높은 - 온도 응용을위한 Inconel 718 가공

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Inconel 718 retains >650도에서 600 MPa 항복 강도로 인해 터빈 디스크 및 연소기 라이너에는 필수 불가결합니다 [1]. 기존의 가공은 빠른 도구 마모 및 인장 잔류 응력을 발생시켜 피로 성능을 손상시킵니다 [2]. 하이브리드 극저온 - 레이저 보조 가공 (CLAM)은 이러한 문제를 완화 할 수있는 잠재력을 보여 주었지만 [3] 대표적인 열 부하에 따른 체계적인 데이터는 거의 없습니다. 이 연구는 통계적으로 설계된 실험 및 물리학 - 기반 온도 모델링을 사용하여 기준 홍수 냉각에 대한 조개 성능을 정량화합니다.

2 연구 방법
2.1 실험 설계
Taguchi L9 직교 어레이는 먼저 - 순서 상호 작용을 캡처하는 동안 실험 실행을 최소화하기 위해 선택되었습니다 (표 1). 독립 변수 : 절단 속도 (VC), 피드 (F) 및 액체 - 질소 제트 압력 (P). 종속 변수 : 공구 수명 (T), 측면 마모 (VB), 표면 거칠기 (RA), 잔류 응력 (σR).

표 1 L9 어레이의 요인 수준
레벨|vc (m min⁻¹)|f (mm rev⁻¹)|P (MPA)
1 | 30 | 0.05 | 2
2 | 60 | 0.10 | 4
3 | 90 | 0.15 | 6

2.2 재료 및 툴링
공작물 : 용액 - 처리 및 노화 된 Inconel 718 (AMS 5662), 경도 44 ± 1 HRC. 절단 삽입 : Sandvik CNMG 120408-PM, 등급 1105 (Tialn – Tin 다층, 3.5 µm). 툴 홀더 : PSBNR 2525M12, 접근 각도 75도, 레이크 6도, 클리어런스 5도.

2.3 장치
공작 기계 : DMG - Mori NLX 2500 SY, 최대 스핀들 4,000 rpm. 극저온 전달 : 듀얼 - 노즐 액체 - 질소 시스템 (압력 0–8 MPa, 흐름 3–12 L Min⁻¹). 레이저 pre - 열 : 500 W 섬유 레이저 (λ=1070 nm), 스팟 직경 2 mm, 전력 밀도 15 kW cm ².

2.4 데이터 수집
Kistler 9129AA 3 방향 동적에 의해 측정 된 힘; 신호는 20kHz에서 샘플링되었고 낮은 - 패스 1 kHz에서 필터링되었습니다. 듀얼 - 웨이브 고통계 (1.5–1.8 µm, 1 kHz)로 캡처 한 공구 - 치프 인터페이스 온도. x - ray 회절 (Sin²² Method, Cr - k 방사선)에 의해 결정된 잔류 응력 50 µm 단위. Alicona Infinitefocus G5 (0.01 µm 수직 해상도)를 통해 기록 된 표면 거칠기.

2.5 열 모델링
Johnson – Cook 구성 매개 변수는 분할 - Hopkinson 테스트에서 25–800도 및 10 ³–10 ° S⁻¹ 변형률에서 다시 재조정되었습니다. 1 차 전단 영역의 온도 상승은 적외선 열 화상학에서 파생 된 열 분할 계수와 결합 된 Oxley의 가공 이론을 사용하여 예측되었다.

3 결과 및 분석
3.1 도구 수명 및 마모 메커니즘
그림 1은 세 가지 냉각 전략에서 측면 마모 진행을 보여줍니다. 조개는 균일 한 마모 성장 (28.7 분에 VB=0.3 mm)을 나타 냈으며, 홍수 냉각은 12.1 분에 도구 - 수명 기준에 도달했습니다. SEM 현미경 사진은 홍수 냉각에서 우세한 확산 마모를 나타냈다.

3.2 표면 무결성
그림 2는 RA 및 잔류 응력 프로파일을 대조합니다. 조개는 홍수 냉각시 0.47 ± 0.05 µm와 비교하여 RA=0.31 ± 0.02 µm을 생성했습니다. 조개의 잔류 응력은 150 µm 깊이에서 압축 (-380 ± 45 MPa)으로 유지되었다; 홍수 냉각은 50 µm에서 인장 응력 (+120 ± 30 MPa)을 생성했습니다.

3.3 피로 성능
650도에서 3 개의 - 포인트 굽힘 (ASTM E466)은 홍수 - 냉각 된 대조군 (1.3 × 10)에 비해 조개 시편의 사이클에 대한 사이클 (2.6 × 10)의 2 배 증가를 보여 주었다. Fractography는 압축 잔류 응력과 일치하여 표면에서 서브 - 표면으로 이동 한 균열 개시가 확인되었습니다.

3.4 모델 검증
예측 된 1 차 전단 - 영역 온도는 모든 매개 변수 조합 (r²=0.92)에서 불꽃 측정 데이터의 8 % 내에 합의되었습니다. 교정 된 열 모델을 사용하면 프로세스 플래너가 - 프리 - 인터페이스 온도를 650도 미만으로 유지하는 절단 매개 변수를 선택하여 확산 마모를 최소화 할 수 있습니다.

4 토론
4.1 마모 억제 메커니즘
조개 하의 인터페이스 온도가 낮을수록 Tialn 산화를 억제하고 칩으로 코발트 바인더 확산을 감소시켜 공구 수명을 연장합니다. 레이저 프리 - 열은 극저온 제트에서 열 충격을 중재하여 이전의 극저온 - 만 연구에서 관찰 된 마이크로 - 치핑을 방지합니다 [4].

4.2 잔류 응력 형성
압축 응력은 가공 된 표면의 빠른 극저온 켄칭에서 비롯됩니다. 레이저 프리 - 열은 과도한 냉각을 상쇄하여 부서지기 쉬운 위상 핵 생성 (δ - ni₃nb)을 방지하여 연성을 손상시킬 수 있습니다 [5].

4.3 제한
실험은 연속 회전을 사용했습니다. 밀링의 전형적인 중단 절단은 열 파티션 및 잔류 응력을 변화시킬 수 있습니다. 단조 디스크의 재료 이방성은 해결되지 않았다. 액체의 경제적 평가 - 질소 소비 대 생산성 향상이 보류 중입니다.

4.4 실제적 영향
Clam은 건조 또는 근처에서 - inconel 718의 건조 가공을 가능하게하여 최대 650도까지 서비스를위한 구성 요소를 사용하여 냉각수 폐기물이 78 %, 공구 재고는 40 % 감소합니다. 실제 - 삽입 마모 및 공작물 변동성을 보상하기 위해 실제 - 시간 열 이미징을 기반으로 한 적응 제어와의 통합이 권장됩니다.

5 결론
조개는 도구 수명을 연장합니다. 검증 된 열 모델은 매개 변수 선택을위한 재현 가능한 프레임 워크를 제공합니다. 향후 작업은 밀링 시험 및 수명주기 비용 분석에 중점을 두어야합니다.

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