李 丽 等：ＩＮ７１８镍基高温合金电火花加工表面完整性初步研究
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ＩＮ７１８ 镍 基 高 温 合 金 电 火 花 加 工 表 面 完 整 性 初 步 研 究 ＊
李 丽，魏修亭，程 祥，殷凤仕，侯荣国
（山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 ２５５０４９）
摘 要： 镍 基 合 金 具 有 优 良 的 性 能 而 获 得 广 泛 的 应 用，针对切削加工中存在的问题，采用与材料 的力学性
中 图 分 类 号 ： ＴＧ５４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００１－９７３１（２０１２）２４－３４７９－０５
１ 引 言
镍 基 合 金 具 有 优 良 的 高 温 蠕 变 强 度 、抗 疲 劳 性 能 、 抗氧化 和 抗 热 腐 蚀 性 能。 并 且 能 在 高 温 下 承 受 高 应 力 、保 持 较 好 的 机 械 和 化 学 性 能 ，所 以 在 航 空 、航 天 、模 具、医疗、原子能、核 反 应 堆 和 石 油 化 工 等 领 域 获 得 了 广泛应用。尤其 在 航 空、航 天 工 业 发 挥 着 至 关 重 要 的 作用，如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘 等 。 ［１，２］ 此 外，也 可用于做核反应 堆、石 油 化 工 和 能 源 转 换 设 备 等 高 温 部件［３，４］。据保守估计镍基 合 金 部 件 年 产 值 已 超 过 ７８ 亿美元，并 以 每 年 超 过 ２５％ 的 速 度 快 速 增 长，其 中 中 国市场增 长 率 为 ３０％。 可 以 说 航 空 工 业 能 得 以 快 速 发展与这些材料 的 物 理 力 学 性 能 是 分 不 开 的，但 正 是 这些特征给机械 加 工 造 成 了 很 大 困 难，塑 性 变 形 抗 力 大，切削过程中冷 硬 现 象 严 重，刀 具 损 坏 严 重，加 工 效 率极低，因此被视为典型的难加工材料 。 ［５，６］
组 成 ，加 工 表 面 无 微 观 裂 纹 存 在 。 显 微 硬 度 变 化 不 大 ，
无 加 工 硬 化 现 象 。 随 脉 冲 能 量 减 小 ，重 铸 现 象 减 轻 ，加
工表面完整性越好。
关键词： 镍 基 合 金；电 火 花；加 工 表 面 完 整 性；表 面 粗 糙 度 ；微 观 形 貌
在综合分析的 基 础 上，本 文 就 镍 基 高 温 合 金 电 火 花加工后的表面 完 整 性 进 行 初 步 研 究，就 其 变 化 规 律 进行了探讨，目 的 是 为 镍 基 合 金 的 加 工 找 寻 一 种 新 的 可行的加工 方 法，为 扩 大 ＥＤＭ 在 高 温 合 金 加 工 中 应 用范围提供一些理论基础和依据。进而扩大镍基合金 在 航 空 、化 工 和 医 疗 等 工 业 的 应 用 范 围 。
２ 实 验
２．１ 试 件 材 料 及 加 工 条 件 选择镍基 合 金 中 最 为 常 用 的 ＩＮ７１８ 作 为 试 样 材
料 ，其 化 学 成 分 如 表 １ 所 示 。 表 １ ＩＮ７１８ 化 学 成 分
Ｔａｂｌｅ １Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｔ Ｍｏ Ｎｂ Ｃｒ Ｍｎ Ｆｅ
能 无 关 的 电 火 花 进 行 加 工 ，通 过 对 其 电 火 花 加 工 实 验 ，
初步研究了峰值电流和脉冲宽度加工参数对加工表面
完整性的影响 规 律。 结 果 表 明，表 面 粗 糙 度 随 峰 值 电
流和脉冲宽度的 增 大 而 增 大，与 电 极 丝 的 运 动 方 向 无
关。加工表面由 微 观 组 织 规 则 的 凹 坑、熔 滴 和 微 小 孔
Ｃｏｎｔｅｎｔ（％） ３．０４ ５．１９ １７．８９ ０．７０ １７．６７
Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｎｉ Ｔｉ Ｂ
Ｓ Ａｌ
Ｃｏｎｔｅｎｔ（％） ３７．１４ １．０１ ０．００４ ０．００２ ０．５１
表面完整性是 描 述、鉴 定 和 控 制 零 件 加 工 过 程 在 其加工表面层内可能产生的各种变化及其对该表面工
作性能影 响 的 技 术 指 标 。 ［９，１０］ 相 对 于 表 面 质 量 而 言， 更侧重于微观表面质量。表面完整性包括零件表面微 观几何形状特征和表面物理力学性能的变化。加工表 面微观几何形状 特 征 的 指 标 主 要 是 表 面 粗 糙 度；表 面 物理力学性能的 指 标 主 要 有 加 工 硬 化、表 层 残 余 应 力 和金相组织的改变等。许多零件结构的损坏是从表面 之下几十微米范 围 内 开 始 的，表 面 之 下 的 物 理 和 机 械 性能变化对零件 使 用 性 能 的 影 响 越 来 越 大，这 就 使 得 加工零件 的 表 面 完 整 性 的 研 究 尤 为 重 要 。 ［１１］ 国 内 外 研究者对加工镍 基 合 金 进 行 了 刀 具 磨 损 状 态、工 艺 和 加工质 量 等 方 面 的 研 究。 文 献 ［１２］研 究 了 Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１８镍基合金切削加 工 表 面 完 整 性 及 刀 具 寿 命。 文 献 ［１３］研究了 高 速 车 削 镍 基 合 金 时 切 削 力 的 变 化 及 表 面损伤情况。国内外对镍基高温合金电火花加工的研 究较少，文献［１４］用 先 进 线 切 割 粗 加 工ＩＮ７１８ 研 究 了 表面粗糙度与脉冲参数的关系。
电 火 花 加 工 （ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ， ＥＤＭ）是基于工具和工 件 （正、负 电 极）之 间 的 脉 冲 性 火花放电时的电腐蚀现象来蚀 除 多 余 的 金 属，以 达 到 对零件的尺寸、形 状 及 表 面 品 质 预 定 的 加 工 要 求 。 ［７，８］ 电极间的电火花腐蚀是非常复 杂 的 物 理 过 程，每 次 金 属 蚀 除 都 是 电 动 力 、电 磁 力 、热 动 力 以 及 流 体 动 力 等 综 合结合作用的 结 果，而 与 材 料 的 力 学 性 能 无 关。 所 以 适合于常规切削加工方法比较难加工的材料。