Ⅰ.Introduzione

Le superleghe sono materiali metallici che mantengono un'eccellente resistenza, resistenza all'ossidazione e resistenza alla corrosione ad alte temperature.industria nucleareTuttavia, le loro proprietà superiori rappresentano sfide significative per l'elaborazione.alte temperature di taglioIn questo articolo vengono esaminati i problemi comuni incontrati durante la fresatura finale delle superleghe e vengono fornite le relative soluzioni.

Ⅱ.Cos'è una Superlegatura?

Le superleghe (o leghe ad alta temperatura) sono materiali metallici che mantengono elevata resistenza e eccezionale resistenza all'ossidazione e alla corrosione in ambienti ad alta temperatura.Possono funzionare in modo affidabile sotto stress complessi in ambienti di corrosione ossidativa e gassosa da 600°C a 1100°CLe superleghe comprendono principalmente leghe a base di nichel, cobalto e ferro e sono ampiamente utilizzate nell'industria aerospaziale, delle turbine a gas, dell'energia nucleare, dell'automotive e della petrolchimica.

Ⅲ.Caratteristiche delle superleghe

1.Alta resistenza a temperature elevate
Capaci di resistere a forti sollecitazioni per lunghi periodi ad alte temperature senza deformazioni significative.

2.Ottima resistenza all'ossidazione e alla corrosione
Mantiene la stabilità strutturale anche quando esposto all'aria, ai gas di combustione o a sostanze chimiche a temperature elevate.

3.Buona resistenza alla stanchezza e alla frattura
Capace di resistere a cicli termici e carichi di impatto in ambienti estremi.

4.Microstruttura stabile
Dispone di una buona stabilità strutturale e resiste al degrado delle prestazioni durante l'uso a temperature elevate a lungo termine.

Ⅳ.Materiali tipici di superleghe

1.Superleghe a base di nichel
Gradi comuni a livello internazionale:

2.Superleghe a base di cobalto

Gradi comuni a livello internazionale:

Gradi cinesi comuni (con equivalenti internazionali):

3.Superleghe a base di ferro

Caratteristiche:Basso costo, buona lavorabilità; adatto ad ambienti a media temperatura (≤ 700 °C).

Gradi comuni a livello internazionale:

Gradi cinesi comuni (con equivalenti internazionali):

4.Confronto di superleghe a base di nichel, cobalto e ferro

Ⅴ. Esempi di applicazioni di superleghe

Ⅵ.Sfide nell'elaborazione di superleghe

1.Alta resistenza e durezza:

Le superleghe mantengono un'elevata resistenza anche a temperatura ambiente (ad esempio, la resistenza alla trazione di Inconel 718 supera i 1000 MPa).tendono a formare uno strato indurito dal lavoro ((con una durezza che aumenta di 2-3 volte)In tali condizioni, l'usura dell'utensile si aggrava, le forze di taglio fluttuano notevolmente,e la frantumazione del taglio è più probabile che si verifichi.

2- Scarsa conduttività termica e calore di taglio concentrato:

Le superleghe hanno una bassa conduttività termica (ad esempio, la conduttività termica di Inconel 718 è di soli 11,4 W/m·K, circa un terzo di quella dell'acciaio).e la temperatura della punta di taglio può superare 1000°CCiò provoca un ammorbidimento del materiale dell'utensile (a causa di una insufficiente durezza rossa) e accelera l'usura della diffusione.

3.Severe indurimento del lavoro:

La superficie del materiale diventa più dura dopo la lavorazione, il che intensifica ulteriormente l'usura dell'utensile.

4.Alta robustezza e difficoltà nel controllo del chip:

I frammenti delle superleghe sono molto resistenti e non si rompono facilmente, spesso formando frammenti lunghi che possono avvolgere lo strumento o graffiare la superficie del pezzo.Ciò influisce sulla stabilità del processo di lavorazione e aumenta l'usura degli utensili.

5.Alta reattività chimica:

Le leghe a base di nichel sono soggette a reazioni di diffusione con i materiali degli utensili (come i carburi cementati WC-Co), portando all'usura degli adesivi.formando un cratere di usura a forma di mezzaluna.

Ⅶ.Problemi comuni nella fresatura di superleghe con mulini di fine

1. Usura severa degli attrezzi

• L'elevata durezza e resistenza delle superleghe comportano un rapido usura delle facce di rastrello e di fianco del mulino di fine.

• Alte temperature di taglio possono causare crepe per fatica termica, deformazione plastica e usura per diffusione nell'utensile.

2.Temperatura di taglio eccessiva

• La scarsa conduttività termica delle superleghe significa che la grande quantità di calore generata durante il taglio non può essere dissipata in tempo.

• Ciò porta ad un surriscaldamento localizzato dell'utensile, che può causare il bruciore o la frantumazione dell'utensile in casi gravi.

3.Lavorare duramente

• Le superleghe sono soggette al lavoro di indurimento durante la lavorazione, con una durezza superficiale in rapido aumento.

• Il passaggio successivo di taglio incontra una superficie più dura, che aggrava l'usura dell'utensile e aumenta le forze di taglio.

4Forze di taglio elevate e forti vibrazioni

• L'elevata resistenza del materiale si traduce in forti forze di taglio.

• Se la struttura dell'utensile non è progettata correttamente o se l'utensile non è fissato in modo sicuro, può causare vibrazioni e fruscioli di lavorazione, causando danni all'utensile o una finitura superficiale scadente.

5.Adesione degli attrezzi e bordo costruito

• A temperature elevate,il materiale tende ad aderire al bordo tagliente dell'utensile,formando un bordo costruito.

• Questo può causare taglio instabile, graffi sulla superficie del pezzo o dimensioni imprecise.

6.Povera qualità delle superfici lavorate

• I difetti di superficie più comuni sono i graffi, i graffi, le macchie dure della superficie e la decolorazione della zona colpita dal calore.

• Un'elevata rugosità superficiale può influenzare la durata del pezzo.

7.Vita breve degli utensili e elevati costi di lavorazione

• L'effetto combinato di questi problemi comporta una durata di vita dell'utensile molto più breve rispetto ai materiali di lavorazione come la lega di alluminio o l'acciaio a basso tenore di carbonio.

• Le conseguenze sono la sostituzione frequente degli attrezzi, la bassa efficienza di lavorazione e gli elevati costi di lavorazione.8. Soluzioni e ottimizzazione

ⅧSoluzioni e raccomandazioni di ottimizzazione

1.Soluzioni per l'usura severa degli attrezzi:

1.1.Scegliere un materiale in carburo di grano ultrafine ((Submicron/Ultrafine grain Carbide), che offre una resistenza all'usura superiore e una resistenza alla rottura trasversale.

*Il carburo cementato a grano ultrafine è ampiamente utilizzato in stampi, utensili da taglio, lavorazioni di precisione, componenti elettronici e altri campi a causa della sua eccellente resistenza all'usura e alta durezza.La dimensione tipica del grano WC varia da circa 0.2 a 0,6 μm. Secondo le norme di diversi paesi e marchi, i gradi di carburo cementato a grano ultrafine comunemente utilizzati sono i seguenti:

A.Cina Classi comuni di carburo cementato a grani ultrafini (ad esempio XTC, carburo cementato di Zhuzhou, terra rara di Jiangxi, Meirgute, ecc.)

B. Gradi tedeschi (per esempio CERATIZIT, H.C. Starck, ecc.)

C.Classi giapponesi (ad esempio Mitsubishi, Sumitomo, Toshiba, ecc.)

D. Gradi USA ((Kennametal、Carbide USA)

1.2Ottimizzare la geometria dell'utensile, come ridurre l'angolo di rastrellamento e mantenere un angolo di apertura moderato, per migliorare la resistenza del bordo.

1.3- eseguire l'affinamento dei bordi per prevenire la frantumazione e la propagazione di microfissure.

2.Soluzioni per temperature di taglio eccessive:

2.1 Utilizzare rivestimenti resistenti al calore ad alte prestazioni, quali AlTiN,SiAlN o nACo, capaci di resistere a temperature di taglio di 800-1000°C.

2.2 Attuare sistemi di raffreddamento ad alta pressione (HPC) o lubrificazione a quantità minima (MQL) per eliminare tempestivamente il calore di taglio.

2.3 ridurre la velocità di taglio ((Vc) per ridurre al minimo la generazione di calore.

3- Soluzioni per il duro lavoro:

3.1 Aumentare l'alimentazione per dente ((fz) per ridurre il tempo di permanenza dello strumento nello strato indurito.

3.2 Si opta per profondità di taglio minori e passaggi multipli per rimuovere gradualmente lo strato indurito.

3.3 Tenere l'utensile affilato per evitare di tagliare con un bordo opaco lo strato indurito.

4.Soluzioni per forti forze di taglio e forti vibrazioni:

4.1Utilizzare strumenti a elica variabile e a passo variabile (distanza irregolare) per ridurre la risonanza.

4.2 ridurre al minimo la lunghezza di sovrappeso dell'utensile (mantenerne il rapporto L/D<4) per aumentare la rigidità.

4.3 Ottimizzare la progettazione degli apparecchi per migliorare la stabilità del pezzo.

4.4 Pianificare saggiamente il percorso di taglio, utilizzando, ove possibile, la fresatura periferica anziché la fresatura di fascia.

5.Soluzioni per l'adesione degli attrezzi e per la costruzione del bordo:

5.1 Selezionare rivestimenti con bassi coefficienti di attrito (ad esempio, TiB2, DLC, nACo) per ridurre le tendenze di adesione.

5.2 Utilizzare fluidi di taglio o MQL per migliorare la lubrificazione.

5.3 mantenere i bordi taglienti affilati per evitare graffi e accumulo di calore causati da utensili opachi.

6.Soluzioni per la scarsa qualità delle superfici lavorate:

6.1 Ottimizzare gli angoli di apertura e il trattamento dei bordi per migliorare la levigatezza del taglio.

6.2 ridurre la velocità di alimentazione per ridurre al minimo le vibrazioni e i segni di taglio.

6.3 Utilizzare attrezzi di rettifica fine per la lavorazione finale e prendere in considerazione passaggi multipli: rottura → rottura semilavorata → rottura finale.

6.4 Applicare fluidi di taglio per prevenire il surriscaldamento locale e la decolorazione da ossidazione.

7.Soluzioni per la breve durata dell'utensile e gli elevati costi di lavorazione:

7.1 Attuare le strategie di cui sopra in modo completo per prolungare la vita utile di ciascun utensile.

7.2 Installare sistemi di monitoraggio degli utensili (ad es. rilevamento automatico della durata/cambio degli utensili) per evitare un uso eccessivo.

7.3 scegliere marchi noti o attrezzi rivestiti di alta qualità per migliorare la redditività complessiva.

7.4 Per la lavorazione a serie di superleghe, si raccomanda di utilizzare strumenti personalizzati per ottimizzare l'efficienza e i costi.

Ⅸ.Parametri di taglio raccomandati

Esempio: Inconel 718

Nota:

• raffreddamento ad alta pressione: questo metodo è efficace per eliminare rapidamente il calore e ridurre l'usura degli attrezzi durante le operazioni di ruggine.

• Lubrificazione minima ((MQL): può essere utilizzata nella lavorazione grezza per ridurre al minimo l'impatto ambientale pur fornendo una lubrificazione adeguata.

• Operazioni di finitura:si raccomanda un raffreddamento ad alta pressione per la finitura per garantire la qualità della superficie e prevenire danni termici.

Questi parametri sono ottimizzati per la lavorazione dell'Inconel 718, tenuto conto delle sue proprietà materiali difficili quali la forza elevata, la durezza e la tendenza a indurire.Possono essere necessari aggiustamenti in base alle capacità specifiche della macchina e alle condizioni degli utensili.

ⅩConclusioni

Anche se la lavorazione di superleghe è difficile, è gestibile con una corretta selezione degli strumenti e ottimizzazione del processo.geometria, rivestimenti, raffreddamento e strategia.

Per le esigenze di utensili personalizzati o soluzioni specifiche di lavorazione di superleghe, non esitate a contattarci per assistenza tecnica e campioni.