Определение и характеристики обработки материалов из высокотемпературных сплавов

Титановые сплавы высокой температуры широко используются в авиационных двигателях благодаря своей отличной термической прочности и высокой удельной прочности. Подобные материалы высокотемпературных сплавов будут основными материалами на долгое время в будущем. В условиях быстро меняющейся науки и технологий исследование и будущее развитие материалов высокотемпературных сплавов имеют высокое практическое и стратегическое значение. Будущие космические аппараты и их тяговые системы требуют разработки материалов высокотемпературных сплавов с более высокой прочностью, рабочей температурой и модулем упругости, меньшей плотностью и более низкой ценой по сравнению с существующими сплавами Ti64 и T16242. Поэтому материалы высокотемпературных сплавов являются основным направлением развития авиационных материалов.

Определение жаропрочных сплавов

Высокотемпературные сплавы относятся к металлическим материалам на основе железа, никеля и кобальта, которые могут адаптироваться к краткосрочному или долгосрочному использованию в различных условиях при высоких температурах выше 600°C и определенных нагрузках. Они также обладают высокой прочностью при высоких температурах, пластичностью, хорошей стойкостью к окислению и горячей коррозии, хорошими свойствами термической усталости, хрупкостью и другими комплексными характеристиками. Высокотемпературные сплавы имеют однородную аустенитную структуру и обладают хорошей структурной стабильностью и надежностью в эксплуатации при различных температурах. Исходя из вышеуказанных характеристик производительности и высокой степени легирования высокотемпературных сплавов, в Великобритании и США их называют суперсплавами.

Характеристики обработки жаропрочных сплавов

Для высокотемпературных сплавов, таких как никелевые сплавы, титановыми сплавами и кобальтовыми сплавами, высокая температура сопротивления непосредственно увеличивает сложность обработки. Под воздействием сочетания большой силы резания и высокой температуры, возникающей в процессе обработки, инструмент может расколоться или деформироваться, что приводит к его поломке. Кроме того, большинство из этих сплавов быстро подвергаются упрочнению при деформации. Упрочненная поверхность, образующаяся в процессе обработки заготовки, приведет к образованию выемки на режущей кромке инструмента в глубине реза и вызовет нежелательные напряжения в заготовке, разрушая геометрическую точность обрабатываемых деталей. Обработка титановыми сплавами также сталкивается с этими проблемами. Хотя сила резания, необходимая для обработки титановыми сплавами, лишь немного выше, чем у стали, особые свойства титановыми сплавов делают их обработку значительно более сложной, чем сталь той же твердости.

Основные моменты следующие:

1) Титановые сплавы, как и другие жаропрочные сплавы, также подвержены упрочнению при деформации;

2) Теплопроводность титановых сплавов очень низка, что делает почти все тепло, генерируемое в процессе обработки, сосредоточенным на режущем крае;

3) Упругий модуль титанового сплава очень мал, особенно под воздействием больших сил резания, что делает заготовку восприимчивой к отклонению инструмента и вибрации;

4) Самое серьезное заключается в том, что химические свойства титанового сплава более активны, чем у других жаропрочных сплавов, что делает заготовку из титана легко реагирующей химически с инструментом в процессе обработки, что приводит к образованию усадочных полостей в заготовке.

Из-за вышеуказанных причин обработка жаропрочных сплавов требует специальной технологии обработки.