【摘 要】
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粉末高温合金FGH96具有晶粒组织均匀、高强度、耐腐蚀性好、耐高温等特点,是制造航空发动机高温承力构件的主要材料,其加工表面质量会直接影响航空发动机高温承力构件的抗疲劳性能。但目前针对于FGH96车削加工表面完整性方面以及加工表面完整性对其抗疲劳性能方面的研究还比较少。因此,本文以粉末高温合金FGH96的抗疲劳制造作为研究出发点,通过FGH96的车削加工试验,研究车削精加工参数对FGH96加工表面
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粉末高温合金FGH96具有晶粒组织均匀、高强度、耐腐蚀性好、耐高温等特点,是制造航空发动机高温承力构件的主要材料,其加工表面质量会直接影响航空发动机高温承力构件的抗疲劳性能。但目前针对于FGH96车削加工表面完整性方面以及加工表面完整性对其抗疲劳性能方面的研究还比较少。因此,本文以粉末高温合金FGH96的抗疲劳制造作为研究出发点,通过FGH96的车削加工试验,研究车削精加工参数对FGH96加工表面完整性以及表面完整性对试件抗疲劳性能的影响,为改善航空发动机高温承力部件的抗疲劳性能提供新的研究思路和实现途径。首先,开展了车削刀具的优选为后续试验选择合适的加工刀具。试验中选取了三种刀具:KC5010、KCS10B1及B2系列(新型涂层喷装技术)。分析对比了三者的刀具寿命,及其对于试件加工表面完整性的影响。研究表明,KC5010刀具寿命最长,且加工表面完整性指标更为优异,因此选择其为后续车削试验刀具。此外,开展PCBN刀具高速干式车削加工FGH96材料的可行性试验。研究表明,使用PCBN刀具干式车削加工后的试件表面呈现残余拉应力状态,且存在大量的微观加工缺陷,会严重降低试件的抗疲劳性能;并且在此加工方式下,PCBN刀具寿命较低。因此PCBN干式车削加工方式仅适用于FGH96材料的粗加工阶段。其次,通过FGH96材料的车削精加工,研究了车削加工参数对FGH96试件加工表面完整性以及加工表面完整性对试件抗疲劳性能的影响。研究发现,进给量是影响试件加工表面粗糙度和加工表面残余应力的主要因素;切削速度和切削深度对试件加工表面硬化影响显著;试件加工表面残余应力呈现出残余压应力与残余拉应力波动变化的趋势。不同深度的加工表面塑性变形层和切削温度是导致加工硬度变化的主要原因。结合疲劳循环次数及疲劳试件断口分析,试件的疲劳源分布于表面和亚表面,影响试件抗疲劳性能的因素主要为加工表面粗糙度和塑性变形层深度。最后,以刀具后刀面磨损量为研究变量,开展了刀具磨损对试件加工表面完整性及试件抗疲劳性能的影响研究。研究表明,在使用不同磨损量刀具加工后,试件加工表面残余应力呈现残余压应力状态,并且随着刀具磨损量增加而增大;试件加工表面硬度随刀具磨损量增大而减小;加工表面粗糙度随刀具磨损量增大而增大。根据试件疲劳循环次数及断口分析,随着刀具磨损量的增加,试件的抗疲劳性能逐渐下降,且试件表面粗糙度及塑性变形层深度对其有较大影响。因此,为降低刀具磨损对试件抗疲劳性能的影响,在精车削时应保证刀具后刀面磨损量VB≤0.2mm。
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