Karbidinnsats vs keramisk innsats for superlegerte turbinblader

PFT, Shenzhen

Formål: Kvantifiser gapet mellom karbid- og keramiske innsatser når du er ferdig med å-dreie Inconel 718-turbinblader under produksjons-gulvkjølevæsketrykk (7 MPa).
Metode: En enkelt-punkts, full-faktoriell prøve variert skjærehastighet (vc 40–120 m/min) og mating (fn 0,05–0,20 mm/r). Sluttpunktet for verktøyets levetid- var 0,3 mm flankeslitasje eller katastrofalt brudd. Kraft, overflateruhet (Ra) og{10}}hvitt lagdybde ble registrert.
Resultater: Ved vc 80 m/min kjørte whisker-forsterkede keramiske innlegg 2,1 minutter før brudd, men fjernet 4,8× materialet av belagt karbid (GC1115) som varte i 11 minutter. Karbid produserte Ra 0,42 µm mot 0,78 µm for keramikk. Hvitt{10}lagsdybde holdt seg under 5 µm for begge.
Konklusjon: Keramikk trippel MRR når hastighet større enn eller lik 80 m/min og overflate Ra Mindre enn eller lik 0,8 µm er akseptabelt; karbid forblir tryggere for Ra < 0,5 µm eller avbrutt kutt.

Karbidinnsats vs keramisk innsats for superlegerte turbinblader

Nikkel-baserte blader i superlegering forlater smia ved 46 HRC og spiser verktøybudsjetter til frokost. Butikker velger vanligvis mellom ultra-tøff karbid og lynraske-keramiske innsatser uten harde tall. Dette notatet gir disse tallene-ingen markedsføringsflott.

2 Forskningsmetoder
2.1 Arbeidsstykke og maskin

Legering: Inconel 718, 46 HRC, Ø 85 mm stang, 250 mm overheng.

Dreiebenk: DMG CTX beta 800, 12 kW, 7 MPa gjennom-verktøykjølevæske, 5 μm posisjoneringsrepeterbarhet.

2.2 Skjæreverktøy

2.3 Prosedyre

To omganger per stang: grov til 1 mm lager, finish til endelig 0,2 mm dybde.

Faktoriell matrise: vc 40, 60, 80, 100, 120 m/min × fn 0,05, 0,10, 0,15, 0,20 mm/r.

Stoppkriterier: flankeslitasje VB=0.3 mm eller kantbrudd.

Mål: dynamometer (Kistler 9129A) for strøm, laserprofilometer (Keyence LJ-V7080) for Ra, røntgenstrålediffraksjon for hvitt lag.

3 Resultater og analyse

3.1 Verktøylevetid
Figur 1 viser verktøyets levetid kontra vc. Karbid følger en klassisk Taylor-helling (n=0.24) som faller fra 24 min ved 40 m/min til 5 min ved 120 m/min. Keramikk sprer seg mellom 0,7–2,1 min over 80 m/min på grunn av termisk sprekkdannelse.

3.2 Materialfjerningshastighet (MRR)
Tabell 1 kontrasterer MRR ved samme verktøy-sluttpunkt-.

3.3 Overflateintegritet

Ra (um): karbid 0,42 ± 0,05; keramikk 0,78 ± 0,12.

Hvitt-lagsdybde: < 5 µm for begge; ingen målbar mikro-hardhetsøkning.

Restspenning: karbidblader 120 MPa komprimerende, keramisk 180 MPa strekk-fortsatt innenfor OEM-grensene.

3.4 Strømtrekk
Karbid var gjennomsnittlig 2,1 kW; keramikk nådde en topp på 3,8 kW, innenfor spindelreserve.

4 Diskusjon
4.1 Slitasjemekanismer
Hårdmetall sviktet av flankeslitasje pluss mikro-chipping, i samsvar med Sandvik-rapporter. Keramikk bukket under for termiske sjokksprekker som forplantet seg fra avfasningen, akselerert av kjølevæske.

4.2 Økonomisk kryss-
Ved å bruke butikk-gulvkostnadsdrivere (sett inn pris, endring-over tid, spindelhastighet), lander balanse- på 110 m/min der keramikkens 3× MRR oppveier 2× innsatspris og høyere skrotrisiko.

4.3 Begrensninger

Kun kontinuerlig kutt; avbrutt kutt knuste keramikk i pilotforsøk.

Kjølevæsketrykk > 8 MPa reduserte den keramiske levetiden med 30 %.

4.4 Praktisk takeaway
Velg keramikk når (a) overflate Ra 0,8 µm er akseptabelt, (b) spindel kan levere mer enn eller lik 100 m/min, (c) kutt er kontinuerlige. Hold deg til karbid for den endelige etterbehandlingen av aerofolien eller noe spalte-/skulderarbeid.

5 Konklusjon
Keramiske innsatser trippel materialfjerningshastigheter i Inconel 718 over 80 m/min mens de oppfyller spesifikasjonene for hvite-lag, men overflateruhet og bruddrisiko favoriserer karbid for Ra < 0,5 µm eller avbrutt geometri. Repliker faktoren ved kjølevæsketrykket ditt for å bekrefte overgangspunktet før du-siterer jobben på nytt.