镍基高温合金拥有优异的抗蠕变和耐侵蚀机能、、、能持久靠得住地工作、、、不变性高档特点,因而宽泛利用于航空发起机涡轮导向叶片、、、转子叶片等在恶劣工况服役的零部件[1]。。现阶段,航空发起机最具利用远景的镍基高温合金重要有镍基多晶高温合金和镍基单晶高温合金。。与镍基多晶高温合金相比,镍基单晶高温合金可解除易产生裂纹源的晶界,因而拥有较好的耐高温、、、抗蠕变机能。。然而,镍基单晶高温合金的承温能力相对而言依然有限。。为此,通过增长稀土元素的步骤进一步提高镍基单晶高温合金的承温能力成为新的钻研热点。。
镍基高温合金可在高温环境下服役,拥有较好的抗剪切能力和抗蠕变机能。。但是,这些物理机能对其磨削加工拥有诸多不利影响,使镍基高温合金成为典型的难加工资料[2?3]。。其原因是:镍基高温合金热导率低,所产生的磨削热荟萃在切削弧区内,形成磨削烧伤,败坏其理论质量;;镍基高温合金拥有热强性,在去除时亏损较多能量;;在加工过程中,镍基高温合金中的亲氧元素(Al、、、Cr等)极易与氧反映,使磨粒产生黏附,切削力增长,砂轮寿命降低。。
目前,航空发起机零件的制作步骤重要有机械加工(磨削、、、铣削、、、车削等)和特种加工(电解加工、、、电火花加工、、、增材制作等)。。特种加工合用于对航空发起机叶片的整体加工,机械加工合用于航空发起机叶片榫齿成形加工。。特种加工技术近年来发展迅速,并逐步得到行业认可,但是磨削技术在镍基高温合金的制作中仍占据极为重要的职位。。与铣削技术相比,缓进深切磨削加工能够节约大量功夫(约40%);;与电解加工技术相比,磨削加工技术不仅能节约加工功夫(约70%),还能降低成本(约50%)[4]。。此外,磨削加工技术还拥有加工质量好、、、精度高档特点,可能加工可在特殊工况下使用的镍基高温合金。。
本文综述了镍基单晶高温合金和镍基多晶高温合金的发展及其资料个性,揭示了两者在磨削去除机理上的差距,总结了磨削工艺、、、理论齐全性等方面的最新钻研进展,并对其发展趋向进行了瞻望,旨在为镍基高温合金磨削加工技术的基础钻研和工程利用提供参考。。
1、、、镍基高温合金的发展及其资料个性
1.1镍基高温合金的发展
随着航空事业的发展,对航空发起机用资料耐温能力的要求不休提高,为此我国从1956年起头试制了GH3030高温合金。。自20世纪60年代以来,我国相继研制出拥有优异机能的各类镍基高温合金,其承温能力不休提高[5]。。从变形镍基合金到铸造镍基合金再到镍基单晶合金[6],钻研人员进展通过合金强化[7]、、、工艺强化[8]等步骤制备拥有优异机能的镍基合金。。
得益于定向凝固技术的纯熟利用,自1982年以来,镍基单晶高温合金得到了宽泛的利用[9]。。钻研人员将Co、、、Cr、、、Ru、、、Re等稀土元素参与镍基单晶高温合金中改善合金组织,提高其热不变性、、、耐侵蚀性和抗蠕变性。。与定向凝固高温合金(如DZ3)相比,第一代镍基单晶高温合金(如DD3、、、DD402等)通过参与Co元素以获得更高的固溶度、、、不变性、、、抗蠕变性和耐高温机能。。与第一代镍基单晶高温合金相比,第二代和第三代镍基单晶高温合金通过参与Re元素,其耐受温度别离提高了30℃和60℃。。
第四代镍基单晶高温合金参与Ru元素(质量分数为3%),第五代和第六代进一步提高Ru和Re元素的质量分数(质量分数为5%~6%),使其拥有更高的抗蠕变机能。。国外钻研的第七代镍基单晶高温合金重要增长Ru、、、Re、、、Ir等少量稀土元素。。但是,由于稀土元素价值昂贵,寻求其代替品成为国内外学者钻研的重点。。
随着镍基高温合金的急剧发展,合金中强化元素含量不休提高,其抗剪机能和耐磨蚀能力不休加强,镍基高温合金的磨削越加难题,导致磨削中常出现磨削温度过高、、、产生磨削烧伤、、、加工理论质量差等问题。。国内外有关钻研人员尝试寻求资料个性、、、磨削工艺参数以及磨削理论质量三者之间的平衡,以期在保障资料占有足够优异机能的同时,提高产品的加工质量和效能。。
1.2镍基高温合金的资料个性
1.2.1镍基单晶高温合金的资料个性
镍基单晶高温合金只有一个晶粒,没有垂直于主应力的横向晶界,其内部原子依照肯定挨次反复周期性分列,分歧晶体取向上的原子分列分歧,各个晶向的机能也不一样,是典型的各向异性资料,属于面心立方(FCC)结构[10]。。镍基单晶高温合金微观组织结构见图1。。

镍基单晶高温合金重要由基体相(γ相)和金属间化合物即强化相(γ'相)组成。。Al和Ti元素是形成强化相γ'相的重要元素,其含量直接决定γ'相的占比。。γ'相的作用重要是提高镍基单晶高温合金的强度,其力学机能重要取决于Al和Ti元素的含量。。
γ相重要提高资料的塑性,其体积约占镍基单晶高温合金体积的70%。。在制备镍基高温合金时,常参与Re、、、Co、、、Cr、、、Mo、、、Al等元素强化γ相和γ'相以提高其综合机能。:辖鹬械腁l、、、Cr等元素还可在高温环境下与空气形成致密的氧化膜,氧化膜覆盖在镍基单晶高温合金理论,提高合金的耐侵蚀和抗氧化能力。。镍基单晶高温合金在凝固过程中,Al、、、Ti、、、Ta等元素在枝晶间偏聚,当其含量达到临界值时,形成γ/γ'共晶组织,其典型的组织状态有网状、、、层片状和葵花状等。。
1.2.2镍基多晶高温合金的资料个性
镍基多晶高温合金是由很多单个晶粒荟萃到一路而形成的多晶荟萃体,每个晶粒的取向都是随机的,晶界存在于相邻晶体之间。。镍基多晶高温合金微观组织结构如图2所示。。多晶体中单个晶粒的滑移方式与单晶一样,其位错滑移机制必要多晶体中各个晶体晶界的相互协同作用,所以在宏观上阐发为各向同性[11]。。

与镍基单晶高温合金金相组织相比,镍基多晶高温合金基体中存在大量分歧状态和尺寸的晶粒。。
镍基多晶高温合金以体心立方Ni3Nb(γ''相)和面心立方Ni3Al(γ'相)为强化相,其中γ''相的数量最多,是重要的强化相。。当温度达到肯定水平时,处于亚稳态的γ''相会转变为正交有序结构的不变相(δ相)。。
2、、、镍基高温合金磨削去除机理钻研
2.1宏观磨削去除机理
磨削加工的内容是通过砂轮上数以万计细小磨粒之间的协同作用对工件资料进行去除[12?13]。。在磨削弧区内,由于砂轮的高速旋转和工件的进给,单颗磨粒与被加工资料之间的作用机制产生变动,因而可将磨削过程分为划擦(Rubbing)、、、耕犁(Ploughing)和磨屑形成(Chipformation)即切削三个阶段[3](见图3)。。在磨粒进入切削区域的过程中,磨粒切刃与工件的切削深度逐步增大而后迅速减小。。当切削深度很小时,磨粒与工件之间的相互作使劲较小,工件资料产生弹性变形,导致磨粒在工件上划过,此过程没有磨屑产生;;当切削深度达到肯定值,磨粒与工件之间的作使劲超过资料的弹性极限时,工件资料产生塑性流动而堆积在磨粒两侧和磨削刃前刀面而隆起;;当磨削深度持续增大,磨粒与工件之间的作使劲超过资料的断裂强度时,资料在磨粒的作用下从工件理论扯破下来形成磨屑。。

如上所述,划擦和耕犁阶段不仅不利于资料的加工,并且侵害磨削加工理论质量和加工效能。。因而,钻研镍基高温合金宏观磨削去除机理,确定其划擦—耕犁—磨屑形成三个阶段的转造成分,对深刻相识镍基高温合金磨削去除机理、、、节制资料产生划擦和耕犁的功夫、、、提高磨削加工效能拥有重要意思[3]。。镍基高温合金的宏观磨削去除机理钻研步骤重要有单颗磨粒试验法[14?16]、、、单颗磨粒有限元仿真分析法[17?18]、、、磨削理论描摹分析法[19]。。单颗磨粒试验法将复杂的磨削过程简化为单颗磨粒磨削过程,重要通过观测磨痕描摹、、、磨屑状态、、、磨削力等磨削特点信息来索求磨削加工阶段的转变。。相较于单颗磨粒试验法,单颗磨粒有限元仿真分析法能更有效地获得并分析磨削过程中磨屑的形成过程(即划擦—耕犁—磨屑形成)、、、磨屑状态(锯齿形、、、带状)以及其形成过程中的应变、、、应变率、、、温度等特点信息,磨削理论描摹是数以万计的细小磨粒之间相互协同作用对资料进行磨削加工的了局。。由于砂轮上的磨粒并非是均匀散布的,其状态、、、尺寸、、、凸起高度是随机的,因而磨削理论描摹可能阐发出分歧的磨削特点。。对比分歧磨削用量下的磨削理论描摹,有助于更进一步相识分歧磨削用量下的磨削去除机理。。
2.2微观磨削去除机理
微观磨削去除机理重要钻研资料微观粒子在复杂应力作用下产生的位错滑移。。传统的微观磨削去除机理以为,资料在复杂应力的作用下产生塑性变形,大量位错沿晶界产生滑移而形成磨屑。。塑性变形不仅受晶粒取向和密度的影响,还受晶界的影响。。镍基单晶高温合金没有晶界,是典型的各向异性资料[20],沿分歧的晶面和晶向磨削时会阐发出分歧性质,导致单晶资料和多晶资料的磨削在微观档次上有较大差距。。
受试验设备和试验前提的限度,通过现有的纳米制作工艺很难钻研镍基高温合金的微观去除机理。。因而,以分子活动为重要钻研对象的分子动力学步骤成为镍基高温合金微观去除机理的重要钻研步骤[21?23]。。然而,查阅国内外公开颁发的文件可知,镍基高温合金磨削去除机理以及磨屑形成过程方面的分子动力学钻研较为不足,其钻研内容重要集中在镍基高温合金在外力作用下的位错滑移机制。。
2.2.1镍基单晶高温合金的塑性变形机理
镍基单晶高温合金的塑性变形重要通过晶内滑移的方式进行,当应力超过其弹性极限时,晶体中便会产生层与层之间的相对滑动,导致位错沿着肯定的滑移面和滑移方向活动。。由于原子密度最大的晶面占有最大的晶面间距,其派?纳(P?N)力最小,所以滑移面和滑移方向重要是原子分列密度最大的晶面和晶向[24]。。镍基单晶高温合金属为面心立方结构,共有12个滑移系,其滑移面是{111}晶面,滑移方向是[110]晶向,其塑性断裂重要产生在{111}晶面[25]。。
2.2.2镍基多晶高温合金的塑性变形机理
在常温下,镍基多晶高温合金中单个晶粒的变形方式与镍基单晶高温合金一样。。但是,由于晶界的存在以及各个晶粒的取向分歧,镍基多晶高温合金的塑性变形变得极为复杂。。当其受到外力时,由于晶体的各向异性,作用在分歧晶体取向上的应力差距较大,受到的切应力也分歧。。镍基多晶高温合金中各个晶粒不是同时变形的,滑移通常先产生在有利位向。。每个晶粒的滑移带都在晶界左近,滑移不能从一个晶粒沿着某一方向一连到相邻的晶粒。。镍基多晶高温合金中每个晶粒的变形必要相邻晶粒的协调共同。。当受到磨削力时,大量位错堆集在晶界处,晶界产生迁徙或断裂形成磨屑[24]。。
2.3磨削参数对镍基高温合金去除过程的影响
磨削参数重要蕴含磨削深度、、、磨削速度、、、进给速度等,是影响镍基高温合金磨削加工过程的重要成分。。就整个砂轮而言,磨削参数的扭转会影响单元功夫内参加切削的磨粒数以及单颗磨粒最大未变形切削厚度agmax。。具体来说,当加快磨削速度或降低进给速度和磨削深度时,会导致单元功夫内参加磨削的磨粒数增长,从而降低单颗磨粒的最大未变形切削厚度。。其中,单颗磨粒的最大未变形切削厚度与磨削三阶段(即划擦—耕犁—磨屑形成)息息有关。。因而,国内外学者对该方面的钻研重要集中在单颗磨粒磨削前提下的去除机理。。
3、、、镍基高温合金磨削加工工艺个性钻研
国内外学者对镍基高温合金的磨削加工工艺过程进行了诸多索求,重要内容蕴含砂轮参数、、、冷却个性、、、资料个性、、、磨削参数、、、机床个性和修整参数等前提对资料磨削温度和磨削力、、、砂轮磨损、、、理论齐全性的影响[3,18],如图4所示。。

3.1磨削力及磨削温度
磨削力及磨削温度是磨削加工工艺的重要参数。。砂轮在磨削过程中不休被磨损,磨屑在磨粒前刀面堆积,导致磨削力和磨削温度在整个磨削过程中呈增长趋向[26],其重要影响资料的磨削理论质量、、、砂轮寿命以及磨削比能等。。因而,节制磨削过程中的磨削力和磨削温度,对提高磨削加工整体质量拥有重要的意思。。
镍基高温合金拥有低导热率与热强性等特点,因而在磨削镍基高温合金这一类难加工资料时,磨削温度高,磨削力大,常出现加工理论质量差、、、砂轮磨损、、、磨削烧伤等情况[27]。。其原因重要是:在镍基高温合金资猜中不休参与稀土元素和合金强化元素,使镍基高温合金的物理机能不休提高;;在磨削过程中,镍基高温合金中的亲氧元素与磨粒产生化学反映,并黏附在砂轮上,导致磨削力和磨削温度升高,理论质量变差;;在高速磨削环境下,冷却液难以突破“气障”层,磨削区域得不到有效的光滑和冷却。。
目前,国内外对磨削力和磨削温度的钻研重要集中在资料个性、、、冷却前提、、、砂轮类型、、、磨削用量等方面。。通常来说,提高砂轮线速度、、、降低磨削深度和进给速度、、、选取新型冷却技术(微量光滑、、、纳米流体微量光滑等)有利于改善镍基高温合金的加工机能,降低磨削力与磨削温度。。针对镍基高温合金的冷却,现常用的技术重要有微量光滑技术[26,28]、、、纳米微量光滑技术[29]、、、低温冷风技术[30?31]等,这些技术可能直接或间接地降低磨削温度从而降低磨削过程中的磨削力[32]。。必要指出的是,在一样的磨削参数下,使用分歧类型的砂轮,磨削力和磨削温度也会分歧。。与通常砂轮相比,使用超高硬度的砂轮(CBN砂轮)有助于获得更低的磨削力和磨削温度。。
3.2磨屑描摹
通过磨屑的微观状态,在肯定水平上能够相识资料磨削加工的去除机理,而磨屑的状态、、、巨细等信息体现磨削加工过程中资料的塑性变形情况以及加工大局等信息。。磨屑的形成标志取磨削加工过程的实现,钻研镍基单晶高温合金的磨屑形成过程,有助于越发深刻地揭示镍基单晶高温合金的磨削加工去除机理。。镍基高温合金磨屑状态重要有带状磨屑、、、锯齿状磨屑、、、崩碎状磨屑、、、单元状磨屑[14,17,33]。。当磨削速度为20~165m/s时,镍基高温合金重要产生绝热剪切形成锯齿形层状磨屑[15]。。镍基高温合金的磨屑拥有两个典型面:一是左袒于磨粒前刀面一侧的接触理论,其重要特点为理论光滑平坦,流出方向与磨粒刀角根基一致;;二是自由理论,其重要特点为理论呈片层节状。。程泽[14]和夏江等[17]成立镍基多晶GH4169磨削仿真模型进行了钻研,发现随着磨削速度的增长,磨屑状态呈陆续锯齿形到单元节锯齿形,最后发展为不规定带状磨屑。。夏江等[17]还发现,镍基多晶GH4169的临界成屑深度约为0.3μm,在切削厚度为0.8μm时出现锯齿形磨屑;;随着单颗磨粒切削厚度的增长,切屑频率降落,锯齿化水平加强。。
3.3砂轮磨损
影响砂轮使用寿命的成分有资料个性、、、磨粒硬度、、、结合剂强度、、、砂轮的修整工艺和冷却前提等。。
镍基高温合金强化工艺和金相组织的分歧,会导致其在高温硬度、、、加工硬化等方面的较大差距。。因而,在磨削镍基单晶和多晶合金资料时,砂轮会阐发出分歧的磨损个性。。砂轮磨损的重要大局:磨粒磨耗磨损(磨粒产生磨损,砂轮理论光滑,磨损面积增大,导致磨削力和磨削热增长)、、、磨粒破碎磨损、、、砂轮黏附梗塞(磨削加工产生的磨屑大量黏附在砂轮理论)。。
在镍基多晶资料(如GH4169[32,34]等)磨削加工时,容易产生黏附磨损,黏附磨损在磨粒磨损区域容易产生。。由于镍基单晶资料(如DD6[20,27]、、、DD98[35?36]等)与镍基多晶资料相比拥有更好的延展性,所以在磨削加工镍单晶高温合金时容易引起磨粒磨损脱落、、、砂轮黏附梗塞[27]。。此外,使用分歧类型的砂轮磨削镍基高温合金时,其砂轮磨损大局也分歧。。通常砂轮(如刚玉砂轮)因硬度低、、、资料热软化效应显著,容易导致黏附梗塞磨损;;CBN砂轮拥有超高硬度,所以容易导致磨粒磨损或磨粒破碎。。
C.W.Dai等[37]进一步指出,在镍基高温合金的磨削过程中,磨粒重要产生月牙洼磨损、、、磨粒破碎、、、后刀面磨损等情况。。
4、、、镍基高温合金磨削理论齐全性钻研
理论齐全性钻研内容重要蕴含理论粗糙度、、、理论描摹、、、显微硬度、、、残存应力等。。理论齐全性对工件的耐磨、、、抗委顿等机能拥有重要影响。。
4.1理论粗糙度
理论粗糙度是理论齐全性钻研中极为重要的一步,也是钻研最为宽泛的一步。。在镍基高温合金的磨削加工中,影响理论粗糙度的成分重要有磨削力和磨削温度、、、磨削参数(刀具进给速度、、、磨削深度、、、主轴转速)、、、砂轮类型、、、冷却个性以及资料个性等。。其中,磨削温度和磨削力对加工理论的粗糙度有重要影响,磨削温度越高、、、磨削力越大,资料塑性就越强,导致已加工理论粗糙度增长。。选用合理的磨削参数能够有效削减磨削过程中产生的磨削温度和磨削力,对降低加工理论粗糙度拥有重要意思。。
减小磨削深度和进给速度,增大磨削速度,选取细粒度砂轮,有助于降低镍基高温合金的粗糙度[33]。。这些步骤的性质特点重要是降低单颗磨粒的最大切削厚度,提高切削机能,从而降低理论粗糙度。。但是,Q.Liu等[38]指出,对通常砂轮磨削镍基高温合金,当砂轮线速度达到肯定值时,理论光洁度反而降低;;当使用通常砂轮磨削镍基高温合金时,若砂轮线速度大于30m/s,则砂轮会产生严重的黏附梗塞,工件理论光洁度降低。。在低速磨削镍基高温合金时,使用通常砂轮可能获得比超高硬度砂轮更低的理论粗糙度;;在高速或超高速磨削镍基高温合金时,得益于超高硬度磨料的优异切削机能,CBN砂轮和金刚石砂轮更能体现出其优异性。。
4.2理论描摹
工件资料在磨削加工过程中经历划擦、、、耕犁、、、切削三个阶段,在磨粒的作用下,一部门被去除形成磨屑,一部门产生塑形流动堆积在磨粒两侧形成隆起,未被除去的磨屑在随后的磨削中容易形成涂覆。。在镍基高温合金的磨削过程中会产生大量磨削热,使资料的热软化效应凸起甚至产生磨削烧伤,资料更容易产生重涂覆或者产生微裂纹。。理论描摹重要的阐发大局[33,39?42]有磨粒切削划痕显著,工件资料重叠、、、扯破、、、隆起、、、脱落,产生微裂纹,磨屑涂覆在工件资料理论等。。
磨削加工理论描摹常选取光学显微镜和扫描电镜等进行检测。。除此之外,磨削加工理论描摹建模也是常用来描述镍基高温合金磨削理论质量的步骤。。但是,由于存在磨粒众多、、、在砂轮上呈随机不重合散布、、、切刃角度不一、、、状态不一致难题,通常选取理论与现实相结合的步骤来预测磨削理论描摹。。W.F.Ding等[40]利用改进的模型成功预测了CBN砂轮磨削镍基高温合金的理论描摹。。巩亚东等[41]基于单颗磨粒的几何活动学及改善磨粒的建模步骤,成功预测了磨削镍基单晶DD5的理论粗糙度和理论概括线,预测误差均匀值为0.26μm。。
4.3显微硬度
在镍基高温合金的磨削加工过程中,加工理论经过塑性变形,理论硬度增大,达到基体硬度的120%~200%。。镍基高温合金资料硬度大,可提高零件的耐磨性,但同时也增长磨削加工的难度和磨粒的磨损。。
然而,由于加工前提分歧,并不是所有加工理论城市产生加工硬化景象。。磨削理论在高温环境下也会产生热软化效应。。在这种弱化、、、强化的双重作用下,可能会造成已加工理论的硬化,也可能降低已加工理论的硬度[43]。。磨削加工理论层的硬化水平取决于磨削过程中的变形强化和弱化的综合作用。。其中,通常砂轮因硬度低、、、切削能力较弱而导致磨削力大,磨削温度高,使镍基高温合金在离亚理论肯定领域内产生显著的热软化效应;;超高硬度砂轮因硬度高、、、切削能力强等优势会导致镍基高温合金容易产生加工硬化景象。。凭据文件[44]对亚理论变形层的分类步骤,亚理论从上到下的变形顺次为非晶质层、、、塑性变形层和基体,其变形水平顺次减小,非晶质层塑性变形最为剧烈。。
削减磨削加工过程中产生加工硬化景象的措施重要有选用相宜的磨削参数、、、选取机能优良的冷却液、、、选取高硬度和导热系数大的磨料、、、降低工件进给速度、、、提高砂轮转速、、、降低磨削深度等[45?46]。。
4.4残存应力
残存应力是磨削加工时残存在工件已加工理论表层中的内应力,可分为残存拉应力和残存压应力。。磨削加工理论残存应力形成的原因重要有弹塑性变形和热塑性变形作用。。弹塑性变形常导致工件形成残存压应力,通过调整使已加工理论拥有肯定的残存压应力,有助于提升工件的委顿强度;;热塑性变形常导致工件形成残存拉应力,降低其强度,使工件在制作时产生变形甚至开裂。。钻研残存应力的形成必要综合思考磨削变形区的热?力耦合问题[47]。。当弹塑性效应占优势时,在已加工理论形成残存压应力;;当热塑性变形占优势时,在已加工理论形成残存拉应力。。镍基高温合金热导率低,在磨削加工时产生的磨削热荟萃,因而镍基高温合金重要形成残存拉应力,磨削理论温度越高,残存拉应力越大。。目前,常用激光超声波法[48]、、、有限元法[49]、、、X射线衍射道理[50]等检测工件理论的残存应力。。
降低镍基高温合金磨削加工理论残存拉应力的步骤重要是削减磨削区理论产生的磨削热,降低磨削过程中热塑性的影响。:侠砑跣∧ハ饔昧俊ⅰ、选用相宜的冷却前提及砂轮类型,能够降低磨削过程中的磨削热,从而降低理论残存拉应力,提高工件强度。。此外,在磨削过程中通过参与热源能够实现已加工理论残存拉应力向残存压应力的转变。。P.Z.Wang等
[51]在磨削镍基高温合金GH4169的过程中参与热源,并对其进行了仿真,对比了有无热源时残存应力的散布情况以及热源散布、、、长度和高度等对残存应力的影响。。了局批注,通过参与热源能够使已加工理论残存拉应力转变为残存压应力。。F.Li等[52?53]凭据温度梯度调节道理成立了复合磨削工艺,将热源嵌入到工件亚理论,通过节制相宜的温度梯度调节了镍基高温合金GH4169在磨削过程中的残存应力散布。。
影响残存应力的成分众多,国内外学者重要使用有限元仿真的步骤对镍基高温合金磨削加工理论残存应力发展了理论钻研[54?55]。。但是,通过有限元仿真仅钻研了温度对残存应力的影响,对影响残存应力的其他成分(金相组织、、、塑性变形等)的索求较少。。
5、、、总结与瞻望
本文在概述镍基单晶高温合金和镍基多晶高温合金的发展及其资料个性的基础上,总结了国内外学者在镍基单晶高温合金和镍基多晶高温合金磨削去除机理、、、工艺个性、、、理论齐全性等方面的重要钻研成就。。总结分析现有的钻研成就,能够得到如下结论。。
(1)磨削用量通过应变率强化与热软化效应之间的博弈关系,影响临界成屑深度以及磨屑状态。。镍基高温合金的磨屑重要为锯齿状或崩碎状。。
(2)与镍基多晶高温合金相比,镍基单晶高温合金拥有更好的延展性,在磨削加工时容易引起磨粒磨损脱落、、、砂轮梗塞,而磨削镍基多晶高温合金则容易产生资料黏附磨损。。
(3)通常砂轮(氧化铝砂轮等)合用于镍基高温合金的低速磨削前提(砂轮线速度小于30m/s),而超高硬度砂轮(金刚石砂轮或CBN砂轮等)则合用于镍基高温合金的高速或超高速磨削前提。。
随着镍基高温合金耐高温能力和抗蠕变机能的不休提升,给其磨削加工带来了巨大挑战。。近年来,镍基高温合金磨削加工技术已经获得了显著的成就,但现有的工艺难以齐全满足其特殊工况的要求,将来仍需在以下几方面持续进行钻研。。
(1)晶界对磨削加工过程中塑性变形和塑性断裂的影响可延长至其对磨削加工工艺个性的影响,目前国内外还短缺该方面的钻研。。通过纳米加工技术或分子动力学仿照步骤进一步索求晶界对磨削去除过程的影响,对相识磨削微观去除机理以及实现镍基高温合金先进磨削制作拥有重要意思。。
(2)进一步索求磨削新型微量光滑及其增效技术、、、先进磨粒磨料技术,对实现镍基高温合金先进磨削制作同样拥有重要意思。。
参考文件
[1]Ezugwu E O. Key improvements in the machining of difficult ? to ? cut aerospace superalloys[J]. International Journal ofMachine Tools and Manufacture,2005,45(12?13):1353?1367.
[2]Zhu T,Cai M,Gong Y D,et al.Study on chip formation in grinding of nickel?based polycrystalline superalloy GH4169[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2022,121:1135?1148.
[3]丁文锋,苗情,李本凯,等 . 面向航空发起机的镍基合金磨削技术钻研进展[J]. 机械工程学报,2019,55(1):189?215.
[4]Zhang Z Y,Du Y F,Wang B,et al.Nanoscale wear layers on silicon wafers induced by mechanical chemical grinding[J].Tribology Letters,2017,65(4):1?13.
[5] 《中国航空资料手册》编纂委员会 . 中国航空资料手册[M]. 北京:中国尺度出版社,2002.
[6]张健,王莉,王栋,等 . 镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 金属学报,2019,55(9):1077?1094.
[7]佚名 . 高温合金强化工艺[J]. 金属热处置,2019,44(6):179.
[8]高玉魁 . 喷丸强化对 DD6 单晶高温合金高温旋转弯曲委顿机能的影响[J]. 金属热处置,2009,34(8):60?61.
[9]孙晓峰,金涛,周亦胄,等 . 镍基单晶高温合金钻研进展[J]. 中国资料进展,2012,31(12):1?11.
[10] Gong Y D,Zhou Y G,Wen X L,et al.Experimental study on micro?grinding force and subsurface microstructure of nickel?based single crystal superalloy in micro grinding[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2017,31(7):3397?3410.
[11] 李剑荣,虞吉林 . 随机晶界散布对铝多晶资料晶间粉碎行为的影响[J]. 固体力学学报,2004,25(3):335?338.
[12] 任敬心,康仁科,王西彬 . 难加工资料磨削技术[M]. 北京:电子工业出版社,2011.
[13] 任敬心,华定安 . 磨削道理[M]. 北京:电子工业出版社,2011.
[14] 程泽 . 单颗磨粒高速磨削镍基高温合金机理钻研[D]. 漯河:漯河航空航天大学,2011.
[15] 田霖,傅玉灿,杨路,等 . 基于速度效应的高温合金高速超高速磨削成屑过程及磨削力钻研[J]. 机械工程学报,2013,49(9):169?177.
[16] Tian L,Fu Y C,Xu J H,et al.The influence of speed on material removal mechanism in high speed grinding with single grit[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2015,89:192?201.
[17] 夏江,丁文锋,徐九华,等 . 镍基高温合金高速超高速磨削成屑过程的三维仿真钻研[J]. 金刚石与磨料磨具工程,2020,40(6):58?69.
[18] Chen Z Z,Tian L,Fu Y C,et al.Chip formation of nickel?based superalloy in high speed grinding with single diamond grit[J].International Journal of Abrasive Technology,2012,5(2):93?106.
[19] Sun Y,Su Z P,Gong Y D,et al.Analytical and experimental study on micro?grinding surface?generated mechanism of DD5single?crystal superalloy using micro?diamond pencil grinding tool[J].Archives of Civil and Mechanical Engineering,2021,21(1):1?22.
[20] Gu Y L,Nan L H,Du B C,et al.Towards the understanding of creep?feed deep grinding of DD6 nickel?based single?crystalsuperalloy[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2019,100(2):445?455.
[21] Ren J,Hao M R,Liang G X,et al. Study of subsurface damage of monocrystalline nickel in nanometric grinding withspherical abrasive grain[J].Physica B:Condensed Matter,2019,560:60?66.
[22] Hao Z P,Lou Z Z,Fan Y H.Study on the evolution mechanism of subsurface defects in nickel?based single crystal alloyduring atomic and close?to?atomic scale cutting[J].Journal of Manufacturing Processes,2021,68(3):14?33.
[23] 李强,郭辰光,赵丽娟,等 . 拥有晶体学各向异性特点的 DD5 镍基单晶高温合金铣削力建模[J]. 中国机械工程,2021,32(6):734?740.
[24] 胡赓祥 . 资料科学基础[M]. 上海:上海交通大学出版社,2003.
[25] 孙杨 . 单晶资料微尺度磨削工艺机能尝试钻研[D]. 沈阳:东北大学,2015.
[26] Tso P L.Study on the grinding of Inconel 718[J].Journal of Materials Processing Technology,1995,55:421?426.
[27] Miao Q,Ding W F,Kuang W J,et al.Comparison on grindability and surface integrity in creep feed grinding of GH4169,K403,DZ408 and DD6 nickel?based superalloys[J].Journal of Manufacturing Processes,2020,49:175?186.
[28] Wang Y G,Li C H,Zhang Y B,et al.Experimental evaluation of the lubrication properties of the wheel/workpiece interfacein MQL grinding using different types of vegetable oils[J].Journal of Cleaner Production,2016,127:487?499.
[29] Sirin S,Sarikaya M,Yildirim C V,et al.Machinability performance of nickel alloy X?750 with SiAlON ceramic cutting toolunder dry,MQL and HBN mixed nanofluid?MQL[J].Tribology International,2021,153:106673.
[30] Pereira O,Celaya A,Urbikaín G,et al. CO2 cryogenic milling of Inconel 718:Cutting forces and tool wear[J]. Journal ofMaterials Research and Technology,2020,9(4):8459?8468.
[31] Dogra M,Sharma V S,Dureja J S,et al.Environment?friendly technological advancements to enhance the sustainability insurface grinding——A review[J].Journal of Cleaner Production,2018,197:218?231.
[32] Li S,Wu Y,Fujimoto M,et al.Improving the working surface condition of electroplated cubic boron nitride grinding quill insurface grinding of Inconel 718 by the assistance of ultrasonic vibration[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering,2016,138(7):1?8.
[33] 蔡明,巩亚东,冯耀利,等 . 镍基高温合金磨削理论工艺机能试验钻研[J]. 东北大学学报(天然科学版),2019,40(2):234?238.
[34] Zhao Z C,Fu Y C,Xu J H,et al.Behavior and quantitative characterization of CBN wheel wear in high?speed grinding ofnickel?based superalloy[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2016,87(9):3545?3555.
[35] Zhou Y G,Gong Y D,Zhu Z X,et al.Modelling and optimisation of surface roughness from microgrinding of nickel?basedsingle crystal superalloy using the response surface methodology and genetic algorithm[J]. The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2016,85(9):2607?2622.
[36] 周云光 . 镍基单晶高温合金微磨削工艺理论与关键技术钻研[D]. 沈阳:东北大学,2017.
[37] Dai C W,Ding W F,Xu J H,et al. Influence of grain wear on material removal behavior during grinding nickel ? based superalloy with a single diamond grain[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2017,113:49?58.
[38] Liu Q,Chen X,Gindy N. Assessment of Al2O3 and superabrasive wheels in nickel ? based alloy grinding[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,33(9?10):940?951.
[39] 蔡明,巩亚东,屈硕硕,等 . 镍基单晶高温合金磨削理论质量及亚理论微观组织试验[J]. 东北大学学报(天然科学版),2019,40(3):386?391.
[40] Ding W F,Dai C W,Yu T Y,et al.Grinding performance of textured monolayer CBN wheels:Undeformed chip thickness nonuniformity modeling and ground surface topography prediction[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2017,122:66?80.
[41] 巩亚东,苏志朋,孙瑶,等 . 镍基单晶高温合金微磨削描临摹真及尝试钻研[J]. 东北大学学报(天然科学版),2020,41(7):949?954.
[42] Cai M,Gong Y D,Sun Y,et al.Experimental study on grinding surface properties of nickel?based single crystal superalloy DD5[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2019,101(1):71?85.
[43] 陈珍珍 . 多孔复合结合剂立方氮化硼砂轮高效磨削钻研[D]. 漯河:漯河航空航天大学,2014.
[44] Cai M, Zhu T, Gao X J, et al.Study on machining performance in grinding of Ni?base single crystal superalloy DD5[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2022,120:7657?7671.
[45] Nouioua M,Yallese M A,Khettabi R,et al.Comparative assessment of cooling conditions, including MQL technology on machining factors in an environmentally friendly approach[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2017,91(9):3079?3094.
[46] Ding W F,Linke B,Zhu Y J,et al. Review on monolayer CBN superabrasive wheels for grinding metallic materials[J].Chinese Journal of Aeronautics,2017,30(1):109?134.
[47] 张修铭,刘莉娟,修世超,等 . 基于热?力耦合磨削表层残存应力的仿真分析[J]. 东北大学学报(天然科学版),2014,35(12):1758?1762.
[48] 潘宗星,宋俊凯,高玉魁 . 基于激光超声的 GH4169 高温合金残存应力检测[J]. 力学季刊,2021,42(1):98?107.
[49] 梁志强,陈一帆,栾晓圣,等 . 超高强度钢强力滚压残存应力仿真与试验钻研[J]. 理论技术,2021,50(1):413?421.
[50] 华杨 . 高温合金 GH4169 车?滚组合加工理论残存应力及委顿寿命钻研[D]. 赤峰:山东大学,2020.
[51] Wang P Z,He Z S,Zhang Y X,et al.Control of grinding surface residual stress of Inconel 718[J].Procedia Engineering,2017,174:504?511.
[52] 李峰,李学崑,融亦鸣 . 强化感应加热辅助磨削 Inconel718 的残存应力自动调控[J]. 机械工程学报,2018,54(3):216?226.
[53] Li F,Li X K,Wang T,et al.In?process residual stresses regulation during grinding through induction heating with magnetic flux concentrator[J].International Journal of Mechanical Sciences,2020,172:105393.
[54] Kuang W J,Miao Q,Ding W F,et al.Residual stresses of turbine blade root produced by creep?feed profile grinding:Three?dimensional simulation based on workpiece ? grain interaction and experimental verification[J]. Journal of ManufacturingProcesses,2021,62:67?79.
[55] 史若彤,邓子龙,欣喜军,等 . 基于 Deform?3D 的镍基高温合金残存应力仿真分析[J]. 辽宁石油化工大学学报,2017,37(4):49?52.
无有关信息
