镍基合金是以镍为主要成分的合金。
由于它具有高耐热性，并且在经常暴露在高温下的恶劣环境下使用，因此它经常用于飞机发动机部件等。
在镍基合金的切削加工中，与普通钢有一个很大的不同，那就是加工非常困难。
用超硬刀具加工镍基合金，“刀尖磨损快，不易加工”，相信很多朋友都有过这样的经历。
在本期专栏中，我们将了解镍基合金的特性，并为大家介绍高效切削加工的要点。
镍基合金的材料特性是什么？
镍基合金和普通钢到底有什么不同呢？
我们比较了镍基合金中典型的 Inconel718和碳钢（S45C）的材料特性。
所有的材料特性都有不同的数值，这表明它是一种完全不同于碳钢的材料。下面我们就来介绍一下“抗拉强度”和“导热系数”。
※Inconel718®是Special Metals Corporation的商标或注册商标。
“抗拉强度”对切削刀具的影响是什么？
抗拉强度是工件对拉伸强度的数值表示。该数值越高，工件强度越高，即具有“工件越粘，切屑越容易伸长”的特性。
因此，如果在加工过程中切屑控制不好，就会被工件、刀具缠住。
由于工件粘滞，切削阻力增加，加工热增加，刀具磨损容易进行，有时会出现碎屑。
“导热率”对切削刀具的影响是什么？
热导率是一个数值，表示热传递到工件的容易程度。切削加工时，刀具与工件之间会产生摩擦产生的加工热。
导热系数低的工件，“加工过程中产生的热量很难跑到切屑上，而是集中到切削刀具上”。
在与碳钢相同的条件下加工时，切削刀具温度的升高会改变硬质合金刀具的材料特性。
从下图可以看出，随着温度的升高，硬质合金的硬度和强度都在下降。
硬质合金的硬度特性 |
硬质合金的高温抗折强度 |
切削刀具的硬度和强度降低，使刀具磨损更容易进行，也更容易碎裂。用超硬刀具加工镍基合金，“刀尖磨损快，不易加工”就是这个原因。
总结 – 镍基合金加工对切削刀具的影响 –
- 本发明的目的在于解决由于工件材料的粘度而增加切削阻力和增加加工热而使刀具磨损容易进行或切屑的问题。
- 加工过程中产生的热量集中在切削刀具上，使刀具硬度和强度降低，使刀具磨损更容易进行或碎裂
虽然镍基合金很难切削，但有一些工具可以比硬质合金工具更快，更高效地加工。
陶瓷工具加工速度约为硬质合金10倍
正如“陶瓷刀具可以高速加工的两个原因”一栏所述，陶瓷刀具与硬质合金刀具相比具有不同的特性。那就是“高温硬度”和“高温强度”。
从下图可以看出，即使温度升高，陶瓷工具的高温硬度和强度也比硬质合金低。
由于陶瓷工具几乎不受温度升高的影响，因此可以在保持硬度和强度的同时进行高速加工。
[ 建议的刀具材料切削速度 ]
旋削加工 |
転削加工 |
此外，利用镍基合金随温度升高而变化的特性，实现了高速加工。
镍基合金超过800°更易加工
利用陶瓷刀具的耐热性，通过提高切削速度来提高温度，可以在镍基合金强度降低的点进行加工。
以Inconel718®为代表的镍基合金的材料特性
※Inconel 718®是Special Metals Corporation的商标或注册商标。
出处”三菱综合材料株式会社·”TOOLS NEWS B228J”·EXP-15-E004 2018.10.E(2A)
http://www.mitsubishicarbide.com/application/files/7215/3983/5569/ceramic_b228j.pdf（参见2021-07-26）
总结 – 陶瓷刀具加工镍基合金
- 陶瓷工具几乎不受温度升高的影响，因此可以在保持硬度和强度的同时进行高速加工。
- 可以在高速加工导致温度升高和镍基合金强度降低的温度范围内进行加工。
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