* Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak, krzysztof.jemielniak@pw.edu.pl, https://orcid.org/0000-0002-7156-7878 – Wydział Inżynierii Produkcji, Politechnika Warszawska, Warszawa, Polska The paper presents an update of the recent literature on advances in cooling techniques for machining of difficult to machine materials such as nickel and titanium-based alloys used in aero-engine and aerostructure applications. The review covers: cryogenic machining, minimum quantity lubrication, the combination of MQL and cryogenic cooling, and high-pressure lubricoolant supply. Examples of appli- cations in industrial processes are also given. KEYWORDS: cooling techniques, cryogenic machining, cry- ogenic cooling, minimum quantity lubrication, MQL, high- -pressure lubricoolant supply, difficult to machine materi- als, nickel alloys, titanium-based alloys W artykule przedstawiono najnowsze osiągnięcia w tech- nikach chłodzenia przy obróbce materiałów trudnoobial- nych, takich jak stopy niklu i stopy tytanu, stosowanych w silnikach i konstrukcjach lotniczych. Przegląd obejmuje: chłodzenie kriogeniczne i minimalne, połączenie tych tech- nik, czyli kriogeniczne chłodzenie minimalne, oraz chłodze- nie pod wysokim ciśnieniem. Przedstawiono również przy- kłady zastosowań przemysłowych. SŁOWA KLUCZOWE: chłodzenie, chłodzenie kriogeniczne, chłodzenie minimalne, chłodzenie pod wysokim ciśnie- niem, materiały trudnoobrabialne, superstopy, stopy niklu, stopy tytanu Wprowadzenie Superstopy, takie jak stopy tytanu i niklu, mają doskonałe właściwości mechaniczne i chemiczne w wysokiej temperaturze, dzięki czemu są szero- ko stosowane w przemyśle lotniczym, oceanicznym i chemicznym. Jednak ze względu na te właściwości są one trudne w obróbce. Zmienność grubości wiórów, wysokie naprężenia cieplne i obciążenia ciśnieniowe, sprężynowanie oraz naprężenia szczątkowe są odpo- wiedzialne za większe zużycie narzędzi i gorszą jakość warstwy wierzchniej. Obniżenie temperatury w strefie skrawania jest koniecznym warunkiem, aby uzyskać akceptowalną trwałość narzędzia skrawającego i jakość warstwy wierzchniej. Konwencjonalne chłodzenie zalewowe (obfite) jest szkodliwe dla zdrowia i dla środowiska, dlatego potrzebne jest wprowadzanie nowych, bar- dziej ekologicznych technik smarowania i chłodzenia, zwłaszcza w obróbce trudno skrawalnych materia- łów. Chłodzenie kriogeniczne jest skuteczną metodą zwiększenia obrabialności i odprowadzenia ciepła w strefie skrawania, ponieważ wpływa na właściwo- ści narzędzia skrawającego i obrabianego przedmiotu dzięki użyciu bardzo zimnego medium, takiego jak cie- kły azot (liquid nitrogen – LN 2 ) lub ciekły dwutlenek węgla (liquid carbon dioxide – LCO 2 ). Innym przyja- znym dla środowiska rozwiązaniem jest smarowanie minimalne (minimum quantity lubrication – MQL), w którym w strefie skrawania rozpylana jest opty- malna ilość chłodziwa. Bardzo obiecujące są nano- ciecze – dyspersja niemetalicznych lub metalicznych nanododatków o wielkości poniżej 100 nm w cieczy bazowej. Mają one doskonałe właściwości chłodzące ze względu na zaawansowane możliwości ekstrakcji wytworzonego ciepła. Zagadnienia te są przedmiotem zainteresowania światowej nauki i poświęcono im wiele świetnych prze- glądów literatury, np. [1–6]. Tu zostaną omówione je- dynie najnowsze osiągnięcia w technikach chłodzenia przy obróbce superstopów – z lat 2018–2020. Chłodzenie kriogeniczne Największe wyzwania podczas obróbki trudnoobra- bialnych stopów używanych w krytycznych zastoso- waniach lotniczych to zwiększenie trwałości narzę- dzia i poprawa jakości warstwy wierzchniej elementu. Obróbka stopów tytanu i niklu jest trudna ze względu na ich słabą przewodność cieplną. Wybór chłodzi- wa i warunków obróbki ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia wydajności. W przypadku smarowa- nia konwencjonalnego (obfitego, zalewowego) przy większej wydajności obróbki chłodziwo nie dociera do strefy skrawania i dochodzi do zanieczyszczenia środowiska [7]. Takie chłodzenie jest nieefektywne, ponieważ zależy głównie od różnicy temperatur. Pod- czas stygnięcia emulsja pozostaje w stanie ciekłym, przez co dłużej ma kontakt z gorącą strefą skrawania lub powierzchnią obrabianego przedmiotu [8, 9]. Do obniżenia wysokiej temperatury w strefie skrawania i podwyższenia wydajności obróbki niezbędne jest lepsze odprowadzanie ciepła. W tym kontekście obiecującym podejściem jest chło- dzenie kriogeniczne za pomocą ciekłego azotu LN 2 lub ciekłego dwutlenku węgla LCO 2 . Mechanizm odprowa- dzania ciepła LN 2 i LCO 2 zależy głównie od absorpcji ciepła w wyniku przemiany fazowej medium. Ponadto New developments in cooling techniques for machining superalloys Nowe osiągnięcia w technikach chłodzenia przy obróbce superstopów KRZYSZTOF JEMIELNIAK * DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2021.7.9 6 MECHANIK NR 7/2021