AISI 1070 çeliğinden üretilen işlemsiz, yüzey işlemli ve sert yüzey kaplamalı kesici takımların mekanik özelliklerinin, mikroyapı ve kesme performanslarının incelenmesi
Investigation of mechanical properties, microstructures and cutting performances of cutting tools produced from surface hardened and coated AISI 1070 steel
Yazar: AHMET ÇAKAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YILDIRIM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
ÖZETDoktora TeziAISI 1070 ÇELİĞİNDEN ÜRETİLEN İŞLEMSİZ, YÜZEY İŞLEMLİ VE SERT YÜZEYKAPLAMALI KESİCİ TAKIMLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN, MİKROYAPIVE KESME PERFORMANSLARININ İNCELENMESİAhmet ÇAKANFırat ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüMetalurji Eğitimi Anabilim Dalı2006, Sayfa: 125Mekanik özellikler açısından iyi ve ucuz olan malzemelerden, değerli makineparçalarının üretilmesi malzeme teknolojisinde ayrı bir yere ve öneme sahiptir. Kesici uçların,üretim sanayinde kullanılması ve atölye sarf malzemesi olarak tüketimi, gelişmesini henüz tamolarak tamamlamamış diğer ülkeler gibi, ülkemizde de maliyet giderleri açısından büyük payasahiptir. Çünkü kesici uç için yapılan fazla masraf, doğrudan üretilen ürüne yansıyarak onunmaliyetini artırmakta ve ülkenin üretimdeki rekabet gücünü büyük ölçüde azaltmaktadır.Son on yıl içerisinde; tornalama işlemlerinde kullanılan pahalı ve klasik kesici uçlarınyerine, onlardan daha ucuz, yüzey mühendisliği teknikleri kullanılarak üretilen kesici uçmalzemelerin kullanılması bir zorunluluk haline gelmiştir. Kesici uçların üretiminde dahakullanışlı, pratik, ucuz ve özellikleri iyileştirilebilen yeni teknoloji ürünü malzemelerinkullanılması, bu sanayi koluna büyük yenilikler getirmiştir. Nitekim böyle uygun mekaniközelliklere sahip kesici uçların makine teknolojisine girmesi ve geniş çaplı kullanımı ile talaşlıimalatta büyük kolaylık ve avantajlar sağlanmıştır.Özellikle % 0.7-0.8 C içeren orta karbonlu; ısıl işlemlerle bile kesme performansıyeterince iyileştirilemeyen, ucuz, kısa kesme ömürlü adi takım çeliğinden yararlanılarak;bunlardan değerli kesme kalemlerinin üretilmesi, tornalama tekniği açısından büyük önemtaşımaktadır. Temini oldukça kolay olan, bir kalem malzemesi olarak kendisinden istenen birçok özelliğe sahip bu malzemelere; iç kısımlarının az oranda sünek ve tok, yüzeylerinin ise sertve aşınma etkilerine dayanıklı olması sağlanarak; bunlardan değerli, ucuz ve uzun ömürlü kesiciuçların elde edilmesi sağlanmıştır.Bu çalışmada; % 0.7 sade karbonlu bir kalite çeliğinden, ısıl işlemlerle sertleştirilip 180ºC sıcaklıkta gerginliğini atması sağlanan orijinal malzemeye nitrürasyon işlemi uygulanmış,daha sonra nitrürlenmiş kesici uç numuneleri fiziksel buhar biriktirme tekniklerinden (PVD),katodik ark buhar biriktirme yöntemi kullanılarak TiN, TiCN ve CrN kaplanıp; üretilen kesiciuçların 190, 240 ve 320 dev/dak farklı devirlerde ve ayrı ayrı 0.052 ve 0.081 mm/dev farklıilerleme hızlarındaki kesme performansları ve bir on line izleme sistemi kullanılarak aşınmadavranışları araştırılmış, araştırmadan elde edilen bilimsel sonuçlar birbirleriyle detaylı birşekilde karşılaştırılmıştır.Çalışmalarda; üretilen kesici uçlar arasında en iyi sonuç TiN kaplı numunede 190dev/dav devir, 0.052 mm/dev ilerleme hızında elde edilmiştir. Uçların kesici bölgelerindenalınan taramalı elektron mikroskobu resimlerinden; kaplama bölgesine uygulanan ısıl işlemlerinbaşarılı bir şekilde gerçekleştiği, arzu edilen yapıların oluştuğu, homojen ve dengeli dağıldığı,mekanik olarak oluşturulan katların birbiriyle uyumlu bir şekilde, gözeneksiz ve aşırı gevreklikgöstermeden bağlandığı belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Yüzey modifikasyonu, PVD, On line izleme, Modern kesici takımlar, TiN kaplama,TiCN kaplama, CrN kaplama.

Abstract:
ABSTRACTPhD ThesisINVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES, MICROSTRUCTURES ANDCUTTING PERFORMANCES OF CUTTING TOOLS PRODUCED FROM SURFACEHARDENED AND COATED AISI 1070 STEELAhmet ÇAKANFırat UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Metallurgy Education2006, Page: 125The production of valuable machine parts from materials which are not expensive andhave good mechanical properties in materials technology is very important. Use of cutting toolsin production industry and their consumption in metal workshop are expanding every year. Theproduction costs of cutting tools in countries, which are not fully developed such as Turkey,play an important role in total manufacturing costs. The extra costs for cutting tools add to thecost of products directly, raising their costs, and thus decrease the competitiveness of countries.The use of cheaper new-type cutting tools, which have been produced by means ofsurface coating techniques, instead of expensive and classic cutting tools, has become a rule inlast ten years. Use of these new, cheap, useful and novel materials in the production of cuttingtools has brought about an innovation in the manufacturing industry. Introduction of suchcutting tools, which have suitable mechanical properties, to chip removal industry is veryimportant as they offer various advantages over more conventional cutting tools, such as lowercost and longer service life.In this study, the cutting tools have been produced from medium-carbon steelcontaining 0.7-0.8 % C, which is not expensive and not easy to heat treat, and generally used assimple classic cutting tool due to its low cutting performance and short service life, usingmodern surface coating techniques. This tool material can be found easily in the market andshows good tool material properties. As well known, the interior parts of cutting tools must bereasonably tough and possess acceptably high tensile strength and, on the other hand, thesurfaces must be hard and exhibit a good wear resistance. The cutting tools produced frommedium carbon steel with surface coating methods have been shown to be less costly andvaluable, and exhibited long service life.In this study, raw cutting tools have been cut from a medium carbon steel with 0.7 % C.These tool parts have been then water hardened and tempered at 180 ºC for stress-relieving,followed by nitriding in a liquid cyanide salt bath. Finally, the tips of the tool parts have beencoated by cathodic arc vapour deposition method which is a special type of PVD coatingtechnique. By this technique, TiN, TiCN and CrN thin coating layers have been produced on thesurface of cutting tools.The cutting performance of such produced cutting tools has been tested at 190, 240 and320 rev/min turning cycles with feeding rates of both 0.052 and 0.081 mm/rev for each turningcycle. The wear behaviour of cutting tools has been investigated by using an on-line monitoringtechnique. The results of wear tests conducted under different conditions have been comparedwith each other comprehensively.TiN-coated specimens have exhibited the best wear performance under the conditions of190 rev/min turning cycle and 0.052 mm/rev feeding rate. The microstructures of the tips of thecutting tools were investigated by means of scanning electron microscopy (SEM). Themicrostructures indicated that the heat treatments and coating processes were successful. Thephases present in the coating layers are uniform, homogeneous and well-dispersed in the coatedzone. The coated layers show a small amount of porosity and a good binding to substratematerial and are not brittle.Keywords: Surface modification, PVD, On-line monitoring, Modern cutting tools, TiN coating, TiCNcoating, CrN coating.