镍基高温合金是以镍为主要成分（镍基含量通常大于50%）的高温合金，在较高温度范围内片有良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力。它是高温合金中应用最广、牌号最多的一类合金。其中，GH4169（美国牌号Inconel718）是目前世界上生产量最大的镍基高温合金之一，也是我国使用量最大的一类典型镍基高温合金，被广泛的用于航空航天等行业。

GH4169镍基高温合金主要是由γ基体、Nb C、γ′、γ″和δ相组成，典型化学成分（见下表）。其中，Ti、Al、Nb等元素是组成强化相γ″（Ni3Nb）和γ′[Ni3Nb(Al,Ti）]的重要元素。一般情况下，γ″相数量最多，也是合金中最主要的强化相，在基体中呈圆盘状弥散析出；γ′相数量次之，呈球状弥散析出。γ″相和γ′相的存在，会使镍基高温合金塑性变形时的抗剪切强度提高，同时，γ′相还会使合金的粘附抗剪切强度、抗磨蚀等增强。此外，合金中还有Cr23C6 、Fe3C、Ti C、Nb C、Ta C、Mo C等稳定的高熔点、高稳定性和高硬度碳化物存在，这些碳化物弥散状分布在晶界处，阻碍晶界滑动与漂移，并造成局部合金化，使镍基高温合金的高温强度、硬度、化学稳定性进一步提高。因此，镍基高温合金非常难以加工，在切削加工时会产生切削温度高、刀片磨损大、切削变形大、加工硬化严重及与切削刀片产生化学反应等不利于切削加工的问题。我国GH4169镍基高温合金开展的研究较少。Inconel718和GH4169虽属同类产品，但成分和组织依然有所不同，加工特性可能存在差别。

穆然实业（muransy.com）就此进行分析。通过对我国GH4169镍基高温合金的常规的车削过程的微观观测与分析，研究了镍基高温合金在车削过程中刀片的磨损失效过程与机理，以期找出刀片失效的主要原因，为后续改善提供明确的方向。

实验方法

车削试验在马扎克NEXUS 300-II卧式车床上进行，切削参数为Vc=30-60m/min,f=0.12mm/r,ap=1.5 mm。被加工材料GH4169镍基高温合金为锻造件，硬度为41.2 HRC。切削后车削刀片的表面形貌、微观形貌和成分分析采基恩士VHX-600超景深显微镜和日立S-4800II冷场发射扫描显微镜进行。

磨损形态分析

在实验中，刀片主要磨损形态为前刀面磨损，后刀面磨损、沟槽磨损和刀尖磨损，造成最终失效的磨损形式以沟槽磨损和刀尖磨损居多。

2.1 前刀面磨损

在切削时，由于前刀面处于高温高压下，被加工材料的切屑和刀片的化学活性都会增强，同时，切屑与前刀面的实际接触面积较大，因此，在前刀面接触处的边缘，容易形成月牙洼磨损，使刀刃强度降低，易导致刀刃破损。不同倍率下的刀片的前刀面月牙洼磨损在所有实验刀片中均观察到了同类现象（如图1所示）。月牙洼位于前刀面靠近主切削刃处，主要是刀片前刀面和温度很高的切屑之间的化学作用造成的。

2.2 后刀面磨损

切削时，刀片与工件材料表面的摩擦会导致刀片后刀面剧烈磨损，这种磨损通常最初出现在刃线，并逐渐向下发展。刀片的后刀面磨损通常由磨粒磨损引起，GH4169中含有较多的硬质颗粒，这些硬质颗粒会同磨料一样划擦刀片表面的，在较大的接触应力作用下，从而对加工的刀片有强烈的耕犁作用，刻划出深浅不一的沟痕。后刀面的磨损特征在所有试验刀片中均基本一致。

2.3 刀尖磨损

刀片切削刀尖磨损主要在较高速度切削的情况下出现。刀尖磨损非常严重，既包含了主后刀面磨损，又包含了副后刀面磨损，从而使得主切削刃和副切削刃连成一片，在刀尖区形成了三角形磨损带。这种磨损失效形态导致的失效主要出现在较高切削速度下。

结论

(1）在实验条件下车削镍基高温合金时，刀片主要磨损形态为前刀面磨损，后刀面磨损、沟槽磨损和刀尖磨损，造成最终失效的磨损形式以沟槽磨损和刀尖磨损居多。

(2）上述磨损形态主要由磨粒磨损、粘结磨损及氧化磨损相互作用形成，其中粘结磨损是导致刀片磨损形态快速扩大的主要原因。

(3）在切削过程的参数选择或刀片的材料设计过程中，应避免积屑瘤的形成。

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