Inconel 718超声辅助电弧加工的表面完整性与Cu-Al2O3电极磨损行为研究

《Journal of Materials Research and Technology》：Study on Surface Integrity and Cu-Al 2O 3 Electrode Wear Behavior in Ultrasonic-Assisted Electric Arc Machining of Inconel 718

　　

Inconel 718镍基高温合金具有高强度、高韧性、低导热性和强烈的加工硬化倾向，在常规加工中常导致切削温度高、刀具磨损严重和表面完整性控制差。电弧加工（EAM）作为一种高能量密度、非接触式材料去除方法，为加工Inconel 718提供了高效途径。然而，工具电极的不均匀磨损、局部电弧通道集中以及熔融产物去除不足仍影响表面质量和工艺稳定性。为进一步提升EAM性能，研究人员将轴向超声振动引入Cu-Al₂O₃工具电极，建立了超声辅助电弧加工（UEAM）工艺。研究了超声输出水平对表面形貌、截面热损伤、元素分布、放电行为和电极磨损的影响。结果表明，UEAM有效减弱了鱼鳞纹理和熔融堆积。随着超声输出增加，Sa从15.35 μm降至8.90 μm，热影响区厚度从117.15 μm降至21.79 μm。在100%超声输出下，重铸层厚度降至5.29 μm。能谱分析（EDS）结果显示，表面O含量从7.30 wt.%降至5.19 wt.%，表明氧富集减少。电信号分析表明，超声振动重新分配了放电能量并减少了异常大电流脉冲。同时，电极边缘圆化、放电凹坑和粘附碎屑得到缓解，相对电极磨损率从23.03%降至16.65%。这些结果表明，轴向超声辅助改善了放电均匀性并限制了局部热载荷，从而提高了表面完整性并减少了Cu-Al₂O₃电极磨损。

Inconel 718镍基高温合金因其优异的高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性和组织稳定性，广泛应用于航空发动机、燃气轮机、核动力装备和海洋工程等极端服役环境。然而，该材料强度高、韧性好、导热系数低且加工硬化倾向强，导致常规机械加工中切削温度高、刀具磨损严重、表面完整性难以控制。电弧加工（EAM）作为一种高能量密度、非接触式热蚀除方法，可高效去除Inconel 718等难加工导电