Hastelloy X süper alaşımının delinmesinde nano partikül katkılı kesme yağlarının işleme performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of nanoparticle added cutting oils on machining performance in the drilling of hastelloy X super alloy
Yazar: EMİNE ŞİRİN
Danışman: DOÇ. DR. TURGAY KIVAK ; DOÇ. DR. ÇAĞRI VAKKAS YILDIRIM
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Metal işleme operasyonlarında kullanılan kesme sıvısı çevreyi, insan sağlığını ve toplam üretim maliyetlerini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu yüzden, kullanılan kesme sıvısının miktarının azaltılması veya ekolojik olarak adlandırılan yöntemlerin tercih edilmesi büyük önem taşımaktadır. Ekolojik soğutma/yağlama yöntemlerinin incelendiği bu çalışmada, nikel esaslı Hastelloy X süper alaşımının delinmesinde kuru, MMY, Mono ve Hibrid Nano MMY soğutma/yağlama koşullarının itme kuvveti, moment, delik kalitesi (yüzey pürüzlülüğü, çaptan sapma, dairesellikten sapma ve silindiriklikten sapma), kesme sıcaklığı, çapak yüksekliği, takım aşınması ve takım ömrü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Nano akışkanlar, kesme yağı içerisine hacimce %0,6 grafen nanoplatelet (GNP) ve hegzagonal bor nitrür (hBN) nano partikülleri eklenerek hazırlanmıştır. Homojen, stabil karışım elde etme adına karışım içerisine ağırlıkça %0,25 Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) ve Gam Arabik (GA) yüzey aktif maddeleri eklenmiştir. Delme deneylerinde kesici takım olarak 5 mm çapında TiAlN kaplamalı karbür matkaplar, işleme parametresi olarak, iki farklı kesme hızı (20 ve 30 m/dak), iki farklı ilerleme (0,04 ve 0,06 mm/dev) ve sabit delme derinliği (13,5 mm) kullanılmıştır. İtme kuvveti, moment, delik kalitesi, çapak yüksekliği ve takım aşınması bakımından en iyi sonuçlar SDS ilaveli hBN/GNP hibrid kesme koşulunda elde edilirken, kesme sıcaklığı için en iyi sonuç yüzey aktif madde eklenmeyen hBN/GNP hibrid kesme koşulunda elde edilmiştir. Kuru kesme koşulunda 10 delik sonunda matkapta yanak aşınması değeri 0,281 mm ölçülürken, hBN/GNP-SDS kesme koşulunda 60 delik sonunda 0,135 mm olarak ölçülmüştür. Takım aşınması bakımından hBN/GNP-SDS kesme koşulu kuru kesme koşuluna göre %51,96 oranında iyileşme göstermiştir. En iyi işleme performansını mono nano akışkanlar arasında hBN-SDS kesme koşulu, hibrid nano akışkanlar arasında hBN/GNP-SDS kesme koşulu göstermiştir. Ayrıca, SDS yüzey aktif maddesinin işleme performansı açısından GA'ya göre daha üstün performans gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The cutting fluid used in metal cutting operations shows adversely affects on the environment, human health and total production costs. For this purpose, it is important to the amount of cutting fluid need to be minimized or ecological cooling/lubrication methods can be prefer. In this study, ecological cooling/lubrication methods were examined and effects of dry, MQL, Mono and Hybrid Nano MQL cooling/lubrication conditions on thrust force, torque, hole quality (surface roughness, diameter deviations, roundness and cylindricity), cutting temperature, burr height, tool wear and tool life were investigated when drilling of nickel based super alloy Hastelloy X. Nanofluids were prepared by adding 0.6 vol% graphene nanoplatelets (GNP) and hexagonal boron nitride (hBN) nanoparticles. Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) and Gum Arabic (GA) added by 0.25 wt% as surfactants into the nanofluids for homogeneous and stable mixtures. In drilling experiment, 5 mm diameter TiAlN coated carbide drills as cutting tools, two different cutting speeds (20 and 30 m/min), two different feed rates (0.04 and 0.06 mm/rev) and a costant drilling depth (13.5 mm) was used. The best cutting force, torgue, hole quality, burr height, and tool wear results were obtained under SDS added hBN/GNP hybrid cutting condition whereas the best cutting temperature results were achieved under hBN/GNP hybrid cutting condition without surfactants. The maximum flank wear of the drill was measured as 0.281 mm after 10 holes under dry cutting condition, whereas the minimum flank wear was measured as 0.135 mm after 60 holes under hBN/GNP-SDS cutting condition. The hBN/GNP-SDS cutting condition improved by 51.96% compared to the dry cutting condition in terms of tool wear. The hBN-SDS showed better cutting performance among the mono nanofluids cutting condition, while the hBN/GNP-SDS showed better cutting performance among the hybrid nano fluids cutting condition. Also, when the surfactants added to nanofluids were evaluated, it was determined that the SDS performed better than the GA in terms of cutting performance.