Ç1050, Ç4140 ve Ç52100 çeliklerinin farklı takımlarla işlenebilirliği ve modeller geliştirilmesi
Machinability of AISI 1050, aisi 4140 and aisi E52100 steels by different cutting tools and development of models
Yazar: ALİ RİZA MOTORCU
Danışman: PROF.DR. YUSUF ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ısıl işlemsiz ve ısıl işlem görmüş Ç1050, Ç4140 ve Ç52100çeliklerinin kaplamalı karbür, sermet, seramik ve kübik bor nitrür (KBN)kesici takımlarla işlenmesinde kesme parametreleri ve takım geometrisininyanı sıra, iş parçası ve takım sertliklerinin, takım ömrü, takım aşınması, talaşatılabilirliği ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. TaguchiTekniği kullanılarak en yüksek takım ömrü değerlerini veren optimal kontrolfaktörleri belirlenmiştir. Tahminsel takım ömrü denklemleri çıkartılmıştır.Buna ek olarak, Merkezi Kompozit Tasarım ve Yanıt Yüzey Tekniğinin birliktekullanılmasıyla deneysel verilerden faydalanılarak tahminsel Ra, Rz ve Rmaxyüzey pürüzlülük denklemleri geliştirilmiştir. Ayrıca, aşınmış uçların SEMgörüntüleri çekilerek takım aşınma tipleri belirlenmiştir. Kontrol faktörlerinintalaş tipleri ve talaş eğrilik yarıçapları üzerindeki etkileri araştırılmıştır.Deneysel çalışmaların çoğunda, sırasıyla kesme hızı, ilerleme miktarı, kesicitakım sertliği ve iş parçası sertliğinin takım ömrü üzerinde en etkiliparametreler olduğu saptanmıştır. Faktör etkileşimlerinin yer aldığı tahminseldenklemler daha güvenilir sonuçlar vermiştir. Isıl işlemsiz Ç1050 ve Ç4140çeliklerinin seramik takımlarla işlenmesinde burun aşınması ve krater aşınmasıgözlenmiştir. Fakat, kaplamasız seramik takımlarda çentik aşınmasıoluşmuştur. Isıl işlem görmüş çelikleri kaplamalı seramik ve karbürlerleişlenmesinde takım kırılması etkin olarak görülmekte iken kaplamasızseramiklerle işlemede krater aşınması etkin olarak oluşmaktadır. Ancak, ısılişlemsiz durumdaki Ç52100 çeliğinin kaplamalı karbür takımla işlenmesindeyan kenar aşınması ve kaplama katmanında kırılmalar etkin iken kaplamasızve kaplamalı seramiklerde ise yan kenar ve krater aşınmasının etkili olduğugözlenmiştir. Buna ilaveten, küreselleştirilmiş Ç52100 çeliğinin karbürtakımlarla yüksek kesme şartlarında işlenmesinde ise mekanik yorulmaçatlakları oluşmuştur. Aynı iş parçasının seramik takımlarla işlenmesinde iseyan kenar aşınması ve krater aşınması etkin olarak oluşmaktadır. Son olarak,su verme+temperleme ısıl işlemi uygulanmış Ç52100 çeliğinin seramik ve KBNtakımlarla düşük ve orta kesme şartlarında işlenmesinde ise yan kenar vekrater aşınması etkin olarak oluşmuştur. Fakat, kesme şartlarınınarttırılmasıyla seramik takımların kırıldığı görülmüştür.Bunlara dışında, yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili parametreler sırasıylailerleme miktarı, kesme hızı ve talaş derinliği olmuştur. Isıl işlemsiz Ç1050çeliğinin işlenmesinde kaplamalı seramik takımlar daha iyi yüzeypürüzlülükleri sağlamışken Ç4140 çeliklerinin işlenmesinde ise kaplamasızseramik takımlarla daha düşük yüzey pürüzlülük değerleri elde edilmiştir. Isılişlem görmüş çeliklerin işlenmesinde genelde en düşük yüzey pürüzlülüklerisırasıyla kübik bor nitrür, kaplamasız seramik, kaplamalı seramik ve kaplamalıkarbür takımlarla elde edilmiştir. Ayrıca, talaş tipleri ve eğrilik yarıçapları ençok talaş derinliği ve kesme hızına bağlı olarak değişmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of cutting parameters and tool geometry as well as theeffects of workpiece hardness and tool hardness on tool life, tool wear, chipdisposability and surface roughness have been investigated in machining bothhot-rolled and heat-treated steels of AISI 1050, AISI 4140 and AISI E 52100steels by coated carbide, cermet, ceramic and cubic boron nitride (CBN) cuttingtools. Optimal cutting conditions for maximum tool life were determined usingthe Taguchi technique. Predictive tool life equations were derived.Furthermore, predictive equations for Ra, Rz and Rmax type surface roughnesscalculations were developed using Central Composite Design and ResponseSurface Techniques together with help of experimental data when machiningsteels. In addition, types of tool wear were shown by examining worn surfacesby a scanning electron microscope (SEM). The effect of control factors on chiptype and chip curvature radius was investigated by examining the chips formedduring the machining tests.The results indicate that the cutting speed, feed rate, tool hardness, workpiecehardness and their interactions were found out to be the most effective factorsamong control factors on tool life. It is observed that the predictive equationsprovided more reliable results.In machining hot-rolled AISI 1050 and AISI 4140 steels, nose wear and craterwear observed on ceramic tools. In machining heat-treated steels, however, anotch wear occurred on uncoated ceramic tools. In machining hardened steels,fracture was effective for coated carbide and ceramic tools while crater wearwas found to be dominant for uncoated ceramics. However, for machining non-heat treated AISI E 52100 steels, flank wear and fracture of coating layer oncoated carbide tool took place while flank wear and crater wear were observedon uncoated and coated ceramic. Moreover, in machining spheroidized AISI E52100 steels, mechanical fatigue cracks were observed on carbide tool at heavycutting conditions. Flank wear and crater wear occurred for ceramic tool whenmachining the same type of steel. Finally, flank wear and crater wear werefound to be effective on ceramic and CBN tool when machining hardened andtempered steel of AISI E 52100 under lower and medium cutting conditions; butceramic tools were fractured in heavier cutting conditions.As for the evaluating the surface roughness, the feed rate was found to be themost effective control factor on surface roughness, which is followed by cuttingspeed and depth of cut. A better surface roughness was obtained in machiningthe hot-rolled steel of AISI 1050 by coated ceramic tools. Surface roughnessvalues decreased in machining the hot rolled steel of AISI 4140 by uncoatedtools. In general, a better surface roughness was obtained in machining theheat-treated steel by CBN, which is followed by uncoated ceramic, coatedceramic and coated carbide tools. Furthermore, chip types and chip curvatureswere found to be depending on the depth of cut and cutting speed, respectively.