AISI 304 paslanmaz çeliğinin tornalanmasında yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması ve talaş morfolojisinin araştırılması
Investigation of surface roughness, tool wear and chip morphology in turning AISI 304 stainless steel
Yazar: BEYTULLAH ABIK
Danışman: DOÇ. DR. ŞEHMUS BADAY
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kalem aşınması = Tool wear ; Mikroskopi-elektron taramalı = Microscopy-electron scanning ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Bu deneysel tez çalışmasında, AISI 304 paslanmaz çeliğinin kesme parametreleri (kesme
hızı, ilerleme ve talaş derinliği) ve kesici takım ısıl işlem türü (kriyojenik ısıl işlem) şartlarına
bağlı olarak Taguchi deney tasarımı dizilimine göre tornalama deneyleri yapılmıştır. Kesme
parametreleri; 80 - 100 ve 120 m/dk kesme hızı, 0,15-0,20 ve 0,25 mm/dev ilerleme ve 1- 1,5 ve
2 mm talaş derinliği olarak seçilmiştir. İşleme deneylerinde kullanılan kesici takıma -196 °C
derecede ısıl işlem uygulanmıştır. Buna bağlı olarak kesici takım ısıl işlem türü olarak kriyojenik
ısıl işlem uygulanmış ve uygulanmamış olarak kullanılmıştır. Tornalama deneyleri deney tasarım
yöntemlerinden biri olan Taguchi mixed L36 (2^1 3^3) tasarımına göre gerçekleştirilmiştir.
Burada (2^1) kesici takım ısıl işlemi, (3^3) ise kesme parametrelerini temsil etmektedir. Taguchi
deney tasarımı dizilimine göre gerçekleştirilen deneylerde iş parçasının yüzeyinden ölçümler
alınmıştır. Bu ölçümler iş parçasının yüzeyinin üç farklı noktasından ölçülerek ortalamaları
alınarak hesaplanmıştır. Tornalama deneyleri sonucunda oluşan talaşlar toplanarak talaş
morfolojileri karşılaştırılmıştır. Kesici takım ömrü sabit talaş hacmine göre karşılaştırılmıştır.
Kesici takım ömrü deneyleri sabit talaş derinliği, kesme hızı ve ilerlemede yapılmıştır. Hem
kriyojenik işlem görmüş hem de görmemiş kesici takımların aşınma şartları tezgâh kapasitesi göz
önünde bulundurularak kesme hızı 100 m/dk, ilerleme 0,25 mm/dev ve talaş derinliği 2 mm olarak
seçilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü açısından elde edilen deney sonuçları Taguchi analizi ile
değerlendirildiğinde, kriyojenik ısıl işlem görmüş kesici takımla işlenmiş iş parçalarının yüzey
pürüzlülüğü değerleri ısıl işlem görmemiş takımla işlenmiş iş parçasınınkine göre daha düşük
çıkmıştır. Optimum yüzey pürüzlülüğü için elde edilen işleme parametreleri ise kriyojenik ısıl
işlem görmüş kesici takım, 100 m/dk kesme hızı, 0,15 mm/dev ilerleme ve 1 mm talaş
derinliğinde elde edilmiştir. Taguchi sinyal/gürültü oranlarına göre yüzey pürüzlülüğü üzerinde
en etkili parametrenin ilerleme olduğu görülmüştür. Bunu sırayla talaş derinliği, ısıl işlem şartı
ve kesme hızı takip etmiştir. Ayrıca, kriyojenik işlem uygulanmış ve uygulanmamış kesici
takımların SEM görüntüleri ve iş parçasından elde edilen talaşların morfolojisi analiz edilmiştir.
Elde edilen SEM analizlerine göre kriyojenik ısıl işlem görmüş kesici takımın aşınması herhangi
bir ısıl işlem görmemiş kesici takıma göre daha az aşındığı görülmüştür.

Abstract:
In this experimental thesis study, turning experiments were carried out according to the
Taguchi experimental design sequence depending on the cutting parameters (cutting speed, feed
and depth of cut) and cutting tool heat treatment type (cryogenic heat treatment) conditions of
AISI 304 stainless steel. Cutting parameters were selected as 80 - 100 and 120 m/min cutting
speed, 0.15-0.20 and 0.25 mm/rev feed and 1- 1.5 and 2 mm depth of cut. The cutting tool used
in the machining experiments was subjected to heat treatment at -196 °C degrees. Accordingly,
the cutting tool was used as heat treatment type with and without cryogenic heat treatment.
Turning experiments were carried out according to Taguchi mixed L36 (2^1 3^3) design, which
is one of the experimental design methods. Here (2^1) represents the cutting tool heat treatment
and (3^3) represents the cutting parameters. In the experiments carried out according to Taguchi
experimental design sequence, measurements were taken from the surface of the workpiece.
These measurements were calculated by measuring from three different points of the workpiece
surface and taking their averages. The chips formed as a result of turning experiments were
collected and chip morphologies were compared. Cutting tool life was compared according to
constant chip volume. Cutting tool life experiments were carried out at constant depth of cut,
cutting speed and feed. Considering the wear conditions and machine capacity of both
cryogenically treated and untreated cutting tools, cutting speed was selected as 100 m/min, feed
as 0.25 mm/rev and cutting depth as 2 mm. When the experimental results obtained in terms of
surface roughness were evaluated with Taguchi analysis, the surface roughness values of the
workpieces processed with cryogenic heat-treated cutting tools were lower than those of the
workpiece processed with untreated tools. The machining parameters obtained for optimum
surface roughness were obtained with the cryogenic heat treated cutting tool, 100 m/min cutting
speed, 0.15 mm/rev feed and 1 mm depth of cut. According to Taguchi signal/noise ratios, it was
seen that the most effective parameter on surface roughness was feed. This was followed by depth
of cut, heat treatment condition and cutting speed. In addition, SEM images of cutting tools with
and without cryogenic treatment and the morphology of the chips obtained from the workpiece
were analyzed. According to the SEM analyzes obtained, it was seen that the wear of the
cryogenic heat treated cutting tool was less than that of the cutting tool without any heat treatment.