高-温度アプリケーション用のInconel 718マシン

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Inconel 718 retains >600 MPAの降伏強度は650度で、タービンディスクと燃焼器ライナーに不可欠です[1]。従来の機械加工には、迅速なツール摩耗と引張残留応力が発生し、疲労性能が損なわれます[2]。ハイブリッドの極低温-レーザー補助機械加工（CLAM）は、これらの問題を軽減する可能性を実証しています[3]が、代表的な熱負荷の下での系統的データは希少なままです。この研究では、統計的に設計された実験と物理学-ベースの温度モデリングを使用したベースライン洪水冷却に対するCLAMパフォーマンスを定量化します。

2つの研究方法
2.1実験設計
最初の-順序相互作用をキャプチャしながら、実験的な実行を最小限に抑えるために、タグチL9直交配列が選択されました（表1）。独立変数：切削速度（VC）、フィード（F）、および液体-窒素ジェット圧（P）。従属変数：ツールライフ（T）、フランクウェア（VB）、表面粗さ（RA）、残留応力（σR）。

L9アレイの表1因子レベル
レベル| vc（mmin⁻¹）| f（mmrev⁻¹）| P（MPA）
1 | 30 | 0.05 | 2
2 | 60 | 0.10 | 4
3 | 90 | 0.15 | 6

2.2材料とツール
ワーク：ソリューション-処理および熟成インコール718（AMS 5662）、硬度44±1 HRC。切断挿入：Sandvik CNMG 120408-​​PM、Grade 1105（Tialn – Tin Multilayer、3.5 µm）。ツールホルダー：PSBNR 2525M12、アプローチ角度75度、レーキ6度、クリアランス5度。

2.3装置
工作機械：dmg - mori nlx 2500 sy、最大スピンドル4,000 rpm。極低温送達：デュアル-ノズル液体-窒素系（圧力0〜8 MPa、フロー3–12 Lmin⁻¹）。レーザーpre -熱：500 wファイバーレーザー（λ{= 1070 nm）、スポット直径2 mm、電力密度15 kWcm⁻²。

2.4データ収集
Kistler 9129AA三軸動力計によって測定された力。 20 kHzでサンプリングされた信号と1 kHzでフィルタリングされた低-パス。デュアル{-ウェーブピロメーター（1.5〜1.8 µm、1 kHz）によってキャプチャされるツールチップインターフェイス温度。 x {-レイの回折（sIN²いたずら、cr - k放射）によって50 µm増分で決定された残留応力。 Alicona InfiniteFocus G5（0.01 µM垂直解像度）を介して記録された表面粗さ。

2.5サーマルモデリング
Johnson – Cookの構成的パラメーターは、25〜800度および10〜10〜10〜10〜10〜10の株式でのSplit - Hopkinsonテストから再び取り付けられました。一次せん断ゾーンの温度上昇は、赤外線サーモグラフィに由来する熱分配係数と組み合わせたオックスリーの機械加工理論を使用して予測されました。

3つの結果と分析
3.1ツールの寿命と摩耗メカニズム
図1は、3つの冷却戦略の下での脇腹の摩耗の進行を示しています。クラムは、均一な摩耗土地の成長（28.7分でVB=0.3 mm）を示しましたが、洪水冷却は12.1分で-寿命基準に到達しました。 SEM顕微鏡写真では、洪水冷却における支配的な拡散摩耗が明らかになり、界面温度（ΔT≈200度）によってアサリで抑制されました。

3.2表面の完全性
図2は、RAと残留応力プロファイルをコントラストします。クラムは、洪水冷却下で0.47±0.05 µmと比較して、RA=0.31±0.02 µmを生成しました。アサリの残留応力は、圧縮（-380±45 MPa）から深さ150 µmのままでした。洪水冷却は、50 µmで引張応力を発生させました（+120±30 MPa）。

3.3疲労性能
650度の3つの-ポイント曲げ（ASTM E466）は、洪水と比較してCLAM標本の故障（2.6×10〜）のサイクルの2倍の増加（{5}}冷却コントロール（1.3×10））を示しました。フラクトグラフィーは、亀裂の開始が表面からサブ-表面にシフトし、圧縮残留応力と一致したことを確認しました。

3.4モデルの検証
予測されたプライマリせん断-ゾーン温度は、すべてのパラメーターの組み合わせ（R²= 0.92）にわたってピロメトリーデータの8％内で一致しました。キャリブレーションされた熱モデルにより、プロセスプランナーは-をpre - interface温度を650度以下に維持する切断パラメーターを選択し、拡散摩耗を最小限に抑えることができます。

4議論
4.1摩耗抑制メカニズム
クラムの下での界面温度が低いため、チアルの酸化が阻害され、チップへのコバルトバインダーの拡散が減少し、ツールの寿命が延びています。レーザーpre -熱は、極低温ジェットからの熱衝撃を緩和し、以前の極低温-のみの研究で観察されたマイクロ-チッピングを防止します[4]。

4.2残留応力形成
圧縮応力は、機械加工された表面の急速な極低温消光に由来します。レーザーpre -熱は過度の冷却をオフセットし、延性を妥協する可能性のある脆性相核形成（Δ-ni₃nb）を防止します[5]。

4.3制限
連続ターニングを採用した実験。粉砕の典型的な中断の切断は、熱のパーティションと残留応力を変える可能性があります。偽造ディスクの物質的異方性は対処されていません。液体の経済評価-窒素消費と生産性の向上は保留中です。

4.4実用的な意味
CLAMは、最大650度のサービス用のインコル718コンポーネントのドライまたは近くの-乾燥機械加工を可能にし、クーラント廃棄物を78％、ツールインベントリを40％削減します。挿入摩耗とワークの変動性を補うために、実際の-時間の熱イメージングに基づく適応制御との統合が推奨されます。

5つの結論
CLAMはツールライフ2.4 -折りたたみ式で、650度の圧縮残留応力と低表面粗さを維持することにより、インコール718コンポーネントの疲労寿命を2倍にします。検証済みの熱モデルは、パラメーター選択のための再現可能なフレームワークを提供します。将来の作業は、フライス式の試験とライフサイクルコスト分析に焦点を当てる必要があります。

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