢制成麻花钻，再修磨成“群钻”形式，与普通高速钢“群钻”相比，钻孔效率可提高一倍以上。目前，国内一些工具厂可根据用户需求，提供超硬高速钢麻花钻。上述所有的高速钢都是用熔炼方法制造的。有用粉末冶金工艺制造的高速钢，其性能优于熔炼高速钢。如用粉末冶金高速钢制成麻花钻，再磨成“群钻”，其钻孔效率可成倍提高。在高速钢钻头磨成“群钻”后，如在其工作部分表面上用PVD(物理气相沉积)法涂覆TiN薄层可使其切削性能大幅度提高。但这样做，除增加了修磨工时外还将加上涂层费用，而重磨后将失去后刀面的涂层，因此涂层“群钻”难以推广。硬质合金是一种更为先进的刀具材料，其硬度和耐磨性比高速钢高得多。但是，硬质合金的韧性较差，钻头容易折断，它的可加工性也不太好，故过去很少用硬质合金制造麻花钻。近年，随着化学成分和制造方法的改进，硬质合金的韧性有了改进，中小尺寸的整体硬质合金麻花钻已得到广泛应用。在硬材料上钻孔，效果很好。制造麻花钻，必须选用韧性和抗弯强度较高的硬质合金，例如钻钢材时可用YS25、YT798等，钻铸铁及淬硬钢时可用YS8、YSl0、YG813等，有时亦可采用YT5、YT14、YG6X、YG8等牌号。用YG6X整体硬质合金麻花钻(直径10mm)在KmT-BCr20Mo2高铬冷硬铸铁(60HRC）上钻孔，在修磨成“群钻”形式前后进行切削对比。“群钻”形式的使用寿命约提高了3倍以上。由于硬质合金较脆，对切削部分应予以加强，“群钻”形状见图1钻高铬冷硬铸铁的整体硬质合金“群钻”图1，几何参数数值见表1。切削用量：转速n=600r/min，每转进给量ƒ=0.13mm／r。“群钻”的几何形状早在1953年，北京永定机械厂青年钳工倪志福，用标准麻花钻在装甲钢钢板上钻孔，遇到了困难。他凭经验，对标准麻花钻切削部分进行了修磨，即在两条直线主切削刃上各磨出了一个圆弧刃，形成了三个钻尖，中心钻尖比原钻尖降低。修磨过的钻头好用，很快地完成了生产任务。当时称这种钻型为“倪志福钻头”，即53型“群钻’’（60年代倪志福钻头被正式定名为“群钻”。）(图2a)。在1953年以后的十余年中，倪志福和研究小组在实践中逐步总结改进，对53型“群钻”进行过多次修改，几何参数逐步演变，形成了56型、58型、58A型、64型、67型(图2)。67型是经过多次演进而后定型的“群钻”基本钻型。图3为中等直径67基本型群钻的切削部分几何参数