一、高温合金概述与分类

1.1 按基体元素分类

高温合金又称耐热合金或热强合金，能在 600~1000℃的高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作，具备良好的热强性能、热稳定性及热疲劳性能。该类材料按基体元素可分为镍基、铁基及钴基三大类，在航空、航天、发电设备和造船等领域有着广泛应用。

铁基高温合金使用温度范围为 600-850℃，典型牌号包括 GH4033、GH4169、K403 等，主要用于发动机温度较低部位，如航空航天发动机以及工业燃气的涡轮盘、机匣和轴等零件，以及部分承力件和紧固件。

镍基高温合金使用温度为 650-1000℃，典型牌号有 GH2036、GH2135 等，广泛应用于航空航天发动机涡轮部分的工作叶片、导向叶片、涡轮盘和燃气室等最热段零件，在高温合金应用中占比约 80%。

钴基高温合金使用温度可达 730-1100℃，具有良好的铸造性和焊接性；受钴资源限制，其价格相对较高，典型牌号为 K640，主要用作导向叶片材料。

1.2 按制造工艺分类

变形高温合金可进行冷、热变形加工，具有良好的力学性能和综合强韧性指标，以及较高的抗氧化、抗腐蚀性能，工作温度范围为 - 253℃-1320℃。该类合金一部分用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件，一部分用于制作涡轮盘与叶片等结构件。

铸造高温合金是以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料，工作温度在 1300-1500℃，主要应用在航空发动机的涡轮叶片（包括单晶叶片）、导向叶片、整铸涡轮、增压器、涡轮机匣、尾喷管调节器等。

粉末高温合金具有晶粒细小、成分和组织均匀的特点，基本消除了偏析，显著改善了热加工性能，能将难于变形的铸造高温合金通过粉末法改善热塑性而成为变形高温合金。

1.3 按强化方式分类

固溶强化型高温合金具备优异的抗氧化性、良好的塑性和成型性以及一定的高温强度，主要用于环境温度较高但承受应力较低的零件，如燃烧室和火焰筒等部件。

沉淀强化型高温合金具有较高的高温强度和蠕变强度以及良好的综合性能，主要用于承受高负荷、环境温度为高温或中温的零件，如涡轮叶片和涡轮盘等结构件。

氧化物弥散强化高温合金通过弥散分布的氧化物颗粒获得高稳定性，在 1000℃以上仍能保持较高的强度。晶界强化高温合金则通过加入微量硼、镁、锆等元素改善晶界状态，提高合金抗蠕变能力。

二、高温合金难切削的主要原因

2.1 高温强度高、加工硬化倾向大

切削加工时，塑性变形抗力大，切削负荷重，切削温度高。一般镍基高温合金的单位切削力比中碳钢高 50%，加工后表面层的加工硬化及残余应力大，硬化程度可达 200%-500%，刀尖及边界磨损较为严重，副后刀面的沟纹磨损也较易发生。

2.2 导热性差

高温合金的导热系数约为 45 钢的 1/5~1/2，切削过程中产生的热量难以散发，导致切削区域温度升高，加速刀具磨损。

2.3 与刀具的粘结倾向大

高温合金在切削过程中极易产生积屑瘤，影响加工表面质量，同时粘结现象会加剧刀具的磨损。

2.4 硬质点含量高

合金中形成大量研磨性很强的金属碳化物、金属间化合物等硬质点，对刀具有强烈的擦伤作用，加速刀具后刀面磨损。

三、高温合金切削加工措施

3.1 刀具材料选择

常用的是硬质合金刀具，仅在切削速度很低的复杂型面加工时才采用高速钢。用硬质合金刀具切削时，宜选用性能较佳的新牌号，适宜的 CVD 涂层有 TiCN、TiCN+Al₂O₃+HfN 等。

采用高速钢刀具时，可选用 W10Mo4Cr4V3Al、W18Cr4SiAlNb、W12Cr4V3Mo3Co5Si 等牌号。氮化硅陶瓷由于其抗粘结性、耐热性及硬度高于硬质合金，适用于对高温合金的半精加工和精加工。PCBN 刀具由于具有高硬度和高热性等特点，更适于对高温合金的连续切削加工。

3.2 刀具几何参数选择

硬质合金车刀几何参数选用：前角粗车时 5°~-15°，精车时 0°~5°，车削铸造高温合金时 3°~5°；后角粗车时 10°~14°，精车时 14°~18°，车削铸造高温合金时 10°~15°；主偏角一般采用 45°~75°，以减小径向切削力；刃倾角粗车时 - 10°，精车时可取 0°~3°；刀尖圆弧半径对变形高温合金粗车时取 0.5~0.8mm，精车时 0.3~0.5mm，对铸造高温合金取 1mm。

高速钢铣刀几何参数选用：前角铣削变形高温合金时取 3°~12°，铣削铸造高温合金时取 0°~5°；后角 13°~16°；螺旋角圆柱铣刀 45°，立铣刀 28°~35°。刀具的磨钝标准可取切削普通钢材刀具的 1/3-1/2。

3.3 切削用量选择

选择原则与切削不锈钢基本相同，最主要是切削速度的选择。切削高温合金时，切削速度过高或过低，刀具磨损均较迅速。采用硬质合金刀具时切削速度通常采用 20~50m/min；进给量宜取偏小，一般取 0.1~0.5mm/r，粗车时取大值，精车时取小值；背吃刀量不宜过小，粗车时取 2~4mm，精车时取 0.2-0.5mm。

高速钢立铣刀加工高温合金常用的切削用量为 vc=5-10m/min，f=0.05-0.12mm/r，ap=1-3mm；硬质合金面铣刀则为 vc=20~45m/min，f=0.05~0.1mm/r，ap=1-4mm。

3.4 热处理建议

铁基高温合金可采用退火处理，镍基高温合金可采用固溶处理，通过适当的热处理改善材料的切削加工性能。