Kriyojenik işlem uygulanmış ve uygulanmamış kesici takımlarla tornalanan aısı 1050 çeliğinin işlenebilirliği ve talaş morfolojisinin araştırılması
Investigation of machinability and chip morphology of aisi 1050 steel turned whit cryogenically heat-treated and untreated cutting inserts
Yazar: ONUR ERSÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEHMUS BADAY
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kriyojenik işlem (K.İ.), malzemeyi sıfır derecenin altındaki çok düşük sıcaklıklarda soğutularak, malzemeye istenilen metalürjik ve mikro yapısal özelliklere kazanılmasını sağlayan bir ısıl işlem türüdür. Bu ısıl işlem, malzemenin kalıntı ve iç gerilmelerin giderilmesi, tokluğun arttırılması, aşınma ve yorulma dayanımlarının iyileştirilmesi gibi malzemenin mekanik yapısında iyileşmeler meydana getirerek malzemenin yapısında olumlu yönde katkılar sağlamaktadır. Kriyojenik işlem, malzemelere uygulanıyor olmasının yanında, kesici takımlara da uygulanarak, kesici takımların aşınma direnci, sertlik, tokluk ve ısıl iletkenliği gibi mekanik özelliklerini iyileştirmektedir.  Bu amaçla gerçekleştirilen bu deneysel çalışmada, kriyojenik işlemin kesici takımlara kazandırdığı bu özellikleri incelenmesi amacıyla CVD kaplı karbür kesici takımlara kriyojenik ısıl işlem uygulanmıştır. Bu doğrultuda, kesici takımlara uygulanan derin K.İ. -146 °C'de 24 saat süre ile ygulanmıştır. Daha sonra bu kesici takımlar, oda sıcaklığına getirilerek 200 °C'de, her biri 2 saat süreyle iki kez temperleme işlemi yapılmıştır. Tornalama deneyleri, K.İ. uygulanmış ve uygulanmamış kesici takımlarla kuru kesme şartlarında dört farklı kesme hızı (180, 200, 220 ve 240 m/dak), üç farklı ilerleme hızı (0,1, 0,2 ve 0,3 mm/dev) ve 2 mm sabit talaş derinliği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İş parçası malzemesi olarak AISI 1050 çeliği seçilmiştir. Kesme kuvvetleri, kesme parametreleri ve K.İ. uygulanmış ve uygulanmamış takımlarla AISI 1050 çeliğinin tornalanması esnasında oluşan kuvvetler dinamometre yardımıyla ölçülmüştür. İşlenmiş iş parçasının 3 farklı yüzeyinden, yüzey pürüzlülüğü ölçümü alınarak ortalama yüzey pürüzlülük (Ra) değerleri elde edilmiştir. Daha sonra bu üç değerin aritmetik ortalamaları alınarak Ra değerleri hesaplanmıştır. İşleme deneyleri sonrası, K.İ. uygulanmış ve uygulanmamış kesici takımlarda oluşan aşınma durumlarını ve kesme işlemi esnasında oluşan talaşların morfolojisini belirlemek için, SEM görüntüleme cihazıyla incelemeler gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneyler sonucunda, en düşük kesme kuvveti 240 m/dak kesme hızında ve 0,1 mm/dak ilerlemede K.İ. uygulanmış kesici takımlarda elde edilmiştir. En düşük Ra değeri 180 m/dak kesme hızında ve 0,1 mm/dev ilerlemede K.İ. uygulanmamış kesici takım ile görülmüştür. Sonuç olarak, K.İ. uygulanmış kesici takımlar ile K.İ. uygulanmamış takımlar karşılaştırıldığında, K.İ. uygulanmış kesici takımlar ile daha az takım aşınması, daha düşük kesme kuvvetleri ve daha düşük yüzey pürüzlülük değerleri görülmüştür. Ayrıca talaş morfolojisi açısından, SEM görüntüleri karşılaştırıldığında, K.İ. uygulanmış kesici takımlardan elde edilen talaşlarda daha küçük testere formlu yapılar oluştuğu tespit edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Kriyojenik işlem, kesme kuvveti, takım aşınması, talaş morfolojisi, yüzey pürüzlülüğü

Abstract:
Cryogenic process (C.P.) is a type of heat treatment that allows the material to gain metallurgical and micro-structural properties by cooling the material at very low temperatures below zero degrees. This heat treatment provides positive contributions to the structure of the material by creating improvements in the mechanical structure of the material such as removing residual and internal tensions, increasing toughness, increasing wear and fatigue strength. Cryogenic process, besides being applied to materials, is also applied to cutting tools, improving the properties of cutting tools such as wear resistance, hardness, toughness and thermal conductivity. In this experimental study carried out for this purpose, cryogenic heat treatment applied to CVD coated carbide cutting tools due to these properties that cryogenic process brings to the cutting tools. In this target, deep C.P applied to cutting tools was applied for 24 hours at -146 0C. Then, these cutting tools were brought to room temperature and tempered twice at 200 °C for 2 hours each. Turning experiments was carried out by C.P and untreated cutting tools with four different cutting speeds (180, 200, 220 and 240 m/min) three different feed rates (0.1, 0.2 and 0.3 mm/rev) and 2 mm constant depth of cut under dry cutting conditions. AISI 1050 steel has been chosen as the workpiece material. The cutting forces obtained during the turning of AISI 1050 steel, with cutting tools on which treated and untreated were measured with the help of a KISTLER brand dynamometer. Surface roughness values were obtained by measuring surface roughness from 3 different surfaces of the machined workpiece. Then, the values of average surface roughness were calculated by taking the arithmetic mean of these three values. After processing experiments, K.İ. It was carried out with SEM imaging device to determine the wear conditions of applied and unapplied cutting tools and the morphology of the chips formed during the cutting process. As a result of the experiments carried out, the lowest cutting force has been obtained with cryogenically heat treated cutting inserts from 240 m/min cutting speed and 0.1 mm/min feed. The lowest surface roughness value has been observed  with CHT Cutting insert at 180 m/min cutting speed and 0.1 mm/rev feed. As a result, while comparing CHT cutting insert with untreated cutting insert, less tool wear, lower cutting forces and lower surface roughness values have observed with CHT inserts. In addition, in terms of chip morphology, when SEM images are compared, It was determined that the chips obtained from CHT cutting tools formed smaller serration shapes.

Key Words: Cryogenic process, cutting force, tool wear, chip morphology, surface roughness