Investigation into grindability of a superalloy and effects of grinding parameters on its surface integrity

Abstract

GH4169 is comparatively a new superalloy mainly used as turbine components because of its outstanding combination properties such as high-temperature strength, thermal stability and wear resistance. But these also make it hard to cut, and its machined surface quality and integrity are particularly sensitive to the manufacturing process employed. The existing researches on machining-induced surface integrity and machinability of hard-to-cut materials are briefly reviewed; the effects of processing parameters on surface integrity for GH4169 components are studied in detail via orthogonal-designed external grinding experiment. The single-factorial plain grinding experiment was designed to further investigate the influence of depth of cut on the surface integrity characteristics. The surface roughness, residual stress distribution, microhardness profile and microstructural alteration within the subsurface were obtained and analyzed. It was shown that the surface integrity is susceptible to the magnitude of depth of cut, and the components ground with low depth of cut are of more acceptable surface quality with less variation in residual stress and microhardness within the machining-affected layer than those obtained with high depth of cut. No severe microstructural alteration or adverse surface cracking was discerned when the depth of cut is reasonably set

Abrasive machining of advanced aerospace alloys and composites

“…Likewise, Sunarto and Ichida [207] concluded that CBN-U was better suited for grinding applications requiring high dimensional accuracy. More recently, Zeng et al [247] showed that varying depths of cut (5-40 mm) had a significant influence on workpiece surface integrity when surface grinding GH4169 nickel based superalloy using a Al 2 O 3 wheel. Although surface residual stresses remained tensile ($700 as opposed to 1200 MPa), workpiece roughness decreased (to 0.284 from 0.896 mm Ra) with no indication of material cracking and minimal subsurface microstructural alteration ($3 mm) when operating at the lowest depth of cut of 5 mm, see Fig.…”

State of the art in grindability of the nickel-based alloys

“…Z uwagi na te zjawiska autorzy prac dotyczących szlifowania stopów na osnowie niklu najczęściej rezygnują ze stosowania konwencjonalnych narzędzi ścier-nych na rzecz narzędzi wykonanych z materiałów supertwardych jak diament czy cBN. W swoich publikacjach opisują efekty procesu szlifowania z użyciem ściernic z materiałów supertwardych jak ściernice diamentowe oraz ściernice z regularnego azotku boru [7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]. Zjawiska w strefie szlifowania W strefie szlifowania, w której narzędzie ścierne podczas pracy styka się z przedmiotem obrabianym, dochodzi do kontaktu czterech podstawowych elementów: ziaren ścier-nych, spoiwa, materiału obrabianego oraz środowiska.…”

“…Zjawiska w strefie szlifowania W strefie szlifowania, w której narzędzie ścierne podczas pracy styka się z przedmiotem obrabianym, dochodzi do kontaktu czterech podstawowych elementów: ziaren ścier-nych, spoiwa, materiału obrabianego oraz środowiska. Kontakt tych elementów w warunkach wysokiej temperatury, wywołanej tarciem i dużą dynamiką procesu, może powodować zachodzenie reakcji chemicznych [17,18] -rys. 3.…”

“…Do najważniejszych zjawisk chemicznych w obróbce ścier-nej zaliczyć należy oddziaływania pomiędzy ziarnami ścier-nymi i materiałem obrabianym oraz oddziaływania pomiędzy materiałem obrabianym a wypełniaczami i impregnatami zawartymi w narzędziach ściernych. Istotne są również oddziaływania pomiędzy ziarnami ściernymi a środowiskiem obróbki [17,19,20].…”

“…Na efektywność szlifowania wpływają również działania mające na celu obniżenie temperatury w strefie szlifowania, zapobiegające adhezji wiórów do powierzchni obrabianej i materiału ściernego [17].…”