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ISO S HRSA 和钛合金

定义

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  • ISO S组可以分为耐热优质合金 (HRSA) 和钛合金。

  • HRSA材料可以分为三组:镍基、铁基和钴基合金。

  • 状态:退火、固溶处理、时效、轧制、锻造、铸造

  • 特性:合金含量增加 (Co、Ni),其具有更好的耐热性和更高的耐腐蚀性,并且抗拉强度增加。


切削加工性概述

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  • 由于合金的化学性质和制造过程中所采用的具体冶炼工艺不同,每一材料的物理性质和加工性能有相当大的变化。

  • 退火和时效处理对后续加工特性有较大影响。

  • 切屑控制困难 (锯齿状切屑)

  • 特定切削力:HRSA为2400-3100 N/mm²,钛为1300-1400 N/mm²

  • 切削力和所需功率非常高

 

时效

为获得较高的强度,耐热合金可以进行“沉淀硬化”。

通过在高温下对材料进行处理 (如时效处理),小的金属间颗粒就会沉淀到合金中。这些颗粒会阻碍晶体结构中的运动,从而使材料更难于变形。

 

S材料MC代码

根据切削加工性,HRSA钢分为铁基、镍基和钴基材料。钛合金被分为商业纯、α相合金、近α相合金、α相/β相合金和β相合金。

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HRSA材料 – S 1.0-3.0

定义

高耐腐蚀性材料,在较高温度下能够保持其硬度和强度。材料可以在高达1000℃的温度下使用,而且可以通过时效处理来硬化。

  • 镍基合金应用范围最为广泛 - 飞机发动机中超过50%的重量是镍基合金制造的。沉淀硬化材料包括:Inconel 718、706 Waspalloy、Udimet 720。固溶强化 (不可硬化) 包括:Inconel 625。

  • 铁基材料从奥氏体不锈钢发展而来,高温强度特性最差:Inconel 909、Greek Ascolloy和A286。

  • 钴基材料具有最好的高温性能和耐腐蚀性,主要应用在医疗行业:Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10)、Stellite 21和31。

  • HRSA材料中主要的合金元素
    Ni:增加抗拉强度。
    Co、Mo、W:增加高温时的强度。
    Cr、Si、Mn:提高耐腐蚀性。
    C:增大粒度

常见零件

在燃烧和轮机领域的航空发动机和动力燃气轮机。海洋油气开采应用。医疗关节植入产品。高耐腐蚀应用。

 

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切削加工性

HRSA材料的切削加工难度按照下列顺序依次增加:铁基材料、镍基材料和钴基材料。所有材料在高温下都具有高强度,并且在切削过程产生锯齿状切屑,这会导致很高的动态切削力。

加工过程中不良的导热率和高硬度会导致高温。高强度、加工硬化和粘附硬化特性导致在最大切削深度处产生沟槽磨损,并使切削刃处于极为恶劣的磨蚀性环境中。

硬质合金牌号应具有良好的切削刃韧性,且涂层与基体粘附良好,以提供良好的抗塑性变形能力。一般而言,要使用小主偏角刀片 (圆刀片) 并选择正前角刀片槽形。在车削和铣削中,根据应用可使用陶瓷牌号。

 

钛合金 – S 4.1-4.4

定义

根据结构和所含合金元素可将钛合金分为四类。

  • 未经处理的商业纯钛。

  • α相合金 – 添加Al、O和/或N。

  • β合金 – 附加Mb、Fe、V、Cr和/或Mn。

  • 混合α+β合金,存在两相混合。

混合α+β 合金,型号Ti-6Al-4V,占当前所用钛合金的大多数,主要用在航空领域,也用在常规应用领域。钛的比强度高,密度仅为钢的60%并具有出色的耐腐蚀性。利用这一特性可以设计薄壁件。

 

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常见零件

在可能对大多数其它材料造成严重腐蚀的极为恶劣的环境下,可以使用钛合金。这是因为在零件表面形成的大约0.01 mm厚的氧化钛(TiO2)覆盖层具有非常强的耐腐蚀性。如果氧化层遭到破坏,只要有氧,钛就会立即重新生成氧化物。适用于热交换器、脱盐设备、喷气式发动机零件、起落架、航空框架结构件。

 

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切削加工性

与普通钢材及不锈钢相比,钛合金的切削加工性差,对切削刀具有特殊要求。钛合金的导热性差;在高温下保持高强度,从而在切削刃上产生很高的切削力和热量。被高度剪切的薄切屑具有粘附趋势,会在前刀面上形成一个狭窄的接触区,切削力高度集中于切削刃附近。过高的切削速度会使切屑和刀具材料之间产生化学反应,进而导致刀片突然崩刃/破裂。切削刀具材料应具有良好的热硬性、较低的钴含量,而且不会与钛发生反应。通常使用细晶粒非涂层硬质合金。选择正前角/开放槽形以及良好切削刃韧性的刀具。


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