镍基高温合金短电弧高效切削过程中再铸层表面完整性及热变形行为研究

Nickel base alloy possesses high intensity, good oxidation resistance and wide gas corrosion resistance at high temperature (650- 1000℃) range, which is widely used in the fields of aviation, thermal, shipbuilding and others.Due to low thermal conductivity,small specific heat capacity, good high-temperature strength, in the process of cold working nickel base alloy show high cutting temperature, high work hardening, easy form of built-up edge, high cutting force of plastic deformation and difficult guarantee of the precision, etc. The short arc machining technique uses the arc discharge between tool electrode and workpiece electrode, further compresses plasma in arc channel under water mist jet, obtains high density energy beam to realize highly efficient removal of conductive hard-surface material. The project studies mainly that under the process of melting erosion in the high-energy beam and material surface melting resolidification the surface of the nickel base alloy forms surface features of recast layer including the processed surface morphology, surface defect, microstructure and metallurgy chemical performance of the surface. At the same time, we will study the size and distribution of the surface residual stress of the recast layer in water mist cooling process. Through studying the surface integrity and heat deformation behavior of recast layer, optimizing process parameters of the short electric arc machining, improving the processing quality of alloy surface and reducing the thermal stress deformation,the work has important application value for in-depth development of the applications of nickel base superalloy in industry.

镍基合金在高温（650～1000℃）范围内具有较高强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，广泛用于航空、热动、船舶等领域。由于镍基合金导热率低、比热容小、高温强度高，故在冷加工过程中表现为切削温度高、加工硬化严重、易形成积屑瘤、塑性变形切削力大和精度不易保证等特点。短电弧加工技术利用工具电极与工件电极之间的电弧放电，并在水雾射流作用下进一步压缩电弧通道内部等离子体，获得高密度能量束实现导电硬面材料的高效去除。本项目主要研究镍基合金表面在高能束作用下熔化去除过程中，材料表面熔化再凝固过程中所形成的再铸层表面特性，包括被加工表面形貌、表面缺陷、微观组织和表面层的冶金化学性能，同时研究重铸层在水雾介质冷却中表面层残余应力的大小及其分布情况。通过对再铸层表面完整性及热变形行为的研究，优化短电弧加工工艺参数，提高合金表面加工质量和减小热应力变形，为深入开发镍基高温合金在工业中的应用领域，具有重要应用价值

镍基合金在高温650～1000℃范围内仍具有较高强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，广泛用于航空、热动、船舶等领域。由于镍基合金导热率低、比热容小、高温强度高，故在冷加工过程中表现为切削温度高、加工硬化严重、易形成积屑瘤、塑性变形切削力大和精度不易保证等特点。本项目采用新型的短电弧加工技术加工镍基合金，具有去除效率高、放电持续平稳、再铸层与热影响层范围可控等优点，为超硬合金零件的加工提供了一种高效可行的手段。项目旨在实现镍基合金高效电加工探索的新工艺，其具体内容包括：.（1）研究高温合金材料表面再铸层冶金化学性能与加工表面完整性，分析不同加工工艺和加工参数对合金表面的零件几何特征（包括表面粗糙度、表面波度和纹理等）、表面缺陷、微观裂纹、晶间腐蚀和表面层的金相组织变化、表面加工硬化等内容的影响规律；.（2）研究合金表面材料热变形行为，分析表面层残余应力的大小及其分布情况，以减少热应力的影响；.（3） 研究工具电极损耗规律与补偿技术，以达到利于工作介质的注入和蚀除物排出的目的；.（4）优化短电弧加工脉冲电源的电特性，以提高电源的再次引燃电弧响应速度，是实现高效去除材料和稳定加工的基础。.该项目实现了镍基高温合金高效加工，分析了合金表面材料去除效率与电弧放电加工过程中各因素之间的影响关系，探索了高温合金在强电弧放电加工过程中的去除特性、表面完整性等基础问题的新理论，揭示了高温合金加工过程中工艺参数与加工稳定性、工件成形精度、热变形行为等要素之间的影响关系，建立了工艺参数与成形质量间的关系模型，并通过关系模型进一步对工艺参数进行优化，为后续实际生产应用奠定技术基础。发表学术研究论文23篇以上，其中SCI 收录1篇，EI收录5篇；申请实用新型专利1项、发明专利1项，共计2项；培养博士研究生1人，硕士研究生9人。