如何选择刀具材料切削切削加工高温合金
一、高温合金的含义及性能
1、高温合金的含义：是指以铁、镍、钴为基，能够在600℃以上的高温及
一定应力作用下长期工作的一类金属材料，又被称为超合金，热强合金。
2、高温合金的特点：具有较高的高温强度，良好的抗氧化能和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、抗断裂韧性等综合性能。
高温合金是单一奥氏体组织，可以
在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。
由于高温合金的特点，已成为制造航空航天发动机热端部件的关键材料，
是航空航天材料的重要成员，也可以广泛应用在石油化工、电力、冶金等领域。
二、高温合金的发展历程
760℃高温材料发展过程从20世纪30年代后期起，为了满足新型发动机的需要，在第二次世界大战期间，高温合金的研究进入了蓬勃发展时期。
40年代初，英国首先在80镍-20钴合金中加入少量铝和钛，研制成第一种具有较高高
温强度的镍基合金。
同一时期，美国为了适应航空活塞式发动机用涡轮增压器
发展的需要，开始采用钴基合金制作叶片。
此外，美国还研制出用以制作喷气发动机的燃烧室的镍基合金。
以后，冶
金学家为了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，但由于钴资源缺乏，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
开始生产镍基高温合金，后来生产变形高温合金和铸造高温合金。
中国从1956
年开始试制高温合金，逐渐形成变形高温合金和铸造高温合金。
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，以适应航空发动机
涡轮进口温度不断提高的需要。
三、高温合金的分类
（1）按基体元素来分：铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。
其
中铁基高温合金适合的温度在600~800℃，镍基高温合金适用于650~1000℃范
围内的温度；钴基高温合金适合730~1100℃，但由于钴是一种重要的战略资源，致使钴基合金的发展受到限制。
目前镍基高温合金应用较广泛。
（2）按强化方式：固溶强化型，沉淀强化型，氧化物弥散强化型以及纤维
强化型等。
（3）按制备工艺：变形高温合金，铸造高温合金以及粉末冶金高温合金。
四、高温合金的加工难点及方法
1、切削加工高温合金的难点：（1）耐高温性能直接提高了加工难度；（2）在加工时重切削力以及产生的高温的共同作用下，刀具容易产生碎片或变形，
或者导致刀具断裂；（3）大多数高温合金都会迅速产生加工硬化现象，从而影响工件的表面精度。
2、高温合金的加工方法：（1）尽量在工件硬化前加工合金；（2）使用锋利的锐角切刃的刀具；（3）使用强度高的几何外形的刀具；（4）采取提高钢
度措施的刀具。
目前。
可切削加工高温合金的刀具材料有硬质合金刀具，涂层刀具，陶瓷
刀具，立方氮化硼刀具，由于其硬质合金刀具和涂层硬质合金刀具的硬度低，
抗变形能力差，适合加工硬度较低的高温合金。
陶瓷刀具可以切削加工高温合金，但只适合精加工工序。
但陶瓷刀具更易
于产生缺口和碎片，尤其是在加工表面带有砂垢的铸件时，更容易产生这种现象。
在切削加工高温合金等高硬度合金材料时，常采用立方氮化硼刀具。
立方
氮化硼刀具是目前加工黑色金属材料最佳的刀具材料。
虽说立方氮化硼刀具的
价格较高，但切削加工高温合金确实相较于硬质合金刀具、涂层刀具和陶瓷刀
具效果要好。
五、切削加工高温合金的立方氮化硼刀具
目前，国内切削加工高温合金的立方氮化硼刀具主要是以华菱超硬为代表
的非金属粘合剂立方氮化硼刀具。
华菱超硬针对高温合金的难加工问题及传统
刀具切削加工高温合金零件出现的问题，研制出高效切削加工高温合金的立方
氮化硼刀具BN-K11牌号和BN-S200牌号，均属于精加工牌号，其中立方氮化硼刀具BN-K11牌号吃刀深度控制在0.3mm以内为好。
下面简单介绍一下华菱超硬立方氮化硼刀具切削加工高温合金零件的案例。
六、华菱超硬立方氮化硼刀具切削加工高温合金的案例
1、华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K11牌号加工医疗器械的案例
加工零件：髋关节支承盖
加工材料：钴基合金；
硬度：HRC35；
加工工序：精加工工序；
刀具牌号：BN-K11牌号；
切削参数：ap=0.15mm；
Fr=0.10mm/r;
Vc=210m/min.
加工方式：干式切削
加工效果：与某欧系品牌PCBN刀片相比（如下图）：不仅切削速度高于某欧系品牌PCBN刀片，而且刀具寿命也高于某欧系品牌PCBN刀片。
（2）华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S200牌号加工镍基高温合金案例
加工对象材料:镍基合金 Inconel 718 ；
加工镍基合金硬度：HRC45-HRC47（沉淀硬化态镍基合金）；
刀具材质牌号：BN-S200牌号圆形CBN刀片RNGN120400；
加工工序: 精加工；
切削速度: 350 m/min；
进给量: 每转0.15 mm/rev（此参数下镍基合金精加工后表面粗糙度Ra0.3-Ra0.4）；
切削深度（单边背吃刀量）: 0.5 mm；
七、总结
随着现代技术的不断发展，越来越多的难加工材料出现，为了获得好的加工效率，机械加工商一直在寻找可高效加工难加工工件的刀具材料，这对刀具行业来说，只要研制出高质量高效率的刀具材料或刀具牌号，就可占据刀具市场，而且推动中国机械制造业的发展。