Ⅰ.Introdução

As superligações são materiais metálicos que mantêm excelente resistência, resistência à oxidação e resistência à corrosão a altas temperaturas.Indústrias nuclearesNo entanto, as suas propriedades superiores representam desafios significativos para a usinagem.altas temperaturas de corteEste artigo explora os problemas comuns encontrados no acabamento de superligações e fornece soluções correspondentes.

Ⅱ.O que é uma Superliga?

As superligações (ou ligas de alta temperatura) são materiais metálicos que mantêm alta resistência e excelente resistência à oxidação e à corrosão em ambientes de temperatura elevada.Podem funcionar de forma fiável sob tensões complexas em ambientes de corrosão oxidativa e gasosa de 600°C a 1100°CAs superligações incluem principalmente ligas à base de níquel, cobalto e ferro e são amplamente utilizadas nas indústrias aeroespacial, de turbinas a gás, de energia nuclear, automotiva e petroquímica.

Ⅲ.Características das superligações

1.Alta resistência a altas temperaturas
Capaz de suportar grandes tensões durante longos períodos a altas temperaturas, sem deformações significativas.

2.Excelente resistência à oxidação e à corrosão
Mantenha a estabilidade estrutural mesmo quando exposto a ar, gases de combustão ou meios químicos a temperaturas elevadas.

3.Boa resistência à fadiga e às fraturas
Capaz de resistir a ciclos térmicos e cargas de impacto em ambientes extremos.

4.Microstrutura estável
Dispõe de boa estabilidade estrutural e resiste à degradação do desempenho durante a utilização a altas temperaturas a longo prazo.

Ⅳ.Materiais típicos de superliga

1.Superligações à base de níquel
Notas comuns a nível internacional:

2.Superligações à base de cobalto

Notas comuns a nível internacional:

Graus chineses comuns (com equivalentes internacionais):

3.Superligações à base de ferro

Características:Baixo custo, boa maquinariabilidade; adequado para ambientes de temperatura média (≤ 700°C).

Notas comuns a nível internacional:

Graus chineses comuns (com equivalentes internacionais):

4.Comparação de superligações à base de níquel, cobalto e ferro

Ⅴ. Exemplos de aplicação de superligações

Ⅵ.Desafios na usinagem de superligações

1.Alta resistência e dureza:

As superligações mantêm uma elevada resistência mesmo à temperatura ambiente (por exemplo, a resistência à tração do Inconel 718 excede 1000 MPa).tendem a formar uma camada endurecida pelo trabalho ((com dureza aumentando 2-3 vezes)O desgaste da ferramenta é exacerbado, as forças de corte variam muito, o que aumenta significativamente a resistência de corte nas operações subsequentes.e a quebra da borda de corte é mais provável de ocorrer.

2- Má condutividade térmica e calor de corte concentrado:

As superligações têm uma baixa condutividade térmica (por exemplo, a condutividade térmica do Inconel 718 é de apenas 11,4 W/m·K, cerca de um terço da do aço).e a temperatura da ponta de corte pode exceder 1000°CIsto faz com que o material da ferramenta se amoleça (devido à dureza vermelha insuficiente) e acelera o desgaste da difusão.

3- Trabalho severamente endurecido:

A superfície do material torna-se mais dura após o mecanizado, o que intensifica ainda mais o desgaste da ferramenta.

4.Alta dureza e dificuldade no controlo de chips:

As fichas das superligações são altamente resistentes e não se quebram facilmente, formando muitas vezes fichas longas que podem envolver a ferramenta ou arranhar a superfície da peça.Isto afeta a estabilidade do processo de usinagem e aumenta o desgaste da ferramenta.

5.Alta reatividade química:

As ligas à base de níquel são propensas a reacções de difusão com materiais de ferramenta (como os carburos cimentados WC-Co), levando ao desgaste adesivo.formando uma cratera de desgaste em forma de crescente.

Ⅶ.Problemas comuns na fresagem de superligações com moinhos de acabamento

1. Desgaste grave da ferramenta

• A elevada dureza e resistência das superligações conduzem a um rápido desgaste das faces de rasteamento e dos flancos do moinho de acabamento.

• As altas temperaturas de corte podem causar rachaduras, deformações plásticas e desgaste por difusão na ferramenta devido à fadiga térmica.

2Temperatura de corte excessiva

• A fraca condutividade térmica das superligações significa que a grande quantidade de calor gerada durante o corte não pode ser dissipada a tempo.

• Isto conduz a um sobreaquecimento local da ferramenta, o que pode provocar o esgotamento da ferramenta ou a ruptura, em casos graves.

3- Trabalho intenso.

• As superligações são propensas a sofrer endurecimento durante o mecanizado, com a dureza da superfície a aumentar rapidamente.

• A próxima passagem de corte encontra uma superfície mais dura, agravando o desgaste da ferramenta e aumentando as forças de corte.

4.Altas forças de corte e fortes vibrações

• A elevada resistência do material resulta em grandes forças de corte.

• Se a estrutura da ferramenta não for devidamente concebida ou se a ferramenta não for seguramente apertada, pode provocar vibrações e barulho na máquina, causando danos à ferramenta ou um acabamento superficial deficiente.

5Adesão das ferramentas e borda construída

• A altas temperaturas, o material tende a aderir à borda de corte da ferramenta, formando uma borda acumulada.

• Isto pode causar cortes instáveis, arranhões na superfície da peça de trabalho ou dimensões imprecisas.

6.Pobre qualidade da superfície da máquina

• Os defeitos de superfície mais comuns incluem borbulhas, arranhões, manchas duras na superfície e descoloração na zona afectada pelo calor.

• A elevada rugosidade da superfície pode afectar a vida útil da peça.

7.Curta vida útil das ferramentas e elevados custos de usinagem

• O efeito combinado das questões acima resulta numa vida útil muito mais curta da ferramenta em comparação com os materiais de usinagem como liga de alumínio ou aço de baixo carbono.

• As consequências são a substituição frequente das ferramentas, a baixa eficiência de usinagem e os elevados custos de usinagem.8. Soluções e Optimização

ⅧSoluções e recomendações de otimização

1.Soluções para o desgaste grave das ferramentas:

1.1.Escolha um material de carburo de grãos ultrafinos ((Submicron/Ultrafine grain Carbide), que ofereça uma resistência superior ao desgaste e resistência à ruptura transversal.

*O carburo cimentado de grãos ultrafinos é amplamente utilizado em moldes, ferramentas de corte, usinagem de precisão, componentes eletrônicos e outros campos devido à sua excelente resistência ao desgaste e alta dureza.O tamanho típico dos grãos do WC varia de aproximadamente 0.2 a 0,6 μm. De acordo com as normas de diferentes países e marcas, as classes de carburo cimentado de grãos ultrafinos com maior frequência são as seguintes:

A.China Classificações comuns de carburo cimentado de grãos ultrafinos (por exemplo, XTC, carburo cimentado de Zhuzhou, terra rara de Jiangxi, Meirgute, etc.)

B.Grades alemães (por exemplo, CERATIZIT, H.C. Starck, etc.)

C.Grades japoneses (por exemplo, Mitsubishi, Sumitomo, Toshiba, etc.)

D. Graus dos EUA ((Kennametal、Carbide USA)

1.2Otimizar a geometria da ferramenta, tais como reduzir o ângulo de rasteamento e manter um ângulo de relevo moderado, para melhorar a resistência da borda.

1.3. Realizar afinação da borda para evitar a fragmentação e a propagação de micro-fissuras.

2Soluções para temperaturas de corte excessivas:

2.1 Usar revestimentos resistentes ao calor de alto desempenho, tais como AlTiN, SiAlN ou nACo, capazes de suportar temperaturas de corte de 800-1000°C.

2.2 Implementar sistemas de arrefecimento a alta pressão ((HPC) ou lubrificação de quantidade mínima ((MQL) para remover rapidamente o calor do corte.

2.3 Reduzir a velocidade de corte ((Vc) para minimizar a geração de calor.

3Soluções para o endurecimento do trabalho intenso:

3.1 Aumentar a alimentação por dente ((fz) para reduzir o tempo de permanência da ferramenta na camada endurecida.

3.2 Optar por profundidades menores de corte e passagens múltiplas para remover gradualmente a camada endurecida.

3.3 Manter a ferramenta afiada para evitar cortes com uma borda opaca através da camada endurecida.

4.Soluções para forças de corte elevadas e vibrações severas:

4.1 Utilizar ferramentas de hélice variável e de passo variável (espaçamento desigual) para reduzir a ressonância.

4.2 Reduzir ao mínimo o comprimento de sobreposição da ferramenta (mantendo a relação L/D<4) para aumentar a rigidez.

4.3 Otimizar a concepção das luminárias para melhorar a estabilidade da peça.

4.4 Planear o caminho de corte com prudência, utilizando, sempre que possível, a fresagem periférica em vez da fresagem frontal.

5.Soluções para adesão de ferramentas e borda construída:

5.1 Selecionar revestimentos com baixos coeficientes de atrito (por exemplo, TiB2, DLC, nACo) para reduzir as tendências de adesão.

5.2 Usar fluidos de corte ou MQL para melhorar a lubrificação.

5.3 Manter as arestas afiadas para evitar raspagens e acúmulo de calor causados por ferramentas maçantes.

6Soluções para a má qualidade das superfícies trabalhadas:

6.1 Optimizar os ângulos de franja e o tratamento das bordas para melhorar a suavidade do corte.

6.2 Reduzir a velocidade de alimentação para minimizar as vibrações e as marcas de corte.

6.3 Usar ferramentas de moagem fina para o mecanizado de acabamento e considerar várias passagens:moagem bruta→moagem semi-fina→moagem final.

6.4 Aplicar fluidos de corte para evitar o sobreaquecimento local e a descoloração por oxidação.

7.Soluções para a curta vida útil das ferramentas e os elevados custos de usinagem:

7.1 Implementar as estratégias acima indicadas de forma abrangente para prolongar a vida útil de cada ferramenta.

7.2 Instalar sistemas de monitorização da ferramenta (por exemplo, detecção automática de mudança/vida da ferramenta) para evitar a utilização excessiva.

7.3 Escolher marcas conhecidas ou ferramentas revestidas de alta qualidade para melhorar a relação custo-eficácia global.

7.4 Para o mecanizado por lotes de superligações, recomenda-se utilizar ferramentas personalizadas para otimizar a eficiência e o custo.

Ⅸ.Parâmetros de corte recomendados

Exemplo: Inconel 718

Notas:

• Refrigeração sob alta pressão: Este método é eficaz para remover rapidamente o calor e reduzir o desgaste das ferramentas durante as operações de esmagamento.

• Lubrificação de quantidade mínima ((MQL):Pode ser utilizada no roubado para minimizar o impacto ambiental, proporcionando simultaneamente uma lubrificação adequada.

• Operações de acabamento: Recomenda-se o arrefecimento a alta pressão para o acabamento, a fim de garantir a qualidade da superfície e evitar danos térmicos.

Estes parâmetros são otimizados para o mecanizado do Inconel 718, tendo em conta as suas propriedades materiais desafiadoras, tais como a sua elevada resistência, dureza e tendência a endurecer.Podem ser necessários ajustamentos com base nas capacidades específicas da máquina e nas condições das ferramentas..

ⅩConclusão

Embora seja um desafio, a usinagem de superligações é gerenciável com a seleção adequada de ferramentas e otimização do processo.geometria, revestimentos, arrefecimento e estratégia.

Para necessidades de ferramentas personalizadas ou soluções específicas de usinagem de superliga, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco para suporte técnico e amostras.