Süperalaşımların talaşlı imalatı için sialon seramiklerinin geliştirilmesi ve kesme performanslarının belirlenmesi
Development of sialon ceramics for the machining of superalloys and determination of cutting performance
Yazar: GÖKHAN KULA
Danışman: PROF. DR. FERHAT KARA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Nikel esaslı süper alaşımların torna uygulamalarında, Al2O3-SiCw kesici uçlar yaygın miktarda kullanılmakta ve diğer seramik kesici uçlara göre daha iyi bir performans sergilemektedir. SiAlON seramikleri, özellikle β-SiAlON'lar, süper alaşımların işlenmesinde kullanılmasına karşın, insan sağlığına zararlı ve üretim maliyeti yüksek olan Al2O3-SiCw ile rekabet edebilmesi için performanslarını daha da arttırmak gerekmektedir. Bu tezin amacı, süper alaşımların işlenmesine yönelik, kimyasal dayanımı daha yüksek olan ve buna bağlı olarak daha yüksek kesme hızlarında ya da uzun kesme sürelerinde çalışabilecek, üretim maliyeti Al2O3-SiCw'a kıyasla daha düşük olan SiAlON bir kesici uç geliştirmektir.
Bu çalışmada, Inconel 718'in torna uygulamaları için, La2O3, Nd2O3, Sm2O3, Y2O3 ve bunların kombinasyonları halinde, çeşitli sinterleme katkıları kullanılarak β-SiAlON/12H politip kompozitlerin üretilebilirliği incelenmiştir. Araştırma sonucunda, La2O3-Y2O3 ikili dopant, Nd2O3 veya Sm2O3 tekli dopant olarak kullanıldığında, uygun miktarda 12H faz miktarına sahip, tam yoğunlukta β-SiAlON/12H kompozitleri üretilebilmiştir. β-SiAlON/12H kesici uçlar, ticari β-SiAlON'a göre önemli miktarda daha az yan aşınma göstermekte ve Inconel 718 torna işlemlerinde yaygın olarak kullanılan Al2O3-SiCw ile de oldukça benzer aşınma göstermektedir. Farklı dopantlar kullanılarak elde edilen β-SiAlON/12H kesici takımların arasında kesme performansı olarak belirgin bir fark gözlenmemiştir.

Abstract:
Al2O3-SiCw cutting tools are widely Usel on turning applications of nickel-based superalloys, and exhibit superior performance compared to other ceramic cutting tools. SiAlON ceramics, particularly β-SiAlONs, have been used in the machining of superalloys, but there is a need to improve their performance further to compete with widely used Al2O3-SiCw composite, which is hazardous to health and costly. The aim of this thesis is to develop a SiAlON cutting tool with higher chemical stability, allowing for higher cutting speeds or longer cutting durations, and with a production cost lower than Al2O3-SiCw for the superalloy turning applications.
In this work, β-SiAlON/12H polytype composite was studied to be developed by using various sintering additives, namely La2O3, Nd2O3, Sm2O3, Y2O3, and their combinations for superalloys, particularly Inconel 718, turning applications. It was found that fully dense β-SiAlON/12H polytype composite with a reasonable amount of the 12H phase was developed by using La2O3-Y2O3 as co-dopant and Nd2O3 or Sm2O3 as a single dopant. β-SiAlON/12H cutting tools have significantly less flank wear than a commercial β-SiAlON and quite comparable wear to Al2O3-SiCw, which is widely used in Inconel 718 turning. No significant differences in the cutting performance were observed between cutting tools made of β-SiAlON/12H obtained by using different dopants.