16MnCr5 çeliğinin tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü ve yüzey sertliği değişimine etkisi
The effect of cutting parameters on surface roughness and surface hardness change in turning of 16MnCr5 steel
Yazar: ÜMMÜ GAMZE TELEK
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Sementasyon çelikleri yüzeyi sert ve aşınmaya karşı dirençli, parça merkezlerinin yumuşak ve tok olması istenilen, darbeli ve değişken yüklere karşı yüksek dayanım istenilen parçaların imalatında kullanılan alaşımlı veya alaşımsız yapıya sahip çeliklerdir. Sementasyon çelikleri işleme öncesi ve sonrasında ısıl işleme tabi tutulabilmektedir. Bu da son ürünün mekanik özelliklerini ve yüzey kalitesini etkilemektedir. Kullanım alanına göre farklı mekanik parametreler ve yüzey kalitesi gereksinimleri bulunmaktadır. Bundan dolayı, ürünün istenilen mekanik özelliklerinin sergilendiği işleme parametrelerini ve yüzey işlemlerini bulmak için bir deney tatbik etmek gerekmektedir. Bu çalışmada, 16MnCr5 (1.7131) sementasyon çeliğinin farklı kesme parametreleriyle işlenmesinin ısıl işlem sonrası sertliğe etkisi incelenmiştir. Deneyler tasarlanırken en düşük maliyetle kesme performansının belirlenmesi ve kalitenin artırılması için Taguchi yaklaşımından faydalanılmıştır. Kesme parametreleri; kesici uç radyusu, ilerleme hızı ve kesme derinliği olarak belirlenmiştir. Normalizasyon uygulanmış ve uygulanmamış olmak üzere iki malzeme grubu oluşturulmuş ve her iki deney grubu için de 27 adet numune hazırlanmıştır. Numuneler belirlenen deney parametrelerine göre işlenmiş ve daha sonra yüzey pürüzlülükleri ölçülmüştür. Sementasyon ısıl işlemi öncesi malzemelerin yüzeyden çekirdeğe doğru mikrosertlik ölçümü için Vickers sertlik cihazıyla 0,1 mm aralıklarla sertlik taramaları yapılıp, kayıt altına alınmıştır. Sementasyon işlemi türlerinden gaz sementasyonu gerçekleştirilmiştir ve tekrardan Etkin Sementasyon Değerinin (ESD) tespiti için 0,1 mm aralıklarla sertlik taramaları yapılmıştır. Varyasyon analizleri sonucunda tüm kesme parametrelerinin yüzey sertliğinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Yüzey sertliğindeki artışa %73,50 etki ile kesme derinliği artışının etkilediği görülmüştür, uç radyusu ve ilerleme hızının artışının benzer şekilde yüzey sertliğini arttırdığı ve benzer etkiye sahip olduğu sonucu elde edilmiştir. Deney sonucunda sementasyon çeliğine uygulanan ısıl işlemlerin ve kesme parametrelerinin, sertlik değişimi ve yüzey kalitesi arasındaki ilişki tanımlı hale getirilmiştir.

Abstract:
Cementation steels are kind of steels that are hard-surfaced and abrasion resistant, with alloyed or non-alloyed structure. These steels are used in the manufacture of the parts which are supposed to be highly resistant to variable and impact loads and to have soft and tough material center. Cementation steels can be subjected to heat treatment before and after the machining, and this affects the mechanical properties and the surface quality of the final product. There are different mechanical parameters and quality of surface requirements for different operations depending on the area of utilization. Therefore; an experiment is required to be done so that the cutting parameters and surface processes which show the desired mechanical parameters of the product can be determined. In this study, the effect of processing of 16MnCr5 (1.7131) cementation steel with different cutting parameters on the hardness after heat treatment is investigated. As designing the experiments, in order to determine the cutting performance and improve the quality with the lowest cost, Taguchi approach is used. Tip radius, feed rate and plunge depth are determined as the cutting parameters. Two different material groups, such as the ones subjected to normalization heat treatment and the ones that are not, are created; and 27 specimens are prepared for both of these experimental groups. The samples are processed accordingly to specified test parameters and then the surface roughness of them are measured. Before the cementation process, hardness scans are performed at intervals of 0.1 mm via Vickers hardness device in order to take microhardness measurement of the materials from the surface to the core; and then the results are recorded. Gas cementation is carried out among the cementation processes, and hardness scans at intervals of 0.1 mm are performed once again to determine Effective Cementation Value (ECV). As the result of analyses of variance, it is seen that all cutting parameters have an effect on the surface hardness. It is determined that the increase in the cutting depth makes the surface hardness increase with a rate of 73.5%. In addition to that, it is determined that the increase in tip radius and feed rate have a similar effect and increase the surface hardness also. As a result of this study, the relation between the heat treatment over cementation steel and cutting parameters and the change of hardness and the surface quality is determined.