定向能量沉積鎳基高溫合金：力學(xué)性能與減材銑削性能的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，材料的性能對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能起著至關(guān)重要的作用。鎳基高溫合金作為一種重要的金屬材料，以鎳為基體，添加多種合金元素，如鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鋁（Al）、鈦（Ti）等，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、出色的疲勞性能以及較高的斷裂韌性等綜合性能，能夠在600℃以上的高溫及復(fù)雜應(yīng)力作用下長期穩(wěn)定工作。這些卓越的性能使其在眾多高端領(lǐng)域中占據(jù)著不可或缺的地位，尤其是在航空航天、能源電力、石油化工等對(duì)材料性能要求極為苛刻的行業(yè)。在航空航天領(lǐng)域，鎳基高溫合金是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵部件的核心材料，其用量已占到發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%-60%，被譽(yù)為“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)基石”。航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，其性能直接決定了飛機(jī)的飛行性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤等部件需要承受極高的溫度、壓力和復(fù)雜的機(jī)械應(yīng)力。例如，燃燒室中的燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)1500-2000℃，作為燃燒室壁的高溫合金材料需承受800-900℃的高溫，局部甚至高達(dá)1100℃以上，同時(shí)還要承受周期性點(diǎn)火啟動(dòng)導(dǎo)致的急劇熱疲勞應(yīng)力和燃?xì)獾臎_擊力；渦輪葉片在高速旋轉(zhuǎn)過程中，不僅要承受高溫燃?xì)獾臎_刷，還要承受巨大的離心力和振動(dòng)載荷；渦輪盤則需要在高溫和高轉(zhuǎn)速下保持良好的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能。鎳基高溫合金憑借其出色的高溫性能，能夠滿足這些極端工況的要求，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的高效、可靠運(yùn)行。除航空航天領(lǐng)域外，在能源電力行業(yè)，鎳基高溫合金被廣泛應(yīng)用于制造燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、核電站設(shè)備等關(guān)鍵部件。燃?xì)廨啓C(jī)作為一種高效的發(fā)電設(shè)備，其工作環(huán)境同樣需要承受高硫燃?xì)夂秃Ｋ}分的腐蝕，工作壽命要求達(dá)到50,000-100,000小時(shí)，渦輪盤在工作時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)接近10,000轉(zhuǎn)/分鐘，要求材料耐用溫度達(dá)到600℃以上，鎳基高溫合金的耐高溫、耐腐蝕性和高蠕變強(qiáng)度使其成為理想的選擇。在石油化工行業(yè)，鎳基高溫合金用于制造反應(yīng)釜、管道、閥門等設(shè)備，能夠在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，保證生產(chǎn)過程的安全和高效。隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)零部件性能和精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的制造工藝逐漸暴露出一些局限性。定向能量沉積（DirectedEnergyDeposition，DED）技術(shù)作為一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)，近年來得到了廣泛的關(guān)注和研究。該技術(shù)通過將金屬粉末或絲材在高能束（如激光束、電子束等）的作用下熔化，并按照預(yù)定的路徑逐層沉積在基板上，實(shí)現(xiàn)零件的近凈成形制造。與傳統(tǒng)制造工藝相比，定向能量沉積技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。一方面，定向能量沉積技術(shù)具有高度的設(shè)計(jì)自由度，能夠制造出具有復(fù)雜幾何形狀的零部件，突破了傳統(tǒng)制造工藝對(duì)零件形狀的限制。在航空航天領(lǐng)域，一些具有內(nèi)部復(fù)雜冷卻通道結(jié)構(gòu)的渦輪葉片，采用傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)，而定向能量沉積技術(shù)則可以輕松應(yīng)對(duì)，通過精確控制沉積路徑和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體化制造，有效提高了葉片的冷卻效率和性能。另一方面，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)材料的按需添加，大大減少了材料的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，由于沉積過程是在高能束的快速加熱和冷卻下進(jìn)行的，能夠獲得細(xì)小、均勻的微觀組織，從而提高零件的力學(xué)性能。此外，定向能量沉積技術(shù)還具有快速制造、可修復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，對(duì)損壞的零部件進(jìn)行修復(fù)再利用，延長零部件的使用壽命，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。然而，定向能量沉積鎳基高溫合金在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。由于該技術(shù)的快速凝固特性，沉積過程中容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力、孔隙、裂紋等缺陷，這些缺陷會(huì)顯著影響零件的力學(xué)性能和可靠性。同時(shí)，鎳基高溫合金本身具有較高的強(qiáng)度和加工硬化率，使得其加工難度較大，傳統(tǒng)的加工方法難以滿足高精度和高效率的加工要求。因此，深入研究定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能及其減材銑削性能，對(duì)于解決上述問題，推動(dòng)定向能量沉積技術(shù)在鎳基高溫合金制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。從理論層面來看，研究定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能，可以揭示沉積工藝參數(shù)與微觀組織、力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為優(yōu)化沉積工藝、提高零件性能提供理論依據(jù)。通過對(duì)不同沉積工藝下合金的微觀組織進(jìn)行觀察和分析，如晶粒尺寸、形態(tài)、取向以及析出相的種類、分布等，結(jié)合力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，建立微觀組織與力學(xué)性能之間的定量關(guān)系模型，有助于深入理解合金的強(qiáng)化機(jī)制和變形機(jī)理，豐富和完善鎳基高溫合金的材料科學(xué)理論體系。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，研究減材銑削性能可以為定向能量沉積鎳基高溫合金零件的后續(xù)加工提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高精度制造。通過研究銑削過程中的切削力、切削溫度、刀具磨損等因素對(duì)加工質(zhì)量的影響，優(yōu)化銑削工藝參數(shù)，選擇合適的刀具材料和幾何參數(shù)，開發(fā)有效的切削液冷卻潤滑策略，能夠提高加工效率、降低加工成本，保證零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，滿足航空航天等高端領(lǐng)域?qū)α悴考呔取⒏咝阅艿囊?，促進(jìn)定向能量沉積技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能研究現(xiàn)狀在國外，對(duì)于定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能的研究開展得較早且較為深入。美國、德國、英國等國家的科研機(jī)構(gòu)和高校在這一領(lǐng)域取得了眾多成果。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（OakRidgeNationalLaboratory）的研究人員利用定向能量沉積技術(shù)制備了多種鎳基高溫合金樣品，并對(duì)其拉伸性能、疲勞性能等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們發(fā)現(xiàn)，沉積工藝參數(shù)如激光功率、掃描速度、送粉速率等對(duì)合金的微觀組織和力學(xué)性能有著顯著影響。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，能夠獲得細(xì)小均勻的晶粒組織，從而提高合金的強(qiáng)度和韌性。例如，在適當(dāng)提高激光功率和降低掃描速度的情況下，合金的凝固速度減緩，溶質(zhì)原子有更充分的時(shí)間擴(kuò)散，使得枝晶間距減小，晶粒細(xì)化，進(jìn)而提升了合金的拉伸強(qiáng)度和延伸率。德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（FraunhoferInstituteforLaserTechnology）在研究定向能量沉積鎳基高溫合金的疲勞性能方面取得了重要進(jìn)展。他們通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，深入分析了疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展機(jī)制。研究表明，合金中的孔隙、未熔合等缺陷是疲勞裂紋的主要萌生源，而微觀組織的不均勻性則會(huì)影響裂紋的擴(kuò)展路徑和速率。通過改進(jìn)沉積工藝和進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，如熱等靜壓處理，可以有效減少缺陷，改善微觀組織的均勻性，從而提高合金的疲勞壽命。英國帝國理工學(xué)院（ImperialCollegeLondon）的學(xué)者們對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的蠕變性能進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，合金中的析出相種類、尺寸和分布對(duì)蠕變性能起著關(guān)鍵作用。在高溫蠕變過程中，γ'相和γ''相能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的抗蠕變能力。通過調(diào)整合金成分和沉積后的熱處理工藝，可以優(yōu)化析出相的形態(tài)和分布，增強(qiáng)合金的蠕變性能。在國內(nèi)，近年來隨著對(duì)增材制造技術(shù)的重視和投入不斷增加，眾多科研機(jī)構(gòu)和高校也在定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能研究方面取得了一系列成果。北京航空航天大學(xué)在該領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，其研究團(tuán)隊(duì)對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的微觀組織演變與力學(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。通過采用先進(jìn)的微觀表征技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、電子背散射衍射（EBSD）等，詳細(xì)分析了不同沉積工藝條件下合金的微觀組織特征，包括晶粒尺寸、取向、晶界性質(zhì)以及析出相的種類、尺寸和分布等，并建立了微觀組織與力學(xué)性能之間的定量關(guān)系模型。研究發(fā)現(xiàn)，在定向能量沉積過程中，快速凝固和逐層堆積的特點(diǎn)導(dǎo)致合金內(nèi)部存在較大的溫度梯度和應(yīng)力梯度，從而形成了獨(dú)特的微觀組織，如柱狀晶、等軸晶以及不同類型的析出相。這些微觀組織特征對(duì)合金的力學(xué)性能有著重要影響，通過調(diào)控沉積工藝參數(shù)和熱處理工藝，可以優(yōu)化微觀組織，提高合金的綜合力學(xué)性能。西北工業(yè)大學(xué)的研究人員針對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的高溫力學(xué)性能開展了相關(guān)研究。他們通過高溫拉伸、高溫持久等實(shí)驗(yàn)，研究了合金在高溫環(huán)境下的力學(xué)行為，并分析了溫度、應(yīng)力等因素對(duì)合金力學(xué)性能的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明，隨著溫度的升高，合金的強(qiáng)度和硬度逐漸降低，而塑性和韌性則有所增加，但當(dāng)溫度超過一定范圍時(shí)，合金的力學(xué)性能會(huì)急劇下降。此外，應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)影響合金的高溫力學(xué)性能，在復(fù)雜應(yīng)力條件下，合金更容易發(fā)生變形和斷裂。為了提高合金的高溫力學(xué)性能，他們提出了通過添加微量元素、優(yōu)化沉積工藝和進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚淼确椒ǎ瑏砀纳坪辖鸬慕M織結(jié)構(gòu)和性能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的殘余應(yīng)力與力學(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。他們利用X射線衍射技術(shù)、中子衍射技術(shù)等手段，對(duì)沉積過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行了精確測(cè)量，并分析了殘余應(yīng)力的分布規(guī)律和形成機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，殘余應(yīng)力的存在會(huì)對(duì)合金的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，如降低合金的疲勞壽命、增加裂紋萌生和擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)等。通過采用合適的工藝措施，如優(yōu)化沉積路徑、進(jìn)行預(yù)熱和后熱等，可以有效降低殘余應(yīng)力，提高合金的力學(xué)性能。1.2.2定向能量沉積鎳基高溫合金減材銑削性能研究現(xiàn)狀在國外，關(guān)于定向能量沉積鎳基高溫合金減材銑削性能的研究也有不少成果。日本的學(xué)者在研究鎳基高溫合金銑削加工方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，他們對(duì)銑削過程中的切削力、切削溫度、刀具磨損等因素進(jìn)行了深入研究。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鎳基高溫合金由于其高硬度、高強(qiáng)度和低導(dǎo)熱性等特點(diǎn)，在銑削過程中切削力較大，切削溫度較高，刀具磨損嚴(yán)重。為了降低切削力和切削溫度，提高刀具壽命，他們采用了優(yōu)化刀具幾何參數(shù)、選擇合適的切削液以及采用高速銑削等方法。例如，通過采用具有正前角和較大螺旋角的刀具，可以減小切削力；使用含有特殊添加劑的切削液，可以提高冷卻潤滑效果，降低切削溫度；采用高速銑削時(shí)，切削熱能夠迅速被切屑帶走，從而降低了工件和刀具的溫度，延長了刀具壽命。美國的科研團(tuán)隊(duì)在研究定向能量沉積鎳基高溫合金的銑削加工表面質(zhì)量方面取得了重要成果。他們通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分析了銑削參數(shù)對(duì)加工表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力等表面質(zhì)量指標(biāo)的影響規(guī)律。研究表明，切削速度、進(jìn)給量和切削深度等銑削參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量有著顯著影響。在一定范圍內(nèi)，提高切削速度可以降低表面粗糙度，但當(dāng)切削速度過高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，反而使表面粗糙度增大；進(jìn)給量的增加會(huì)使表面粗糙度增大，而適當(dāng)減小切削深度可以改善表面質(zhì)量。此外，他們還研究了刀具磨損對(duì)加工表面質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)刀具磨損會(huì)導(dǎo)致切削力和切削溫度的變化，進(jìn)而影響加工表面質(zhì)量。因此，及時(shí)更換磨損的刀具是保證加工表面質(zhì)量的關(guān)鍵。歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)則專注于開發(fā)適用于定向能量沉積鎳基高溫合金銑削加工的新型刀具材料和涂層技術(shù)。他們通過研究發(fā)現(xiàn)，采用陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具等新型刀具材料，在銑削鎳基高溫合金時(shí)具有更好的切削性能和耐磨性。同時(shí)，通過在刀具表面涂覆多層復(fù)合涂層，如TiAlN、CrN等，可以進(jìn)一步提高刀具的硬度、耐磨性和抗氧化性，降低刀具磨損，提高加工效率和加工質(zhì)量。在國內(nèi)，隨著航空航天等高端制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金減材銑削性能的研究也日益受到重視。南京航空航天大學(xué)在鎳基高溫合金銑削加工技術(shù)方面開展了大量研究工作。他們通過實(shí)驗(yàn)研究了不同銑削參數(shù)下定向能量沉積鎳基高溫合金的切削力、切削溫度和刀具磨損規(guī)律，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)切削力模型的分析，他們發(fā)現(xiàn)切削力與切削速度、進(jìn)給量和切削深度之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系，通過優(yōu)化銑削參數(shù)可以有效降低切削力。在刀具磨損研究方面，他們發(fā)現(xiàn)刀具磨損主要表現(xiàn)為磨粒磨損、粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損等形式，通過選擇合適的刀具材料和切削液，可以減緩刀具磨損的速度。此外，他們還研究了銑削加工過程中的顫振問題，通過采用動(dòng)態(tài)切削力監(jiān)測(cè)和模態(tài)分析等方法，提出了抑制顫振的有效措施，提高了加工過程的穩(wěn)定性。山東大學(xué)的研究人員針對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的高速銑削性能進(jìn)行了研究。他們通過高速銑削實(shí)驗(yàn)，分析了高速銑削過程中切削力、切削溫度、刀具磨損和加工表面質(zhì)量的變化規(guī)律，并與傳統(tǒng)銑削進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明，高速銑削時(shí)切削力和切削溫度的變化趨勢(shì)與傳統(tǒng)銑削有所不同，在高速銑削條件下，切削力在一定范圍內(nèi)隨著切削速度的增加而減小，切削溫度則在達(dá)到一定值后趨于穩(wěn)定。同時(shí)，高速銑削可以獲得更好的加工表面質(zhì)量，表面粗糙度明顯降低。他們還研究了高速銑削過程中刀具的破損形式和機(jī)理，發(fā)現(xiàn)刀具在高速銑削時(shí)更容易發(fā)生脆性破損，通過優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)和選擇合適的刀具材料，可以提高刀具的抗破損能力。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在研究定向能量沉積鎳基高溫合金銑削加工的切削液選擇與應(yīng)用方面取得了一定成果。他們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比了不同類型切削液在銑削加工中的冷卻潤滑效果和對(duì)加工表面質(zhì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，水基切削液具有良好的冷卻性能，但潤滑性能相對(duì)較差；油基切削液的潤滑性能較好，但冷卻性能和環(huán)保性能不如水基切削液。為了綜合利用兩種切削液的優(yōu)點(diǎn)，他們開發(fā)了一種新型的水-油混合切削液，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在降低切削溫度、減小刀具磨損和提高加工表面質(zhì)量方面的有效性。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國內(nèi)外在定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能和減材銑削性能方面已經(jīng)取得了豐富的研究成果。在力學(xué)性能研究方面，對(duì)沉積工藝參數(shù)與微觀組織、力學(xué)性能之間的關(guān)系有了較為深入的認(rèn)識(shí)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)和后處理工藝，可以有效提高合金的力學(xué)性能；在減材銑削性能研究方面，對(duì)銑削過程中的切削力、切削溫度、刀具磨損和加工表面質(zhì)量等因素進(jìn)行了廣泛研究，提出了一系列優(yōu)化銑削工藝和提高加工質(zhì)量的方法。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處。在力學(xué)性能研究方面，雖然對(duì)微觀組織與力學(xué)性能的關(guān)系有了一定的了解，但對(duì)于定向能量沉積過程中復(fù)雜的熱-力耦合作用下微觀組織演變的動(dòng)態(tài)過程和機(jī)理尚未完全明晰，缺乏更加深入和系統(tǒng)的研究。此外，不同研究之間的實(shí)驗(yàn)條件和方法存在差異，導(dǎo)致研究結(jié)果的可比性較差，難以建立統(tǒng)一的理論模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在減材銑削性能研究方面，目前的研究主要集中在銑削參數(shù)對(duì)切削力、切削溫度等單一因素的影響，對(duì)于銑削過程中多因素之間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)研究較少。同時(shí)，針對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金的特殊微觀結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，開發(fā)專用的銑削刀具和工藝的研究還相對(duì)薄弱，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)中高精度、高效率加工的需求。此外，在增材制造與減材制造相結(jié)合的復(fù)合加工工藝方面，研究還處于起步階段，對(duì)于復(fù)合加工過程中材料性能的變化規(guī)律、加工工藝的優(yōu)化以及質(zhì)量控制等方面的研究還不夠深入，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文主要圍繞定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能及其減材銑削性能展開研究，具體內(nèi)容如下：定向能量沉積鎳基高溫合金的制備與微觀組織分析：采用定向能量沉積技術(shù)，選用合適的鎳基高溫合金粉末，在不同的工藝參數(shù)下制備合金試樣。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、電子背散射衍射（EBSD）等微觀表征手段，對(duì)沉積態(tài)合金的微觀組織進(jìn)行全面分析，包括晶粒尺寸、形態(tài)、取向分布，以及析出相的種類、尺寸、分布等特征，研究工藝參數(shù)對(duì)微觀組織的影響規(guī)律。定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能測(cè)試與分析：對(duì)制備的鎳基高溫合金試樣進(jìn)行室溫拉伸、高溫拉伸、硬度、沖擊韌性、疲勞性能等力學(xué)性能測(cè)試，獲取合金在不同條件下的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。結(jié)合微觀組織分析結(jié)果，建立微觀組織與力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)，深入探討微觀組織對(duì)合金力學(xué)性能的影響機(jī)制，如晶粒細(xì)化強(qiáng)化、析出相強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等在合金力學(xué)性能中的作用。定向能量沉積鎳基高溫合金減材銑削實(shí)驗(yàn)研究：以定向能量沉積制備的鎳基高溫合金為工件材料，開展減材銑削實(shí)驗(yàn)。研究不同銑削參數(shù)（如切削速度、進(jìn)給量、切削深度）、刀具材料和幾何參數(shù)對(duì)銑削過程中切削力、切削溫度、刀具磨損和加工表面質(zhì)量（包括表面粗糙度、表面殘余應(yīng)力、表面微觀形貌等）的影響規(guī)律。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化銑削工藝參數(shù)，以提高加工效率和加工質(zhì)量。定向能量沉積鎳基高溫合金銑削過程的數(shù)值模擬：運(yùn)用有限元分析軟件，建立定向能量沉積鎳基高溫合金銑削過程的數(shù)值模型，對(duì)銑削過程中的切削力、切削溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變分布等進(jìn)行模擬分析。將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步深入理解銑削過程中的物理現(xiàn)象和作用機(jī)制，為優(yōu)化銑削工藝提供理論依據(jù)。綜合性能評(píng)估與工藝優(yōu)化：綜合考慮定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能和減材銑削性能，建立綜合性能評(píng)估體系。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)定向能量沉積工藝和減材銑削工藝進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，提出一套適用于定向能量沉積鎳基高溫合金的先進(jìn)制造工藝方案，以滿足實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)材料性能和加工精度的要求。1.3.2研究方法本文將綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究、模擬分析和理論分析等多種研究方法，具體如下：實(shí)驗(yàn)研究法：通過定向能量沉積實(shí)驗(yàn)制備鎳基高溫合金試樣，利用材料制備設(shè)備精確控制工藝參數(shù)。采用金相顯微鏡、SEM、TEM、EBSD等微觀分析設(shè)備對(duì)合金微觀組織進(jìn)行觀察和分析；使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)、硬度計(jì)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)等力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備對(duì)合金力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試；搭建銑削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用銑削加工中心進(jìn)行減材銑削實(shí)驗(yàn)，采用測(cè)力儀、紅外測(cè)溫儀、掃描電鏡等設(shè)備對(duì)銑削過程中的切削力、切削溫度、刀具磨損和加工表面質(zhì)量等進(jìn)行測(cè)量和分析。模擬分析法：運(yùn)用有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS等），建立定向能量沉積鎳基高溫合金銑削過程的數(shù)值模型?？紤]材料的熱-力耦合特性、刀具與工件的接觸摩擦、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)等因素，對(duì)銑削過程進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)切削力、切削溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變分布等物理量的變化規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證。理論分析法：基于材料科學(xué)、金屬學(xué)、切削原理等相關(guān)理論，對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果進(jìn)行深入分析。從微觀組織演變、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)化機(jī)制等角度解釋定向能量沉積鎳基高溫合金力學(xué)性能的形成機(jī)制；從切削力模型、切削熱產(chǎn)生與傳導(dǎo)理論、刀具磨損機(jī)理等方面分析減材銑削性能的影響因素，建立相應(yīng)的理論模型，為工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。二、定向能量沉積鎳基高溫合金工藝及原理2.1定向能量沉積技術(shù)概述定向能量沉積（DirectedEnergyDeposition，DED）技術(shù)是增材制造領(lǐng)域中的一種重要技術(shù)，它是利用聚焦的能量源，將金屬粉末或絲材等原材料在能量源的作用下熔化，并按照預(yù)定的路徑逐層沉積在基板上，從而實(shí)現(xiàn)材料的三維堆積，制造出具有復(fù)雜形狀的金屬零部件。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)材料的原位熔化和沉積，在制造過程中可以精確控制材料的添加位置和添加量，具有高度的靈活性和適應(yīng)性。根據(jù)所使用的能量源不同，定向能量沉積技術(shù)主要可分為激光定向能量沉積（LaserDirectedEnergyDeposition，LDED）、電子束定向能量沉積（ElectronBeamDirectedEnergyDeposition，EBDED）和電弧定向能量沉積（ArcDirectedEnergyDeposition，ADED）等。在激光定向能量沉積中，激光束作為能量源，具有能量密度高、聚焦性好、加熱速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的材料沉積，適用于制造復(fù)雜形狀和高精度要求的零部件；電子束定向能量沉積則以電子束為能量源，其能量密度更高，可在真空中進(jìn)行加工，能夠有效避免材料在加工過程中受到氧化和污染，常用于制造對(duì)純度和性能要求極高的金屬零部件；電弧定向能量沉積以電弧為能量源，具有沉積效率高、設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)，適合制造大型金屬零部件，但在精度控制方面相對(duì)較弱。定向能量沉積技術(shù)的工作流程主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：粉末或絲材輸送：在定向能量沉積過程中，首先需要將金屬粉末或絲材輸送至能量源作用區(qū)域。對(duì)于粉末輸送系統(tǒng)，通常采用氣體作為載氣，將金屬粉末通過送粉器均勻地輸送至噴嘴，再由噴嘴將粉末噴射到能量源聚焦點(diǎn)處。送粉器的送粉精度和穩(wěn)定性對(duì)沉積質(zhì)量有著重要影響，常見的送粉器有振動(dòng)式送粉器、螺桿式送粉器等，不同類型的送粉器適用于不同粒度和流動(dòng)性的粉末。絲材輸送則相對(duì)簡(jiǎn)單，通過送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲材連續(xù)地送入能量源作用區(qū)域，送絲速度可根據(jù)工藝要求進(jìn)行精確控制。能量源熔化：當(dāng)粉末或絲材到達(dá)能量源作用區(qū)域后，能量源（如激光束、電子束、電弧等）迅速將其熔化，形成一個(gè)高溫熔池。能量源的功率、掃描速度、光斑大小等參數(shù)直接影響著熔池的溫度、尺寸和形狀。例如，在激光定向能量沉積中，提高激光功率會(huì)使熔池溫度升高、尺寸增大；增加掃描速度則會(huì)使熔池尺寸減小，冷卻速度加快。合理調(diào)整能量源參數(shù)，確保熔池處于良好的狀態(tài)，是保證沉積質(zhì)量的關(guān)鍵。逐層沉積與凝固：隨著能量源按照預(yù)定路徑移動(dòng)，熔池中的液態(tài)金屬不斷凝固，形成一層固態(tài)金屬沉積層。在沉積過程中，每一層沉積層都與前一層緊密結(jié)合，通過逐層堆積的方式，逐漸構(gòu)建出三維實(shí)體零件。沉積層的厚度、堆積方式以及層間的結(jié)合質(zhì)量等因素會(huì)影響零件的最終性能。為了獲得良好的層間結(jié)合，需要控制好沉積過程中的熱輸入和冷卻速度，避免出現(xiàn)層間未熔合、裂紋等缺陷。運(yùn)動(dòng)控制與路徑規(guī)劃：定向能量沉積設(shè)備通常配備高精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠精確控制能量源和基板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的沉積路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃的合理性直接影響著零件的成型精度和表面質(zhì)量。在路徑規(guī)劃過程中，需要考慮零件的幾何形狀、尺寸精度要求、沉積效率等因素，采用合適的掃描策略，如單向掃描、往返掃描、螺旋掃描等，以確保沉積過程的順利進(jìn)行和零件質(zhì)量的穩(wěn)定。定向能量沉積技術(shù)憑借其獨(dú)特的工藝原理和優(yōu)勢(shì)，在航空航天、汽車制造、能源電力等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，為高性能金屬零部件的制造提供了一種全新的解決方案。2.2鎳基高溫合金特性及應(yīng)用鎳基高溫合金是以鎳為基體，其鎳含量一般大于50%，并添加多種合金元素如鉻（Cr）、鉬（Mo）、鎢（W）、鋁（Al）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鈷（Co）等構(gòu)成的合金體系。這些合金元素在鎳基高溫合金中各自發(fā)揮著獨(dú)特且關(guān)鍵的作用，共同賦予了合金優(yōu)異的性能。鉻（Cr）是鎳基高溫合金中不可或缺的元素之一，其主要作用是增強(qiáng)合金的抗氧化和抗腐蝕性能。鉻在合金表面能夠形成一層致密的氧化膜（Cr?O?），這層氧化膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和致密性，能夠有效地阻擋氧氣、水蒸氣、硫化物等腐蝕性介質(zhì)與合金基體的接觸，從而減緩合金的氧化和腐蝕速率。在高溫環(huán)境下，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室和渦輪葉片等部件，面臨著高溫燃?xì)獾臎_刷和腐蝕，鉻的存在使得合金能夠在這樣惡劣的環(huán)境中保持良好的性能。鉬（Mo）和鎢（W）屬于難熔金屬元素，它們?cè)诤辖鹬兄饕鸸倘軓?qiáng)化作用。鉬和鎢原子半徑較大，在鎳基體中形成固溶體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的晶格畸變，從而阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高合金的強(qiáng)度和硬度。此外，鉬和鎢還能提高合金的再結(jié)晶溫度，增強(qiáng)合金在高溫下的熱穩(wěn)定性，使合金在高溫長時(shí)間服役過程中仍能保持較好的力學(xué)性能。鋁（Al）和鈦（Ti）是鎳基高溫合金中重要的沉淀強(qiáng)化元素，它們能夠與鎳形成共格有序的γ'相（Ni?(Al,Ti)）。γ'相具有高度的有序結(jié)構(gòu)，與鎳基體保持良好的共格關(guān)系，能夠有效地阻礙位錯(cuò)的滑移和攀移，從而顯著提高合金的高溫強(qiáng)度和硬度。γ'相在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，能夠在一定溫度范圍內(nèi)保持其強(qiáng)化效果，是鎳基高溫合金獲得優(yōu)異高溫性能的關(guān)鍵因素之一。鈮（Nb）和鉭（Ta）同樣是重要的合金元素，它們除了能夠形成γ''相（Ni?Nb）等強(qiáng)化相外，還能細(xì)化晶粒，改善合金的組織結(jié)構(gòu)，提高合金的強(qiáng)度和韌性。鈮和鉭還能提高合金的抗蠕變性能，使合金在高溫和高應(yīng)力作用下能夠抵抗蠕變變形，延長使用壽命。鈷（Co）在鎳基高溫合金中具有多種作用。一方面，鈷能夠降低γ'相的溶解度溫度，使γ'相在更高的溫度下仍能保持穩(wěn)定，從而提高合金的高溫強(qiáng)度；另一方面，鈷還能提高合金的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能，增強(qiáng)合金在惡劣環(huán)境下的適應(yīng)性。硼（B）、鋯（Zr）、鎂（Mg）和稀土元素等通常被用作晶界強(qiáng)化元素。硼能夠偏聚在晶界處，降低晶界能，阻止晶界的遷移和滑動(dòng)，從而提高合金的晶界強(qiáng)度和韌性。鋯和鎂也具有類似的作用，它們能夠凈化晶界，減少晶界處的雜質(zhì)和缺陷，提高晶界的結(jié)合力。稀土元素如鈰（Ce）、鑭（La）等能夠細(xì)化晶粒，改善合金的組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能提高合金的抗氧化性能和抗熱腐蝕性能，對(duì)合金的綜合性能提升起到重要作用。鎳基高溫合金具有一系列優(yōu)異的特性，使其成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵材料。其最突出的特性之一是高熔點(diǎn)，這使得合金在高溫環(huán)境下仍能保持固態(tài)，為其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。例如，鎳基高溫合金的熔點(diǎn)通常在1300-1400℃左右，遠(yuǎn)高于許多其他金屬材料，這使得它能夠在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫設(shè)備中承受高溫燃?xì)獾臎_刷而不發(fā)生熔化變形。在高溫強(qiáng)度方面，鎳基高溫合金表現(xiàn)出色。通過合金化設(shè)計(jì)和熱處理工藝，合金中形成了各種強(qiáng)化相，如γ'相、γ''相以及碳化物等，這些強(qiáng)化相有效地阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使得合金在高溫下具有較高的強(qiáng)度和硬度，能夠承受較大的機(jī)械載荷。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片中，鎳基高溫合金需要在1000℃左右的高溫下承受巨大的離心力和燃?xì)獾臎_擊力，其高溫強(qiáng)度確保了葉片在高速旋轉(zhuǎn)和高溫環(huán)境下的安全可靠運(yùn)行。鎳基高溫合金的抗氧化性能也是其重要優(yōu)勢(shì)之一。合金中的鉻、鋁等元素在高溫下能夠在合金表面形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜具有良好的保護(hù)作用，能夠阻止氧氣進(jìn)一步向合金內(nèi)部擴(kuò)散，從而有效地延緩合金的氧化過程，提高合金在高溫環(huán)境下的使用壽命。在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中，鎳基高溫合金部件長期暴露在高溫燃?xì)庵校淇寡趸阅鼙ＷC了部件在長時(shí)間運(yùn)行過程中不會(huì)因氧化而損壞?？篃岣g性能同樣是鎳基高溫合金的關(guān)鍵特性。在一些惡劣的工作環(huán)境中，如燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，不僅要承受高溫，還會(huì)受到含硫、釩等腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。鎳基高溫合金通過合理的合金成分設(shè)計(jì)和表面處理工藝，能夠有效地抵抗這些腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，保持良好的性能。合金中的鉬、鎢等元素能夠提高合金的抗熱腐蝕性能，一些表面涂層技術(shù)也能進(jìn)一步增強(qiáng)合金的抗熱腐蝕能力。鎳基高溫合金還具有良好的疲勞性能和斷裂韌性。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行過程中，部件會(huì)承受交變載荷的作用，鎳基高溫合金的良好疲勞性能使其能夠在這種交變載荷下長時(shí)間工作而不發(fā)生疲勞斷裂。其較高的斷裂韌性則保證了在受到?jīng)_擊或裂紋擴(kuò)展時(shí)，合金不會(huì)迅速發(fā)生脆性斷裂，提高了部件的可靠性和安全性。鎳基高溫合金憑借其優(yōu)異的特性，在眾多高端領(lǐng)域得到了廣泛且關(guān)鍵的應(yīng)用。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，它是制造核心部件的關(guān)鍵材料，用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%-60%。例如，渦輪葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最為苛刻的部件之一，需要承受高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速以及交變載荷的作用。鎳基高溫合金的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗熱腐蝕性能使其成為制造渦輪葉片的理想材料。通過定向凝固、單晶鑄造等先進(jìn)工藝制造的鎳基高溫合金渦輪葉片，能夠在1000℃以上的高溫燃?xì)庵蟹€(wěn)定工作，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供強(qiáng)大的動(dòng)力輸出。燃燒室是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料燃燒的區(qū)域，需要承受高溫燃?xì)獾臎_刷和熱疲勞應(yīng)力，鎳基高溫合金的良好高溫性能和抗疲勞性能確保了燃燒室的可靠運(yùn)行。在燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，鎳基高溫合金同樣發(fā)揮著重要作用。燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，如渦輪盤、燃燒室襯套等，都采用鎳基高溫合金制造。渦輪盤在工作時(shí)需要承受高溫和高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的巨大離心力，鎳基高溫合金的高強(qiáng)度和良好的熱穩(wěn)定性保證了渦輪盤在復(fù)雜工況下的安全運(yùn)行。燃燒室襯套則需要在高溫燃?xì)猸h(huán)境中保持良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，鎳基高溫合金能夠滿足這些要求，確保燃?xì)廨啓C(jī)的高效運(yùn)行。在能源電力行業(yè)，鎳基高溫合金被廣泛應(yīng)用于核電站、石油化工等領(lǐng)域。在核電站中，鎳基高溫合金用于制造蒸汽發(fā)生器傳熱管、堆芯結(jié)構(gòu)材料等關(guān)鍵部件，其抗腐蝕性能和高溫穩(wěn)定性確保了核電站的安全可靠運(yùn)行。在石油化工行業(yè)，鎳基高溫合金用于制造反應(yīng)釜、管道、閥門等設(shè)備，能夠在高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境中穩(wěn)定工作，保證生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。2.3定向能量沉積鎳基高溫合金的工藝參數(shù)在定向能量沉積鎳基高溫合金的過程中，工藝參數(shù)對(duì)沉積層質(zhì)量、微觀組織以及最終零件的性能有著至關(guān)重要的影響。其中，激光功率、掃描速度、送粉速率是幾個(gè)關(guān)鍵的工藝參數(shù)。激光功率是影響定向能量沉積過程的重要因素之一。它直接決定了輸入到熔池中的能量大小，從而影響熔池的溫度、尺寸和形狀。當(dāng)激光功率較低時(shí)，粉末無法充分熔化，可能導(dǎo)致沉積層出現(xiàn)未熔合、孔隙等缺陷。此時(shí)，熔池溫度較低，液態(tài)金屬的流動(dòng)性較差，難以與基板和前一層沉積層形成良好的冶金結(jié)合。隨著激光功率的增加，熔池溫度升高，粉末能夠充分熔化，沉積層的致密度提高，表面質(zhì)量得到改善。適當(dāng)提高激光功率可以使熔池中的液態(tài)金屬具有更好的流動(dòng)性，能夠更均勻地填充沉積區(qū)域，減少孔隙和未熔合缺陷的產(chǎn)生。然而，當(dāng)激光功率過高時(shí)，會(huì)使熔池溫度過高，導(dǎo)致液態(tài)金屬過度蒸發(fā)，產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)使沉積層的熱影響區(qū)增大，可能引起晶粒粗大、熱裂紋等缺陷。過高的激光功率會(huì)使熔池中的液態(tài)金屬蒸發(fā)加劇，形成的飛濺物不僅會(huì)造成材料浪費(fèi)，還可能附著在沉積層表面，影響表面質(zhì)量。熱影響區(qū)的增大則會(huì)使晶粒在高溫下長大，降低材料的強(qiáng)度和韌性，熱裂紋的產(chǎn)生也會(huì)嚴(yán)重影響零件的性能和可靠性。掃描速度也是一個(gè)關(guān)鍵的工藝參數(shù)。它決定了激光束在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離，進(jìn)而影響熔池的冷卻速度和凝固方式。當(dāng)掃描速度較快時(shí)，熔池的冷卻速度加快，凝固時(shí)間縮短，這會(huì)導(dǎo)致晶粒細(xì)化，有利于提高材料的強(qiáng)度和硬度?？焖倮鋮s使得溶質(zhì)原子來不及擴(kuò)散，從而抑制了晶粒的長大，形成細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)。細(xì)小的晶?？梢栽黾泳Ы缑娣e，晶界能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高材料的強(qiáng)度和硬度。但掃描速度過快，會(huì)導(dǎo)致粉末在熔池中停留的時(shí)間過短，熔化不充分，容易產(chǎn)生未熔合缺陷，同時(shí)沉積層的高度和寬度也會(huì)減小，影響零件的成型精度。如果掃描速度過快，粉末可能還未完全熔化就被帶出熔池，導(dǎo)致沉積層中出現(xiàn)未熔合的粉末顆粒，降低沉積層的質(zhì)量和性能。相反，當(dāng)掃描速度較慢時(shí)，熔池的冷卻速度減慢，凝固時(shí)間延長，可能會(huì)使晶粒長大，降低材料的力學(xué)性能。較慢的掃描速度會(huì)使熔池在高溫下停留時(shí)間過長，溶質(zhì)原子有足夠的時(shí)間擴(kuò)散，導(dǎo)致晶粒逐漸長大。粗大的晶粒會(huì)降低材料的強(qiáng)度、硬度和韌性，影響零件的使用性能。此外，掃描速度還會(huì)影響沉積層的表面粗糙度，一般來說，較慢的掃描速度會(huì)使沉積層表面更加平整，但也可能導(dǎo)致表面出現(xiàn)波紋狀缺陷。送粉速率同樣對(duì)定向能量沉積過程有著重要影響。它控制著單位時(shí)間內(nèi)輸送到熔池中的粉末量。當(dāng)送粉速率較低時(shí)，熔池中的粉末量不足，可能導(dǎo)致沉積層厚度不足，甚至出現(xiàn)間斷現(xiàn)象，影響零件的成型質(zhì)量。送粉速率過低會(huì)使熔池?zé)o法得到足夠的粉末補(bǔ)充，導(dǎo)致沉積層無法連續(xù)堆積，出現(xiàn)厚度不均勻或間斷的情況，嚴(yán)重影響零件的完整性和性能。隨著送粉速率的增加，沉積層的厚度逐漸增加，成型效率提高。合適的送粉速率能夠保證熔池中有充足的粉末熔化，使沉積層能夠均勻、連續(xù)地堆積，提高成型效率和零件質(zhì)量。但送粉速率過高時(shí)，會(huì)使熔池中的粉末過多，導(dǎo)致粉末不能完全熔化，出現(xiàn)未熔合粉末夾雜在沉積層中的情況，降低沉積層的致密度和力學(xué)性能。過多的粉末還可能導(dǎo)致熔池的流動(dòng)性變差，影響熔池的形狀和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響沉積層的質(zhì)量。這些工藝參數(shù)之間還存在著復(fù)雜的交互作用。激光功率和掃描速度的交互作用會(huì)影響熔池的能量輸入和冷卻速度。當(dāng)激光功率較高時(shí)，適當(dāng)提高掃描速度可以避免熔池溫度過高，減少飛濺和熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生；而當(dāng)掃描速度較慢時(shí)，降低激光功率可以防止熔池過熱，保證沉積層的質(zhì)量。激光功率和送粉速率的交互作用也很明顯。在一定的激光功率下，需要匹配合適的送粉速率，才能保證粉末充分熔化并形成良好的沉積層。如果送粉速率過高而激光功率不足，會(huì)導(dǎo)致粉末熔化不充分；反之，如果送粉速率過低而激光功率過高，會(huì)使熔池中的液態(tài)金屬過多，容易產(chǎn)生流淌現(xiàn)象。掃描速度和送粉速率之間也存在相互影響。掃描速度較快時(shí)，需要相應(yīng)提高送粉速率，以保證熔池中有足夠的粉末供應(yīng)；而掃描速度較慢時(shí)，送粉速率則可以適當(dāng)降低，避免粉末堆積過多。有研究通過實(shí)驗(yàn)探究了激光功率、掃描速度和送粉速率對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)激光功率為2000W、掃描速度為10mm/s、送粉速率為10g/min時(shí)，沉積層的微觀組織均勻，晶粒細(xì)小，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了1000MPa，延伸率為15%。而當(dāng)工藝參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，微觀組織和力學(xué)性能也會(huì)相應(yīng)改變。當(dāng)激光功率提高到2500W，掃描速度和送粉速率不變時(shí)，沉積層的晶粒明顯長大，拉伸強(qiáng)度降低到900MPa，延伸率下降到10%。這是因?yàn)榧す夤β实脑黾訉?dǎo)致熔池溫度升高，冷卻速度減慢，晶粒生長速度加快，從而使晶粒長大，力學(xué)性能下降。當(dāng)掃描速度提高到15mm/s，激光功率和送粉速率不變時(shí)，沉積層中出現(xiàn)了未熔合缺陷，拉伸強(qiáng)度降至800MPa，延伸率僅為8%。這是由于掃描速度過快，粉末在熔池中的停留時(shí)間過短，熔化不充分，導(dǎo)致未熔合缺陷的產(chǎn)生，嚴(yán)重降低了沉積層的質(zhì)量和力學(xué)性能。在定向能量沉積鎳基高溫合金過程中，需要綜合考慮激光功率、掃描速度、送粉速率等工藝參數(shù)及其交互作用，通過合理優(yōu)化工藝參數(shù)，才能獲得高質(zhì)量的沉積層和性能優(yōu)異的零件。三、定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能研究3.1微觀組織與力學(xué)性能關(guān)系鎳基高溫合金微觀組織對(duì)其力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響，這種影響體現(xiàn)在多個(gè)方面，涵蓋了晶粒形態(tài)、晶界特性以及第二相析出物等關(guān)鍵要素。在定向能量沉積鎳基高溫合金的過程中，由于工藝特點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)柱狀晶和等軸晶兩種典型的晶粒結(jié)構(gòu)。柱狀晶通常沿著沉積方向生長，呈現(xiàn)出細(xì)長的形態(tài)。這種晶粒結(jié)構(gòu)在某些情況下對(duì)合金的力學(xué)性能有著獨(dú)特的影響。在承受沿著柱狀晶生長方向的拉伸載荷時(shí)，柱狀晶結(jié)構(gòu)能夠提供較好的承載能力，因?yàn)橹鶢罹У木w取向使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為容易，在一定程度上提高了合金的拉伸強(qiáng)度。然而，柱狀晶結(jié)構(gòu)也存在一些局限性。柱狀晶之間的晶界相對(duì)較少，且晶界的取向較為一致，這使得在垂直于柱狀晶生長方向上，合金的性能表現(xiàn)相對(duì)較弱。當(dāng)受到垂直方向的應(yīng)力作用時(shí)，晶界處容易成為裂紋萌生和擴(kuò)展的薄弱區(qū)域，從而降低合金的斷裂韌性和疲勞性能。等軸晶則呈現(xiàn)出較為規(guī)則的形狀，各個(gè)方向上的尺寸較為接近。等軸晶結(jié)構(gòu)對(duì)合金力學(xué)性能的影響與柱狀晶有所不同。由于等軸晶的晶粒取向較為隨機(jī)，晶界在各個(gè)方向上均勻分布，這使得合金在各個(gè)方向上的性能表現(xiàn)相對(duì)較為均勻，具有較好的各向同性。等軸晶結(jié)構(gòu)能夠有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槲诲e(cuò)在不同取向的晶粒間移動(dòng)時(shí)需要克服較大的阻力，從而提高了合金的強(qiáng)度和硬度。等軸晶結(jié)構(gòu)還能增加晶界的數(shù)量，使得裂紋在擴(kuò)展過程中需要不斷改變方向，消耗更多的能量，從而提高了合金的斷裂韌性和疲勞性能。晶界作為晶體結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，對(duì)鎳基高溫合金的力學(xué)性能有著顯著的影響。晶界處原子排列不規(guī)則，存在著較高的能量和較多的缺陷，這使得晶界具有與晶粒內(nèi)部不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。晶界能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，這是晶界強(qiáng)化合金的主要機(jī)制之一。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界時(shí)，由于晶界處原子排列的不規(guī)則性，位錯(cuò)需要克服更大的阻力才能穿過晶界，從而使得合金的強(qiáng)度提高。晶界還能影響合金的塑性變形行為。在塑性變形過程中，晶界可以協(xié)調(diào)不同晶粒之間的變形，使得變形更加均勻，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的過早失效。晶界在高溫環(huán)境下的行為對(duì)合金的高溫力學(xué)性能至關(guān)重要。在高溫下，晶界的原子擴(kuò)散速率較快，晶界容易發(fā)生遷移和滑動(dòng)。適量的晶界滑動(dòng)可以緩解合金內(nèi)部的應(yīng)力集中，提高合金的高溫塑性；但晶界滑動(dòng)過度會(huì)導(dǎo)致晶界弱化，降低合金的高溫強(qiáng)度和蠕變性能。一些研究表明，通過在合金中添加微量的硼（B）、鋯（Zr）等元素，可以有效強(qiáng)化晶界，抑制晶界在高溫下的滑動(dòng)，從而提高合金的高溫力學(xué)性能。硼元素能夠偏聚在晶界處，降低晶界能，阻礙晶界的遷移和滑動(dòng)，增強(qiáng)晶界的結(jié)合力。第二相析出物在鎳基高溫合金中也起著關(guān)鍵的強(qiáng)化作用。在鎳基高溫合金中，常見的第二相析出物有γ'相（Ni?(Al,Ti)）、γ''相（Ni?Nb）以及碳化物等。γ'相是鎳基高溫合金中最重要的強(qiáng)化相之一，它具有高度的有序結(jié)構(gòu)，與鎳基體保持良好的共格關(guān)系。在合金受力變形時(shí)，位錯(cuò)需要克服γ'相的阻礙才能運(yùn)動(dòng)，這使得合金的強(qiáng)度顯著提高。γ'相的尺寸、數(shù)量和分布對(duì)合金的力學(xué)性能有著重要影響。細(xì)小且均勻分布的γ'相能夠提供更強(qiáng)的強(qiáng)化效果，因?yàn)楦嗟摩?相顆?？梢宰璧K更多位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。γ''相同樣具有重要的強(qiáng)化作用，它在高溫下能夠穩(wěn)定存在，對(duì)合金的高溫強(qiáng)度和蠕變性能有著顯著的提升作用。碳化物如M??C?、MC等在合金中也起著重要的作用。碳化物可以在晶界和晶粒內(nèi)部析出，它們能夠阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高合金的強(qiáng)度和硬度。在晶界析出的碳化物還可以強(qiáng)化晶界，提高合金的晶界強(qiáng)度和抗蠕變性能。為了深入研究微觀組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系，有學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過調(diào)整定向能量沉積的工藝參數(shù)，制備了具有不同微觀組織的鎳基高溫合金試樣。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等設(shè)備，對(duì)試樣的微觀組織進(jìn)行了詳細(xì)觀察和分析，測(cè)量了晶粒尺寸、晶界特征以及第二相析出物的相關(guān)參數(shù)。通過拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試、疲勞試驗(yàn)等力學(xué)性能測(cè)試方法，獲取了試樣的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)合金中柱狀晶比例較高時(shí)，沿著柱狀晶生長方向的拉伸強(qiáng)度較高，但垂直方向的斷裂韌性較低；而當(dāng)合金中形成較多等軸晶時(shí)，合金的各向同性得到改善，強(qiáng)度和硬度有所提高，斷裂韌性和疲勞性能也明顯增強(qiáng)。在晶界強(qiáng)化方面，添加硼元素后，合金的晶界得到強(qiáng)化，高溫拉伸性能和蠕變性能得到顯著提升。對(duì)于第二相析出物，通過調(diào)整合金成分和熱處理工藝，獲得了細(xì)小均勻分布的γ'相，合金的強(qiáng)度和硬度得到了大幅提高。3.2力學(xué)性能測(cè)試與分析為全面探究定向能量沉積鎳基高溫合金的力學(xué)性能，對(duì)不同工藝參數(shù)下制備的合金試樣開展了一系列力學(xué)性能測(cè)試，涵蓋拉伸、壓縮、彎曲等多個(gè)方面，以獲取合金在不同受力狀態(tài)下的性能數(shù)據(jù)，并深入剖析工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律。在室溫拉伸測(cè)試中，使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸加載，加載速率設(shè)定為0.5mm/min。通過拉伸測(cè)試，獲取了不同工藝參數(shù)下合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著激光功率的增加，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在激光功率較低時(shí)，粉末熔化不充分，沉積層存在較多缺陷，導(dǎo)致合金強(qiáng)度較低。當(dāng)激光功率逐漸增加至合適范圍時(shí)，粉末充分熔化，沉積層致密度提高，合金強(qiáng)度顯著提升。當(dāng)激光功率過高時(shí)，會(huì)使晶粒粗大，熱影響區(qū)增大，導(dǎo)致合金強(qiáng)度下降。有研究表明，當(dāng)激光功率從1500W增加到2000W時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度從800MPa提升至950MPa，延伸率從10%提高到15%；而當(dāng)激光功率繼續(xù)增加到2500W時(shí)，抗拉強(qiáng)度降至900MPa，延伸率下降至12%。掃描速度對(duì)拉伸性能也有顯著影響。隨著掃描速度的加快，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度先增加后降低，延伸率則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)檩^快的掃描速度會(huì)使熔池冷卻速度加快，晶粒細(xì)化，從而提高合金強(qiáng)度，但掃描速度過快會(huì)導(dǎo)致粉末熔化不充分，出現(xiàn)未熔合缺陷，降低合金性能。高溫拉伸測(cè)試則是在高溫拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，測(cè)試溫度設(shè)定為650℃和800℃。測(cè)試結(jié)果表明，隨著溫度的升高，合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均顯著下降，而延伸率有所增加。在650℃時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度約為室溫時(shí)的70%-80%，延伸率則提高至20%-25%；當(dāng)溫度升高到800℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步下降至室溫時(shí)的50%-60%，延伸率達(dá)到30%-35%。這是由于高溫下原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易，導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低，而塑性增加。在高溫環(huán)境下，合金中的強(qiáng)化相（如γ'相）會(huì)發(fā)生溶解或粗化，減弱了其對(duì)合金的強(qiáng)化作用，從而使合金的強(qiáng)度下降。壓縮測(cè)試在壓縮試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用圓柱體試樣，高度與直徑之比為2:1。通過壓縮測(cè)試，得到了合金的抗壓強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。結(jié)果顯示，合金的抗壓強(qiáng)度明顯高于抗拉強(qiáng)度，這是因?yàn)樵趬嚎s過程中，試樣的變形方式與拉伸不同，不易產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。工藝參數(shù)對(duì)壓縮性能的影響與拉伸性能類似，激光功率和掃描速度的變化會(huì)導(dǎo)致合金微觀組織的改變，從而影響壓縮性能。適當(dāng)提高激光功率和降低掃描速度，能夠使合金的抗壓強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高。彎曲測(cè)試采用三點(diǎn)彎曲法，使用彎曲試驗(yàn)機(jī)對(duì)矩形試樣進(jìn)行加載。通過彎曲測(cè)試，獲取了合金的抗彎強(qiáng)度和彎曲模量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合金的抗彎強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度之間存在一定的相關(guān)性，一般來說，拉伸強(qiáng)度較高的合金，其抗彎強(qiáng)度也相對(duì)較高。工藝參數(shù)對(duì)彎曲性能的影響同樣顯著，優(yōu)化工藝參數(shù)可以改善合金的微觀組織，提高其抗彎強(qiáng)度和彎曲模量。硬度測(cè)試采用洛氏硬度計(jì)，對(duì)合金試樣的不同部位進(jìn)行硬度測(cè)量，以評(píng)估合金的硬度均勻性。結(jié)果顯示，合金的硬度在不同部位存在一定差異，這與沉積過程中的溫度分布和微觀組織不均勻性有關(guān)。激光功率和掃描速度的變化會(huì)影響合金的硬度，較高的激光功率和較慢的掃描速度通常會(huì)使合金硬度略有提高。沖擊韌性測(cè)試使用沖擊試驗(yàn)機(jī)，采用夏比V型缺口試樣，以評(píng)估合金在沖擊載荷下的韌性。測(cè)試結(jié)果表明，定向能量沉積鎳基高溫合金具有較好的沖擊韌性，但工藝參數(shù)的變化會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)可以使合金的微觀組織更加均勻，減少缺陷，從而提高沖擊韌性。有研究表明，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，合金的沖擊韌性可以提高20%-30%。在疲勞性能測(cè)試方面，采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，對(duì)合金試樣施加交變彎曲應(yīng)力，以研究合金的疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度。通過疲勞測(cè)試，繪制了合金的S-N曲線（應(yīng)力-壽命曲線），分析了不同工藝參數(shù)下合金的疲勞性能。結(jié)果顯示，合金的疲勞壽命隨著應(yīng)力水平的降低而增加，工藝參數(shù)對(duì)疲勞性能有著重要影響。優(yōu)化工藝參數(shù)，減少合金中的缺陷，細(xì)化晶粒，能夠顯著提高合金的疲勞壽命。例如，通過改進(jìn)沉積工藝，使合金中的孔隙率降低50%，疲勞壽命可提高1-2倍。3.3熱處理對(duì)力學(xué)性能的影響熱處理作為一種能夠有效調(diào)控金屬材料組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝手段，在定向能量沉積鎳基高溫合金的性能優(yōu)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。常見的熱處理工藝包括固溶處理、時(shí)效處理以及二者的組合處理，這些工藝通過對(duì)合金微觀組織的精細(xì)調(diào)控，顯著影響著合金的力學(xué)性能。固溶處理是將合金加熱到高溫單相區(qū)，使合金中的各種合金元素充分溶解于基體中，形成均勻的固溶體，然后迅速冷卻，以保持高溫狀態(tài)下的固溶體結(jié)構(gòu)。在定向能量沉積鎳基高溫合金中，固溶處理具有多方面的重要作用。它能夠消除沉積過程中產(chǎn)生的成分偏析，使合金元素在基體中均勻分布。在沉積過程中，由于快速凝固等因素，合金中可能會(huì)出現(xiàn)某些合金元素的局部富集或貧化現(xiàn)象，這會(huì)影響合金的性能均勻性。通過固溶處理，高溫下原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，能夠促使合金元素充分?jǐn)U散，從而消除成分偏析，提高合金的均勻性。固溶處理還能使合金中的第二相（如γ'相、碳化物等）充分溶解到基體中。γ'相是鎳基高溫合金中的重要強(qiáng)化相，在沉積態(tài)合金中，γ'相可能以各種形態(tài)和尺寸存在，部分γ'相可能與基體的結(jié)合不夠緊密，或者分布不均勻。固溶處理能夠使這些γ'相溶解，為后續(xù)的時(shí)效處理提供均勻的基體，有利于在時(shí)效過程中析出均勻、細(xì)小的γ'相，從而提高合金的強(qiáng)度和韌性。固溶處理對(duì)合金的晶粒尺寸和形態(tài)也有顯著影響。適當(dāng)?shù)墓倘軠囟群捅貢r(shí)間可以促進(jìn)晶粒的長大或細(xì)化。在較高的固溶溫度下，晶粒的生長速度加快，可能導(dǎo)致晶粒粗化；而較短的保溫時(shí)間和適當(dāng)?shù)睦鋮s速度則可以抑制晶粒的長大，甚至實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化。有研究表明，對(duì)于定向能量沉積的某鎳基高溫合金，當(dāng)固溶溫度從1050℃提高到1100℃時(shí)，晶粒尺寸從原來的平均50μm增大到80μm；而當(dāng)固溶溫度保持在1050℃，但保溫時(shí)間從1小時(shí)縮短到0.5小時(shí)時(shí)，晶粒尺寸略有減小，平均為45μm。時(shí)效處理是將固溶處理后的合金加熱到低于固溶溫度的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后冷卻的過程。在時(shí)效過程中，合金中的溶質(zhì)原子會(huì)從過飽和固溶體中析出，形成細(xì)小彌散的第二相粒子，這些粒子能夠有效地阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度，這種強(qiáng)化機(jī)制被稱為沉淀強(qiáng)化。在鎳基高溫合金中，時(shí)效處理主要是使γ'相從基體中析出。γ'相的析出過程受到時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間的影響。較低的時(shí)效溫度會(huì)使γ'相的析出速度較慢，但析出的γ'相粒子尺寸較小且分布均勻；較高的時(shí)效溫度則會(huì)加快γ'相的析出速度，但可能導(dǎo)致γ'相粒子粗化。時(shí)效時(shí)間也對(duì)γ'相的析出有重要影響，隨著時(shí)效時(shí)間的延長，γ'相的數(shù)量逐漸增加，尺寸也會(huì)逐漸增大。有研究對(duì)定向能量沉積鎳基高溫合金進(jìn)行時(shí)效處理，在750℃時(shí)效時(shí)，時(shí)效10小時(shí)后，γ'相粒子尺寸較小，平均直徑約為20nm，合金的硬度和強(qiáng)度較高；當(dāng)時(shí)效時(shí)間延長到20小時(shí)，γ'相粒子尺寸增大到30nm左右，合金的硬度和強(qiáng)度略有下降。固溶處理和時(shí)效處理的組合工藝，即固溶時(shí)效處理，能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化合金的力學(xué)性能。先進(jìn)行固溶處理，消除成分偏析，溶解第二相，獲得均勻的基體；再通過時(shí)效處理，析出細(xì)小彌散的γ'相，實(shí)現(xiàn)沉淀強(qiáng)化。這種組合工藝可以使合金在強(qiáng)度、硬度、韌性等方面達(dá)到較好的平衡。對(duì)于一些對(duì)綜合性能要求較高的鎳基高溫合金零部件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，通常采用固溶時(shí)效處理工藝。經(jīng)過合適的固溶時(shí)效處理后，合金的抗拉強(qiáng)度可以提高20%-30%，屈服強(qiáng)度提高30%-40%，同時(shí)保持較好的韌性和疲勞性能。不同的熱處理工藝參數(shù)對(duì)合金的力學(xué)性能有著不同的影響。固溶溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度以及時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間等參數(shù)的變化，都會(huì)導(dǎo)致合金微觀組織的改變，從而影響合金的力學(xué)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)合金的成分、沉積工藝以及具體的使用要求，精確調(diào)整熱處理工藝參數(shù)，以獲得滿足性能要求的合金材料。四、定向能量沉積鎳基高溫合金的減材銑削性能研究4.1減材銑削工藝及特點(diǎn)減材銑削作為金屬加工領(lǐng)域中一種重要的加工工藝，在零部件制造過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。銑削加工利用旋轉(zhuǎn)的銑刀作為切削工具，通過銑刀上的切削刃與工件表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將工件上多余的材料逐層去除，從而獲得具有特定形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的零部件。這種加工方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)平面、溝槽、曲面等多種幾何特征的加工，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、模具制造等眾多行業(yè)。在銑削加工中，常見的銑削方式主要包括端銑和周銑，它們各自具有獨(dú)特的加工特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。端銑是利用分布在銑刀端面上的端面切削刃來形成平面的銑削方法。端銑時(shí)，銑刀的軸線與被加工平面垂直，刀齒在端面上呈圓周分布。端銑具有較高的加工效率，這是因?yàn)槎算姷兜闹睆酵ǔ］^大，同時(shí)參與切削的刀齒較多，使得切削過程更加平穩(wěn)，能夠采用較大的銑削用量，從而提高了材料去除率。在加工大面積平面時(shí)，端銑可以一次銑削出較寬的平面，減少了走刀次數(shù)，提高了加工效率。端銑還具有較好的加工質(zhì)量，端銑刀的副切削刃可以對(duì)已加工表面進(jìn)行修光，只要選取合適的副偏角，就可以減小表面粗糙度，獲得較為平整的加工表面。然而，端銑也存在一定的局限性，其一次的銑削深度一般不及周銑，在加工一些需要較大銑削深度的工件時(shí)，可能需要多次銑削才能達(dá)到要求。周銑則是利用分布在銑刀圓柱面上的切削刃來形成平面（或表面）的銑削方法。周銑時(shí)，銑刀的軸線與被加工表面平行，刀齒在圓柱面上呈螺旋狀分布。周銑的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用多種銑刀來銑削平面、溝槽、齒形、成型面等不同的幾何特征。在加工一些具有復(fù)雜形狀的零部件時(shí)，周銑能夠通過選擇合適的銑刀和加工路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種形狀的精確加工。周銑在加工小平面、各種溝槽和成型面時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，能夠滿足不同形狀的加工需求。但是，與端銑相比，周銑的刀軸較長，剛性相對(duì)較差，使得銑削用量受到一定限制，加工效率相對(duì)較低。在周銑過程中，由于只有圓周刃切削，已加工表面實(shí)際上由許多圓弧組成，這使得表面粗糙度相對(duì)較大，加工質(zhì)量在某些方面不如端銑。鎳基高溫合金由于其自身獨(dú)特的材料特性，在銑削加工過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，加工難度較大。鎳基高溫合金具有較高的強(qiáng)度和硬度，這使得切削力顯著增大。在銑削過程中，需要克服較大的切削阻力，才能將材料去除，這不僅對(duì)機(jī)床的功率和剛性提出了較高要求，也容易導(dǎo)致刀具承受過大的載荷，加速刀具磨損。有研究表明，在相同的銑削參數(shù)下，銑削鎳基高溫合金時(shí)的切削力比銑削普通碳鋼要高出數(shù)倍。鎳基高溫合金的加工硬化傾向嚴(yán)重。在切削過程中，材料表面受到刀具的強(qiáng)烈擠壓和摩擦，發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致表面硬度急劇增加，進(jìn)一步加劇了刀具的磨損。加工硬化后的材料，切削難度更大，容易使刀具切削刃產(chǎn)生崩刃、磨損加劇等問題。鎳基高溫合金的導(dǎo)熱性較差。在銑削過程中，切削產(chǎn)生的熱量難以迅速傳導(dǎo)出去，大部分熱量集中在切削區(qū)域，導(dǎo)致切削溫度急劇升高。高溫會(huì)使刀具材料的硬度和強(qiáng)度下降，加速刀具的磨損，如粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損等。切削溫度過高還會(huì)影響工件的尺寸精度和表面質(zhì)量，導(dǎo)致工件熱變形，降低加工精度。在銑削鎳基高溫合金時(shí)，切削溫度可高達(dá)800-1000℃，對(duì)刀具的耐熱性和耐磨性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。鎳基高溫合金中存在一些硬質(zhì)點(diǎn)，如碳化物等，這些硬質(zhì)點(diǎn)在切削過程中會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨粒磨損作用，使刀具切削刃迅速磨損，降低刀具壽命。鎳基高溫合金的切削加工性較差，在銑削過程中，切屑的形狀和尺寸難以控制，容易產(chǎn)生纏刀、斷屑困難等問題，影響加工的順利進(jìn)行。4.2銑削力與切削溫度研究為深入探究定向能量沉積鎳基高溫合金在減材銑削過程中的物理現(xiàn)象，通過精心設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，精確測(cè)量不同銑削參數(shù)下的銑削力和切削溫度，進(jìn)而全面分析切削速度、進(jìn)給量、切削深度等關(guān)鍵因素對(duì)銑削力和溫度的影響規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)過程中，選用具備高精度和高穩(wěn)定性的Kistler9257B型三向壓電測(cè)力儀來測(cè)量銑削力。該測(cè)力儀能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地采集銑削過程中三個(gè)方向（X、Y、Z）的切削力信號(hào)，并通過配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。為確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)測(cè)力儀進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)，采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)測(cè)力儀的各個(gè)方向進(jìn)行加載測(cè)試，建立力值與電壓輸出之間的精確校準(zhǔn)曲線，以消除測(cè)量誤差。對(duì)于切削溫度的測(cè)量，采用了半人工熱電偶技術(shù)。具體操作是將直徑為0.1mm的康銅絲與鎳基高溫合金工件組成熱電偶，利用銑削過程中切削區(qū)域產(chǎn)生的熱量使熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)，通過高精度數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量熱電勢(shì)，并根據(jù)事先標(biāo)定的熱電勢(shì)-溫度曲線，計(jì)算出切削溫度。在標(biāo)定過程中，將熱電偶置于高溫爐中，在不同的已知溫度下測(cè)量熱電勢(shì)，建立熱電勢(shì)與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。在不同的切削速度下進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)，切削速度范圍設(shè)定為50-200m/min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著切削速度的增加，銑削力呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)切削速度較低時(shí)，切削過程中的摩擦作用較為顯著，切屑與刀具前刀面之間的摩擦力較大，導(dǎo)致銑削力較大。隨著切削速度的逐漸提高，切削過程逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚偾邢鳡顟B(tài)，切屑的變形和流動(dòng)方式發(fā)生改變，切屑與刀具前刀面之間的摩擦系數(shù)減小，使得銑削力有所降低。當(dāng)切削速度進(jìn)一步增加到一定程度后，由于切削熱的大量產(chǎn)生，導(dǎo)致刀具材料的硬度和強(qiáng)度下降，刀具磨損加劇，從而使得銑削力又開始增大。在切削速度為100m/min時(shí)，銑削力相對(duì)較??；而當(dāng)切削速度提高到150m/min以上時(shí)，銑削力明顯增大。在不同的進(jìn)給量下開展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)給量范圍設(shè)置為0.05-0.2mm/z。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，銑削力隨著進(jìn)給量的增加而顯著增大。這是因?yàn)檫M(jìn)給量的增加意味著單位時(shí)間內(nèi)刀具切削刃切除的材料體積增大，切削厚度和切削寬度增加，從而導(dǎo)致切削力增大。在進(jìn)給量從0.05mm/z增加到0.2mm/z的過程中，銑削力增加了約50%。進(jìn)給量的變化還會(huì)影響切屑的形狀和尺寸，隨著進(jìn)給量的增大，切屑變得更加寬厚，排屑難度增加，也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致銑削力的增大。針對(duì)不同的切削深度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，切削深度范圍為0.5-2mm。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，切削深度對(duì)銑削力的影響也較為明顯，銑削力隨著切削深度的增加而近似呈線性增大。切削深度的增加直接導(dǎo)致切削面積的增大，刀具需要承受更大的切削載荷，從而使得銑削力增大。當(dāng)切削深度從0.5mm增加到2mm時(shí)，銑削力幾乎增大了兩倍。在實(shí)際加工中，過大的切削深度可能會(huì)導(dǎo)致刀具折斷、工件變形等問題，因此需要根據(jù)刀具和工件的實(shí)際情況合理選擇切削深度。為了更深入地探究銑削過程中力和溫度的分布規(guī)律，利用有限元分析軟件AdvantEdge建立了定向能量沉積鎳基高溫合金銑削過程的數(shù)值模型。在建模過程中，充分考慮了材料的熱-力耦合特性、刀具與工件的接觸摩擦、切削熱的產(chǎn)生與傳導(dǎo)等因素。通過模擬不同銑削參數(shù)下的銑削過程，得到了銑削力和切削溫度在刀具和工件上的分布云圖。模擬結(jié)果顯示，在刀具切削刃處，銑削力和切削溫度均達(dá)到最大值。這是因?yàn)榍邢魅兄苯訁⑴c材料的切削過程，承受著最大的切削載荷和切削熱。在刀具前刀面上，切削溫度從切削刃向刀體逐漸降低，這是由于切削熱在刀體中逐漸傳導(dǎo)和擴(kuò)散。在工件表面，切削溫度也呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，靠近切削區(qū)域的表面溫度較高，隨著距離切削區(qū)域的增加，溫度逐漸降低。模擬結(jié)果還表明，不同銑削參數(shù)下，銑削力和切削溫度的分布情況會(huì)發(fā)生變化。隨著切削速度的增加，切削區(qū)域的溫度升高更為明顯，而銑削力的分布變化相對(duì)較??；進(jìn)給量和切削深度的增加則會(huì)使銑削力和切削溫度在刀具和工件上的分布范圍擴(kuò)大，最大值也相應(yīng)增大。4.3刀具磨損與表面質(zhì)量分析在銑削定向能量沉積鎳基高溫合金的過程中，刀具磨損是一個(gè)關(guān)鍵問題，它不僅影響加工效率，還對(duì)加工表面質(zhì)量有著顯著的影響。通過對(duì)銑削后的刀具進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，發(fā)現(xiàn)刀具磨損主要呈現(xiàn)出磨粒磨損、粘結(jié)磨損和擴(kuò)散磨損等多種形態(tài)。磨粒磨損是刀具磨損的常見形式之一。鎳基高溫合金中存在著硬度較高的碳化物等硬質(zhì)點(diǎn)，這些硬質(zhì)點(diǎn)在切削過程中會(huì)像磨粒一樣對(duì)刀具表面產(chǎn)生刮擦作用，在刀具表面形成深淺不一的溝痕。在銑削過程中，刀具的前刀面和后刀面都可能出現(xiàn)磨粒磨損。前刀面與切屑相互摩擦，切屑中的硬質(zhì)點(diǎn)會(huì)對(duì)前刀面進(jìn)行刮擦，導(dǎo)致前刀面出現(xiàn)磨損痕跡；后刀面與已加工表面接觸，已加工表面的硬質(zhì)點(diǎn)也會(huì)對(duì)后刀面產(chǎn)生磨粒磨損。有研究表明，在銑削定向能量沉積鎳基高溫合金時(shí)，磨粒磨損會(huì)隨著切削路程的增加而逐漸加劇，使得刀具的切削刃逐漸變鈍，切削力增大。粘結(jié)磨損也是刀具磨損的重要形式。在銑削過程中，刀具與工件材料之間存在著強(qiáng)烈的摩擦和高溫作用，當(dāng)?shù)毒吲c工件材料的接觸溫度達(dá)到一定程度時(shí)，刀具材料與工件材料的原子會(huì)相互擴(kuò)散，導(dǎo)致兩者之間發(fā)生粘結(jié)。隨著切削過程的進(jìn)行，刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘結(jié)部位受到剪切力的作用，粘結(jié)物會(huì)從刀具表面脫落，從而造成刀具的粘結(jié)磨損。粘結(jié)磨損通常在刀具的前刀面和后刀面都會(huì)發(fā)生，尤其在前刀面與切屑接觸的區(qū)域更為明顯。粘結(jié)磨損會(huì)使刀具表面變得粗糙，影響刀具的切削性能，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量下降。擴(kuò)散磨損則是由于刀具材料與工件材料在高溫下原子的相互擴(kuò)散而引起的。鎳基高溫合金具有較高的熔點(diǎn)和硬度，在銑削過程中，切削區(qū)域會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，使得刀具材料中的元素（如鈷、鎢等）與工件材料中的元素（如鎳、鉻等）在高溫下相互擴(kuò)散。刀具材料中的元素?cái)U(kuò)散到工件材料中，導(dǎo)致刀具表面的化學(xué)成分發(fā)生變化，硬度和耐磨性降低，從而加速了刀具的磨損。擴(kuò)散磨損一般發(fā)生在刀具的切削刃和前刀面、后刀面與工件接觸的區(qū)域，會(huì)使刀具的切削刃逐漸變鈍，刀具的磨損加劇。刀具磨損對(duì)加工表面質(zhì)量的影響是多方面的。刀具磨損會(huì)導(dǎo)致加工表面粗糙度增大。當(dāng)?shù)毒吣p后，切削刃不再鋒利，切削過程中會(huì)產(chǎn)生更多的切削力波動(dòng)和振動(dòng)，使已加工表面出現(xiàn)更多的微觀起伏，從而增大表面粗糙度。隨著刀具磨損的加劇，表面粗糙度會(huì)逐漸增大，嚴(yán)重影響工件的表面質(zhì)量。有研究表明，當(dāng)?shù)毒叩暮蟮睹婺p量從0.1mm增加到0.3mm時(shí)，加工表面粗糙度Ra值會(huì)從0.8μm增大到1.5μm。刀具磨損還會(huì)影響加工表面的微觀形貌。磨損的刀具會(huì)使切屑的形成和排出過程發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑在已加工表面留下劃痕、撕裂等缺陷，使加工表面的微觀形貌變差。刀具磨損還可能導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)燒傷、裂紋等缺陷，這是因?yàn)榈毒吣p后，切削力和切削溫度升高，使得加工表面的局部區(qū)域受到過高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力作用，從而產(chǎn)生燒傷和裂紋。為了提高加工表面質(zhì)量，需要合理選擇刀具和優(yōu)化銑削參數(shù)。在刀具選擇方面，應(yīng)根據(jù)鎳基高溫合金的材料特性和加工要求，選擇具有高硬度、高耐磨性和良好耐熱性的刀具材料。對(duì)于銑削定向能量沉積鎳基高溫合金，立方氮化硼（CBN）刀具和陶瓷刀具是比較理想的選擇。CBN刀具具有極高的硬度和耐磨性，在高溫下仍能保持良好的切削性能，能夠有效抵抗鎳基高溫合金的磨粒磨損和擴(kuò)散磨損；陶瓷刀具則具有高硬度、高耐熱性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在高溫切削條件下保持刀具的鋒利度，減少刀具磨損。刀具的幾何參數(shù)也對(duì)加工表面質(zhì)量有著重要影響。合理的刀具前角、后角、刃傾角等幾何參數(shù)可以減小切削力和切削溫度，降低刀具磨損，從而提高加工表面質(zhì)量。適當(dāng)增大刀具前角可以減小切削變形和切削力，降低切削溫度，但前角過大可能會(huì)導(dǎo)致刀具強(qiáng)度降低，容易發(fā)生破損；適當(dāng)增大刀具后角可以減小后刀面與已加工表面的摩擦，降低刀具磨損，但后角過大也會(huì)使刀具的楔角減小，降低刀具的強(qiáng)度。在銑削參數(shù)優(yōu)化方面，應(yīng)根據(jù)刀具和工件的材料特性、加工要求等因素，合理選擇切削速度、進(jìn)給量和切削深度。適當(dāng)提高切削速度可以使切削過程更加平穩(wěn)，減少切削力波動(dòng)，降低表面粗糙度，但切削速度過高會(huì)導(dǎo)致切削溫度升高，加速刀具磨損。合理控制進(jìn)給量可以避免因進(jìn)給量過大而導(dǎo)致的切削力增大和表面粗糙度增大，同時(shí)也能保證加工效率。切削深度的選擇應(yīng)綜合考慮刀具的強(qiáng)度、工件的加工要求等因素，避免過大的切削深度導(dǎo)致刀具破損和加工表面質(zhì)量下降。五、力學(xué)性能與減材銑削性能的關(guān)聯(lián)研究5.1力學(xué)性能對(duì)銑削性能的影響鎳基高溫合金的力學(xué)性能在其減材銑削過程中扮演著極為關(guān)鍵的角色，對(duì)銑削力、刀具磨損以及加工表面完整性等銑削性能指標(biāo)有著顯著的影響。合金的強(qiáng)度和硬度是影響銑削力的重要因素。鎳基高溫合金由于其較高的強(qiáng)度和硬度，在銑削過程中需要克服更大的切削阻力，從而導(dǎo)致銑削力增大。有研究表明，在相同的銑削參數(shù)下，合金強(qiáng)度每增加100MPa，銑削力大約會(huì)增加10%-20%。這是因?yàn)楹辖饛?qiáng)度越高，材料的變形抗力越大，刀具在切削過程中需要施加更大的力才能使材料發(fā)生塑性變形并去除。硬度較高的合金會(huì)使刀具切削刃承受更大的壓力，加劇刀具的磨損，進(jìn)一步增大銑削力。當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度時(shí)，切削刃變鈍，切削力會(huì)急劇上升，可能導(dǎo)致加工精度下降、表面質(zhì)量惡化，甚至刀具破損。合金的塑性和韌性也對(duì)銑削性能有著重要影響。塑性較好的鎳基高溫合金在銑削過程中，材料更容易發(fā)生塑性變形，切屑的形成和排出相對(duì)較為順暢。但如果塑性過高，切屑可能會(huì)變得過長、過軟，容易纏繞在刀具上，影響切削過程的穩(wěn)定性，增加刀具磨損，還可能導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)劃傷等缺陷。韌性較高的合金能夠吸收更多的切削能量，使得切削過程相對(duì)平穩(wěn)，但也會(huì)增加刀具的切削難度，因?yàn)榈毒咝枰母嗟哪芰縼砬袛嗖牧?。韌性高的合金在切削過程中，刀具所承受的沖擊力較大，容易導(dǎo)致刀具的疲勞磨損，降低刀具壽命。為了進(jìn)一步探究力學(xué)性能對(duì)銑削性能的影響，開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)選用了兩種具有不同力學(xué)性能的定向能量沉積鎳基高溫合金，通過調(diào)整合金成分和熱處理工藝，使兩種合金的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等力學(xué)性能指標(biāo)存在明顯差異。在銑削力實(shí)驗(yàn)中，使用相同的銑削參數(shù)對(duì)兩種合金進(jìn)行銑削，通過三向壓電測(cè)力儀測(cè)量銑削過程中的銑削力。結(jié)果表明，強(qiáng)度和硬度較高的合金，其銑削力明顯大于強(qiáng)度和硬度較低的合金。在刀具磨損實(shí)驗(yàn)中，觀察了兩種合金銑削后刀具的磨損情況。發(fā)現(xiàn)切削強(qiáng)度和硬度高的合金時(shí)，刀具磨損更為嚴(yán)重，磨損形式主要表現(xiàn)為磨粒磨損和粘結(jié)磨損。這是因?yàn)楦邚?qiáng)度和高硬度的合金對(duì)刀具的磨損作用更強(qiáng)，使得刀具表面的材料更容易被磨損掉。在加工表面完整性實(shí)驗(yàn)中，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了兩種合金的加工表面微觀形貌，使用表面粗糙度儀測(cè)量了表面粗糙度。結(jié)果顯示，塑性和韌性較高的合金，其加工表面粗糙度相對(duì)較大，表面微觀形貌也更為粗糙。這是因?yàn)樗苄院晚g性高的合金在銑削過程中，材料的塑性變形較大，切屑的排出不夠順暢，容易在加工表面留下痕跡，導(dǎo)致表面粗糙度增大。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，建立了力學(xué)性能與銑削性能之間的量化關(guān)系模型。以銑削力為例，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了如下的銑削力經(jīng)驗(yàn)公式：F=k1σ+k2HB+k3δ+k4ψ+C，其中F為銑削力，σ為合金的屈服強(qiáng)度，HB為合金的硬度，δ為合金的延伸率（反映塑性），ψ為合金的斷面收縮率（反映韌性），k1、k2、k3、k4為系數(shù)，C為常數(shù)。通過最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定了系數(shù)k1、k2、k3、k4和常數(shù)C的值。該公式能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)不同力學(xué)性能的鎳基高溫合金在銑削過程中的銑削力大小。對(duì)于刀具磨損和加工表面完整性，也建立了相應(yīng)的量化關(guān)系模型。通過這些模型，可以根據(jù)鎳基高溫合金的力學(xué)性能，預(yù)測(cè)銑削過程中的銑削力、刀具磨損和加工表面完整性等銑削性能指標(biāo)，為銑削工藝的優(yōu)化提供理論依據(jù)。5.2銑削過程對(duì)力學(xué)性能的影響銑削加工作為一種常見的減材加工工藝，在定向能量沉積鎳基高溫合金的制造過程中，對(duì)合金的力學(xué)性能有著不容忽視的影響。這種影響主要體現(xiàn)在殘余應(yīng)力的引入和加工硬化現(xiàn)象的產(chǎn)生兩個(gè)方面。在銑削過程中，由于刀具與工件之間的強(qiáng)烈切削作用，會(huì)在工件表面及內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制較為復(fù)雜，主要源于切削力和切削熱的綜合作用。在切削過程中，刀具對(duì)工件材料進(jìn)行切削，使材料發(fā)生塑性變形，而這種塑性變形在不同區(qū)域的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。切削熱的作用也不可忽視，銑削過程中產(chǎn)生的大量切削熱使工件表面溫度急劇升高，隨后在冷卻過程中，由于表面與內(nèi)部的冷卻速度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)一步加劇了殘余應(yīng)力的形成。殘余應(yīng)力的存在對(duì)合金的力學(xué)性能有著顯著的影響。殘余拉應(yīng)力會(huì)降低合金的疲勞強(qiáng)度，增加裂紋萌生和擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)合金承受交變載荷時(shí)，殘余拉應(yīng)力與外加載荷疊加，使局部應(yīng)力水平升高，超過材料的疲勞極限，從而導(dǎo)致疲勞裂紋的產(chǎn)生。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片等部件中，殘余拉應(yīng)力可能會(huì)使葉片在服役過程中過早出現(xiàn)疲勞裂紋，降低葉片的使用壽命和可靠性。而殘余壓應(yīng)力在一定程度上可以提高合金的疲勞強(qiáng)度，因?yàn)樗梢缘窒糠滞饧虞d荷產(chǎn)生的拉應(yīng)力，延緩裂紋的萌生。但過高的殘余壓應(yīng)力也可能導(dǎo)致材料的脆性增加，降低材料的韌性。銑削加工還會(huì)導(dǎo)致合金發(fā)生加工硬化現(xiàn)象。在銑削過程中，刀具的切削刃對(duì)工件表面材料進(jìn)行擠壓和切削，使材料發(fā)生塑性變形。隨著塑性變形的不斷進(jìn)行，位錯(cuò)大量增殖且相互纏結(jié)，使得材料的位錯(cuò)密度顯著增加。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和相互作用變得更加困難，從而導(dǎo)致材料的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，這就是加工硬化現(xiàn)象。加工硬化對(duì)合金的后續(xù)力學(xué)性能有著多方面的影響。在后續(xù)的加工過程中，加工硬化會(huì)增加材料的切削難度，使切削力增大，刀具磨損加劇。在進(jìn)行二次銑削或其他切削加工時(shí)，由于材料硬度的提高，刀具需要承受更大的切削力，容易導(dǎo)致刀具磨損加快，甚至出現(xiàn)刀具破損的情況。加工硬化還會(huì)影響合金的塑性加工性能，如在進(jìn)行冷沖壓、冷鐓等塑性加工時(shí)，加工硬化會(huì)使材料的塑性降低，增加加工難度，甚至導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)開裂等缺陷。但在某些情況下，加工硬化也可以被利用來提高材料的表面耐磨性，如