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山高SECO针对ISO S难加工材料组的整体刀具解决方案

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山高SECO针对ISO S难加工材料组的整体刀具解决方案
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针对S组难加工材料的整体解决方案

为了针对极具挑战的ISO-S组难加工材料的高效加工所需开发解决方案,山高进行了大量研发。我们与航空航天、能源和医疗等行业中的合作伙伴密切合作,关注趋势、识别挑战并开发能最大限度地提高高温合金和钛基合金生产率及性能所需的刀具。

我们在超过75个国家/地区拥有5000名员工,提供遍布全球的网络资源,全力解决您面临的挑战并为您的运营提供支持。与山高合作时,您将会体验到以信任、尊重和沟通为基础的值得信赖的伙伴关系。我们的解决方案不仅包括您可以在应用中放心使用的刀具产品,我们还会与您的团队密切合作来解决和完善每个生产环节。

80多年来,山高开发了一系列深受众多知名制造企业信赖的刀具、工艺和服务,令他们一路领先,连创佳绩。无论您遇到任何高温合金和钛合金的挑战,我们的团队都会陪伴在您的身边,以丰富的经验和高质量的产品帮助您度过难关,铸就辉煌。

山高业务服务

研发

山高的研发团队将最新技术融入标准和特殊硬质合金立铣刀中,以满足当今制造商的需求。S组材料是我们研发和重点关注的领域。

测试/优化

山高的测试中心遍布全球,为优化客户工艺提供额外的测试服务。每个中心都进行应用模拟,并使用先进的CNC机床进行大量测试。山高与高校及科研机构紧密合作,旨在相互学习并紧跟最新的技术。

培训和教育

山高STEP培训可在山高全球技术中心提供,也可在您的工厂现场提供。山高的STEP培训课程涵盖各类切削,提供各种水平的专业知识。无论是指导初学者学习切削工艺的基础知识,还是帮助专家随时了解最新的技术创新,山高STEP培训都是一个可以让您的员工队伍发挥最大潜力的宝贵资源。

S组难加工材料介绍

在金属切削行业中,最难加工的工件材料莫过于高温合金(HRSA)和钛合金。这些合金被归类为ISO-S材料或简称S组材料,它们主要用于需要高耐腐蚀性和抗蠕变性、同时还能在极端温度下具有高强度的组件。较高的强度重量比是导致选择钛而非传统金属的另一个重要因素。以下产品要求使用具有这些特征的组件:起落架、喷气发动机、发动机支架、蒸汽轮机、油气零件和具有生物相容性要求的植入物,如膝关节、髋关节和牙科置换组件。因此,山高的整硬铣削部门主要关注于航空航天、能源和医疗应用,以便为客户提供最高效和最有效地加工这些难加工材料的支持。

山高根据5个重要属性对材料的可加工性进行了分类,这些属性是:耐磨性、延展性、应变硬化、导热性和硬度。

  • 耐磨性是指由能够形成硬质合金、氧化物和金属间颗粒的合金元素导致的硬度变化。耐磨性会导致切削刃过度磨损。高耐磨性材料包括镍合金和碳纤维增强塑料等。
  • 延展性是指材料破裂时的高伸长率,该属性会导致粘附性和积屑瘤,是铝合金和钛合金加工时的主要难点之一。
  • 应变硬化会在受切削力的情况下使表面材料产生硬化。这是加工镍基合金时需要克服的一个已知挑战。
  • 导热性是指材料的热量传导性。工件材料的导热性越低,集中在切削刃上的热量越多,从而造成切削刃温度过高。
  • 硬度是材料的抗变形能力。硬度越高,使材料变形所需的力越大。高硬度还会产生大量热量。

同时考虑所有这些特征时,可以绘制一张极坐标图,以便直观地查看工件材料的可加工性。

与相对容易加工的钢相比,钛和Inconel 718均具有显著的粘附性、更低的导热性和更高的应变硬化。这些属性显示在上图中,构成了切削过程中的挑战。

以使用ISO分类为起点,山高从九种材料组开始,再进一步分成54个分组,以提供业内最佳的切削参数建议。其中一组称为S组材料,由S1、S2、S3、S11、S12和S13组成。下表进一步说明了这些分类。

高温合金(HRSA)

在高温合金组中,关键的合金元素为:
•镍(Ni):基于该元素的合金具有优异的高温属性。
•钴(Co)、钼(Mo)和钨(W)在高温下拥有高强度。
•铬(Cr)、铝(Al)和硅(Si)可提高氧化物强度。
•碳(C):该元素可提高抗蠕变强度。

S1介绍(铁基高温合金)

铁基合金从奥氏体不锈钢(Discaloy)发展而来。不锈钢的铬含量应至少达到10%才能实现高耐腐蚀性和抗氧化性。铁基合金中合金元素铬和/或镍的含量可达到20-25%。它们在山高的S组材料组中具有最低的金属高温强度属性。这些材料的可加工性与不锈钢接近。一些铁基高温合金具有高延展性,而另一些则可进行沉淀硬化。一些铁基高温合金在固溶处理条件下可以进行更好的加工,特别是与沉淀处理后的高抗拉强度相比。另一些铁基高温合金在沉淀处理后延展性较低,因而更易于加工。

S2介绍(钴基高温合金)

钴基高温合金因其卓越的耐腐蚀性而被选中,由于其铬含量较高(Stellite 21),其耐腐蚀性要超出镍基合金。该性质与生物相容性结合,使该合金成为膝关节置换组件和牙科组件的常用选择。其高温耐腐蚀性使其可用于航空航天发动机和核能行业中温度最高的零件。钴基高温合金的可加工性较低,大部分钴基高温合金都在固溶处理条件下或甚至在铸造条件下使用。

S3介绍(镍基高温合金)

镍基合金是最常见的高温合金(Inconel 718)。它们具有较低的导热性、较高的高温强度并且易于应变硬化,因此难以进行加工。大部分镍基合金材料都进行了沉淀硬化,因此抗蠕变强度较高,特别适合用于燃气轮机、喷气发动机、航天器和核反应堆。镍基合金可通过多种方式进行热处理,因而可加工性变化极大。不同结构可形成不同的磨蚀程度,从而使引起积屑瘤的趋势也发生变化。最常见的镍基高温合金是Inconel 718。

镍基Inconel 738和钴基SFX414等高温合金能够在850到1200摄氏度的温度范围下运行。同时一些最新的高温合金材料,如GTD 262和Rene 108可在更高的燃气温度下运行。相应地,这些新型合金也提出了更大的加工挑战,要求显著降低切削速度。

建议:
  1. 采用相对较大的切削深度以及较小的切削宽度或使用不断变化的切削深度来尽可能减少应变硬化导致的沟槽磨损。
  2. 使用具有PVD镀层的正角槽型,因为这样可以减小压力和断裂。
  3. 相对较低的切削速度与相对较大的每齿进给量可减少热量生成并降低切削刃上的温度。
  4. 使用高压乳化液来进一步控制温度。

S11、S12和S13材料介绍(钛)

钛和钛合金具有较高的强度密度比,因此被广泛用于航空航天行业中。此外,由于具有卓越的生物相容性,它们还常用于医疗植入物中。这些材料可分为三组:低合金钛(也称为α合金)、中合金钛(也称为α+β合金)和高合金钛(也称为近α+β合金)。

从α合金到近α+β合金,可加工性逐渐降低。

S11介绍

低合金钛材料组包括商业纯(CP)钛。特别是铝和钒被用作本组的合金元素,这些材料用于需要高抗蠕变强度的应用中。CP钛还被按材质等级分为:1-4、7和11。材质等级1的延展性最高,材质等级4的抗拉强度最高,材质等级7接近于材质等级2,而材质等级11接近于材质等级1。其余材质等级是为满足延展性、强度、硬度、抗电阻性、抗蠕变性和耐腐蚀性等方面的特定要求而打造的合金。

S12介绍

中合金钛材料组包括Ti6Al4V,这是该组内最知名的合金,在生产数量方面占所有钛合金的一半左右。该组由材质等级5和材质等级23组成。材质等级23可提供优异的损伤容限,是材质等级5的高纯度版,因此主要用于航空航天和医疗应用中。损伤容限是指零件在需要进行维修前可安全经受缺陷的能力。一些这类钛合金可进行沉淀硬化。

S13介绍

高合金钛材料组包括含有钒(V)、钼(Mo)和铌(Nb)元素的合金。这些合金是制造航空航天结构组件的锻造零件的理想选择。材料中所含的合金元素越多,其可加工性越低。这些材料还经过沉淀硬化以获得更高的抗拉强度,因此更难以加工。

2005年开发的Ti 5553是一种近ß合金。其名称源于其合金元素,其中包括5%的铝、5%的钼、5%的钒和3%的铬。Ti 5553具有1160MPa的高抗拉强度,而Ti6Al4V参考材料仅为910MPa。更高的抗拉强度将切削速度限制到比使用Ti6Al4V 加工时低50%的水平。

建议:
  1. 由于具有极低的导热性,建议使用高压乳化液。油雾也非常适用,但出于安全考虑并不常用。
  2. 切削速度取决于策略,但通常相对较低,变化范围为50m/min(传统)到150m/min(高速或高级粗加工)。
  3. 由于延展性以及高化学反应性,建议采用具有坚韧切削刃的正角槽型。AlTiN和AlCrN PVD镀层均适用于钛应用,并且都在此领域大获成功。

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