Inconel概要：

Inconel是沉淀强化的镍基高温高强合金

Inconel在－～℃温度范围内具有良好的综合性能，℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。

该合金的另一特点是合金的组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。

对应牌号

供货规格：

圆钢、棒材、板材、带材、管材、线材兰宇活动低价供应

化学成分：

C≤0.08Mn≤0.35Si≤0.P≤0.35S≤0.Cr17~21Ni50~55Mo2.8~3.3Cu≤0.3Ti0.65~1.15Al0.2~0.8Fe余量Nb4.75~5.5B≤0.

物理性能：

常温下合金的机械性能的MIX：

特性：

1.易加工性

2.在℃时具有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度

3.在℃时具有高抗氧化性

4.在低温下具有稳定的化学性能

5

.良好的焊接性能

金相结构

合金为奥氏体结构，沉淀硬化后生成的γ”相使之具有了优秀的机械性能。在热处理过程中于晶界处生成的δ相使之具有了较好的塑性。

耐腐蚀性

不管在高温还是低温环境，合金都具有极好的耐应力腐蚀开裂和点蚀的能力。合金在高温下的抗氧化性尤其出色。

工艺性能与要求

热加工

合适的热加工温度为-℃，冷却方式可以是水淬或其他快速冷却方式，热加工后应及时退火以保证得到优良的性能。热加工时材料应加热到加工温度的上限，为了保证加工时的塑性，变形量达到20%时的终加工温度不应低于℃。

冷加工

冷加工应在固溶处理后进行，加工硬化率大于奥氏体不锈钢，因此加工设备应作相应调整，并且在冷加工过程中应有中间退火过程。

焊接工艺

合金具有满意的焊接性能，可用氩弧焊、电子束焊、缝焊、点焊等方法进行焊接。

零件热处理工艺

航空零件的热处理通常按标准热处理制度和直接时效热处理制度进行。

应用范围领域

由于在℃时具有高温强度和优秀的耐腐蚀性能、易加工性，可广泛应用于各种高要求的场合。

1.汽轮机

2.液体燃料火箭

3.低温工程

4.酸性环境

5.核工程

随着航空航天产业的发展，镍基高温合金Inconel材质的零部件使用越来越多，对其表面质量的要求也越来越高…。

Inconel是沉淀硬化型的镍铬铁合金，具有优秀的机械性能和较高的塑性。在。C时具有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度，而且在高、低温环境均具有耐腐蚀性，因此能够制造各种形状复杂的零部件，被广泛应用于高性能航空发动机中的关键转动零件，如盘、叶片、轴、环、紧固件等。

磁力研磨加工是将磁场应用于研磨加工中而开发出来的新型光整加工工艺，是提高零件表面质量的有效手段。

Inconel合金制造的零件一般为复杂型面、微小结构零件等[训，磁力研磨加工具有很好的柔性和白适应性，可以有效解决此类零件的光整加工问题。

通过对Inconel合金零部件失效现象分析得知：失效的根源发生或者开始于零件表面，究其主要原因都是零件表面质量不良。

光整加工可以有效地降低表面粗糙度，提高零件的表面质量，延长零件的使用寿命[。因此，探究磁力研磨Inconel合金中各研磨因素对表面质量的影响规律，并获得优化的研磨工艺参数意义重大。

1磁力研磨机理

磁力研磨是在磁场的作用下，将被磁化的磁性磨料吸引到一起，沿磁力线方向形成一条条“磁串磁串”受磁场力作用而吸附在磁极端面并形成磁力研磨刷，且在研磨刷与工件问施加相对运动，磁性磨粒将在工件表面产生切削、滚动、滑动等现象，实现对工件表面的研磨加工刚。

研磨刷具有很好的柔性和仿形性，且磁力研磨加工热影响区小、加工范围广、加工表面质量高[71，因此可用于各种复杂曲面及微小结构零件等光整加工场合。

磁力研磨Inconel合金的试验装置如图1所示。光整加工过程中，研磨刷随主轴做旋转运动，提供研磨加工所需的线速度；工件装夹在机床工作台上，随工作台的运动在X、Y平面内完成研磨进给运动；研磨加工间隙通过Z轴进给量控制。

试验中选用的磁性磨料为雾化快凝法制备的球形复合磁性磨料，包括铁基合金相和硬质磨粒微粉相，其中铁基合金含Fe、Si、Al、Ni等成分；硬质磨粒微粉为Al2O3粉末(W7)。

此种磨料具有以下优点[】：(1)微韧分布一致性好，静态有效磨刃数多，可以提高磁力研磨质量和研磨加工效率；(2)铁基合金的加入增强了硬质磨粒微粉的润湿性，提高了磨粒相与铁基合金相的结合力，延长了磨料的使用寿命；(3)硬质磨粒微粉全部分散于铁基合金基体表面，保证了磁性磨料良好的导磁能力，以产生足够的研磨压力。

2实验

镍基高温合金Inconel中含有大量可以提高合金强度、硬度、耐磨性的强化相，使合金的研磨加工性变差，而且其高温强度高、塑性变形程度大，导致磨削力较大。

为分析主要研磨工艺参数对磁力研磨效果的影响，采用山东鲁南机床厂XKC改造的平面磁力研磨系统进行研磨试验，样件为mm×30mm×1mm的Inconel合金板，自制直径26mm、长10mm轴向充磁的N38钕铁硼永磁极，自制无机盐研磨液，以雾化快凝法制备Al2O3系球形磨料。

在磁力研磨过程中采用美国ATencor公司的MicroXAM．型白光干涉仪检测样件表面粗糙度和微观形貌，用来对比分析磁力研磨加工效果。

3结果与讨论

3．1主轴转速对表面粗糙度的影响图2所示为进给速率10ram／rain、加工间隙2．0mlTl、磨料填充量2．5g的条件下磁力研磨Inconel合金样件时，不同主轴转速下表面粗糙度的变化曲线。由图2可知，当转速为r／min时，粗糙度下降趋势较弱，研磨加工10rain后样件表面粗糙度降低了40％。

原因是主轴转速过低时，相同时间内磁性磨粒对样件表面的磨削次数较少，工件表面材料的去除量降低，表面粗糙度下降趋势缓慢。

当主轴转速为r／min和1r／min时，研磨10min后表面粗糙度分别降低了68％和62％，是因为相同时间内参与加工的磁性磨粒增多，工件表面材料去除量增大，粗糙度下降趋势加快。

转速1r／min下研磨6min后，由于研磨刷研磨性能的下降和磨粒磨削刃的钝化，无法有效去除工件材料，造成表面粗糙度下降趋势变缓，同时随着主轴转速的提高，磨粒在加工区域内受到的离心力增大，克服研磨摩擦力的运动性能减弱。

当主轴转速超过研磨临界线速度时，磁性磨粒和研磨液会沿着研磨的切线方向飞离加工区域，使研磨刷的研磨性能急剧降低，同时研磨液的甩出会导致磁性磨料与加工表面之间的摩擦因数增大，工件表面易产生划伤等缺陷，造成表面粗糙度升高[m]。

所以，选取主轴转速r／min进行后续的研磨试验，此时研磨压力适当，且保证研磨刷的高效研磨性能，最终获得较好的表面质量。

3．2加工间隙对表面粗糙度的影响磁力研磨中加工间隙发挥作用重大。

当加工间隙过大时，磁极在加工区域内产生的磁感应强度就会减弱，磁力研磨刷的柔性过强，研磨压力减小，研磨效率降低；当加工间隙过小时，加工区域内的磁感应强度过大，导致研磨刷的刚性加大，磁性磨粒易在工件表面产生划痕，从而降低工件的表面粗糙度。因此，在磁力研磨中必须寻求合适的加工间隙。

图3所示为主轴转速r／min、进给速率10mm／min、磨料填充量2．5g的条件下，加工间隙与研磨不同时间后Inconel合金表面粗糙度的关系。

从图3可看出，当加工间隙为1．0mm时，工件表面粗糙度下降缓慢，表面质量改善不佳，这主要是由于加工间隙太小，研磨区域内可用的磨料较少，形成的磁力研磨刷变短，导致研磨刷的柔性变弱，刚性磨削增强[¨]，磁力研磨加工的优势无法显示出来，因此样件表面粗糙度下降的趋势较缓。

当加工间隙为1．5mm和2．0mm时，经10rain研磨后的表面粗糙度分别降低了64％和66％，且两种加工条件下获得的表面粗糙度变化趋势基本相同，说明磁力研磨Inconel合金的最佳加工间隙在1．5～2．0mm之间。当加工间隙为1．5mlTl时，

磁极在加工区域内产生的磁感应强度较大，磁性磨粒的磨削作用增强，可对原始表面进行快速研磨，粗糙度下降趋势明显；2．0mm的加工间隙所产生的磨削力稍小于1．5mm时产生的力，研磨4rnin后可获得更小的表面粗糙度。由于随着表面光整加工的进行，过大的磨削作用力反而会划伤光整后的表面，造成表面质量变差，因此2．0rain为适宜的加工间隙。

3．3磨料填充量对表面粗糙度的影响tmin

图3不同加工间隙时Inconel合金表面粗糙度随研磨时间的变化磨料填充量是指加入到加工间隙内的磨料数量。

图4所示为主轴转速r／min、进给速率10mm／min、加工间隙2mm的条件下，磨料填充量分别为1．5、2．5和3．5g时Inconel合金表面粗糙度岁研磨时间的变化。

从图4可知，磨料填充量不足(如仅为1．5g)时，在光整加工中参与研磨的磨粒数量较少，形成的磁力研磨刷的研磨性能较弱，此时无法高效去除样件表面材料，表面粗糙度降低效果不好。

反之，若磨料填充量过多(如3．5g)时，形成的研磨刷厚度增大，磨料相对运动时的自我搅拌、灵活磨削性能就会下降，同时磨料填充过多还会造成磨料堆积，研磨加工时由于受力不均而飞离加工区域，难以保证优质的研磨质量。

由图4可见，当磨料填充量为3．5g时，研磨起初阶段由于研磨刷刚性较强，参与磨削的磨粒较多，粗糙度下降较快，但随着研磨加工的

又保证了研磨刷良好的自锐性，使研磨加工能够高效地进行。

综合以上试验结果，确定优化的磁力研磨条件为:主轴转速r/min，进给速率10mm/min，加工间隙2.0mm，磨料填充量2.5g。

3.4磁性研磨对表面粗糙度及表面微观形貌的改善

表面粗糙度能够定量表征加工表面的微观不平度，实现对表面微观形貌的量化描述，是研究表面完整性的重要指标H2]。

在常规机械加工过程中，由于刀具与工件表面是刚性接触，切屑从工件表面分离时易产生塑性变形和撕裂作用，加之刀具本身的微变形，因此工件表面粗糙度较大，难以满足使用要求。磁力研磨加工中，在磁场力的作用下形成的磁力研磨刷具有很好的柔性，且磁性磨料粒径较小，在工件表面产生磨削、挤压、塑变磨损及电化学磨损等作用，可快速降低工件表面粗糙度。

在优化组合条件下研磨20min，样件表面粗糙度下降趋势较明显，通过白光干涉仪测得Inconel合金样件研磨前后的表面粗糙度情况如图5所示，样件表面粗糙度Ra由原来的0.μm降低到0.μm，达到镜面效果。

为进一步分析磁力研磨对Inconel合金表面的影响，采用白光干涉仪测出研磨前后样件的三维微观形貌,如图6所示。常规加工的刚性接触在接触表面会产生剧烈的切削、挤压、摩擦等作用，使加工区域温度急剧升高，同时受机械振动的影响，磨削表面会产生大量毛刺和沟状划痕(如图6a所示)。

经过磁力研磨加工，样件表面毛刺和划痕基本被去除，微观平整性得到大幅度提高，如图6b所示。

这是因为研磨刷具有很好的柔性，磨粒在整个研磨过程中进行了复杂的合成运动，不断地摩擦、翻滚、碰撞，对去除工件表面规则的机械划痕具有较好的效果，磁力研磨在加工过程中能够始终保持足够的研磨压力作用于工件表面，对工件表面产生挤压、摩擦等作用，可以有效去除工件表面的毛刺[3]。

因此磁力研磨可以大幅度改善工件表面微观形貌，达到光整加工目的。

4结论

(1)在优化的研磨参数下，即主轴转速r/min、进给速率10mm/min、加工间隙2mm、磨料填充量2.5g，采用雾化快凝法制备的Al2O3系磨料对Inconel合金进行磁力研磨20min，样件表面粗糙度R。

从原始的0.μm下降到0.μm，达到镜面效果。