AISI 316 östenitik paslanmaz çeliklerin işlenmesinde kesici takıma uygulanan kriyojenik işlemin takım ömrü üzerine etkilerinin araştırılması
The investigation of the effects of cryogenic treatment applied to cutting tools on tool life in machining AISI 316 austenitic stainless steel
Yazar: NURSEL ALTAN ÖZBEK
Danışman: PROF. DR. MAHMUT GÜLESİN ; DOÇ. DR. ADEM ÇİÇEK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kesme kuvveti = Cutting force ; Takım aşınması = Tool wear ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Bu çalışmada, AISI 316 östenitik paslanmaz çeliğin işlenmesinde kesici takımlara uygulanan kriyojenik işlem bekletme sürelerinin takım ömrü üzerine etkileri araştırılmıştır. Kesici takım olarak kaplamasız, TiCN, TiAlN ve TiCN/Al2O3/TiN kaplı tungsten karbür takımlar kullanılmıştır. Kesici takımlar 12, 24, 36, 48 ve 60 saat olmak üzere beş farklı sürede -145ºC sıcaklıkta bekletilerek derin kriyojenik işleme tabi tutulmuşlardır. İşlenebilirlik deneyleri CNC torna tezgâhında kuru işleme şartlarında gerçekleştirilmiş ve işlenebilirlik kıstaslarından takım aşınması, kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü değişimleri incelenmiştir. Kesme derinliği bütün deneylerde sabit tutulmuş (2,4 mm) ve üç farklı ilerleme hızı (0,15, 0,3 ve 0,45 mm/dev) kullanılmıştır. Kesme hızı olarak, kaplamasız ve TiCN kaplı takım için 100, 120, 140 ve 160 m/dak, TiAlN ve TiCN/Al2O3/TiN kaplı takım için 120, 160, 200 ve 240 m/dak kesme hızı kullanılmıştır. Tüm işleme deneylerinde yan yüzey aşınması ve krater aşınması gözlenmiştir. Diğer yandan kesici takımların mikroyapı analizi ve mikrosertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sertlik ölçümleri sonucunda en fazla sertlik 24 saat (Kİ24) bekletme süresinde olmakla birlikte kriyojenik işlemin kesici takımın mikrosertliğinde artış sağladığı belirlenmiştir. 

Optimum kriyojenik işlem bekletme süresinin belirlenebilmesi için 0,3 mm/dev ilerleme ve dört farklı kesme hızında (100, 120, 140 ve 160 m/dak) gerçekleştirilen işleme deneylerinde, beş farklı bekletme süresinde kriyojenik işlem uygulanmış takımlardan en iyi aşınma direnci ve yüzey pürüzlülüğünü Kİ24 takımın sergilediği görülmüştür. Kesme kuvvetlerinde ise, Kİ24 takımı en yüksek kesme kuvvetleri sergilerken en düşük kesme kuvvetleri işlemsiz (İ) takımla ölçülmüştür. Bu veriler ışığında bu çalışmada kullanılan tungsten karbür kesici takımlar için optimum kriyojenik işlem bekletme süresi 24 saat olarak belirlenmiştir. 0,15 mm/dev ve 0,45 mm/dev ilerleme hızı ve dört farklı kesme hızında işleme deneyleri yalnızca 24 saat kriyojenik işlem uygulanmış ve işlemsiz takımlarla gerçekleştirilmiştir. Bütün deneylerde kriyojenik işlem uygulanmış takım daha düşük aşınma ve yüzey pürüzlülüğü sergilemiştir. Kesme kuvvetleri, kriyojenik işlem uygulanmış kaplamalı takımlarda kriyojenik işlem uygulanmış kaplamasız takımlara göre daha düşük çıkmıştır.

Abstract:
In this study, the effects of the duration of cryogenic treatment applied to cutting tools on tool life in machining of AISI 316 austenitic stainless steel have been investigated. The uncoated cutting tool, TiCN, TiAlN and TiCN/Al2O3/TiN coated tungsten carbide tools were used. The cutting tools were subjected to deep cryogenic processing for five different durations namely 12, 24, 36, 48, and 60 hours at -145ºC. Machinability tests were carried on a CNC lathe with dry machining conditions and tool wear, cutting forces and surface roughness were investigated. The depth of cut was kept constant in all experiments (2.4 mm) and three different feed rates (0.15, 0.3 and 0.45 mm/rev) were used. The cutting speeds, for the uncoated and TiCN coated tools 100, 120, 140 and 160 m/min and for TiAlN ve TiCN/Al2O3/TiN coated tools 120, 160, 200 ve 240 m/min were used. In all machining experiments flank wear and crater wear were observed. The analysis of the microstructure and measurements of the microhardness of cutting tools were also carried out. As a result of the hardness measurements it was determined that the cryogenic process provides an increase in micro-hardness of the cutting tool and the highest increase was obtained with 24 hours duration of the cryogenic treatment.

The machining experiments were carried out at 0.3 mm/rev feed rate and four different cutting speeds (100, 120, 140 ve 160 m/min) in order to determine the optimum duration of cryogenic treatment and Kİ24 tool exhibited the best wear resistance and surface roughness among the tools that cryogenic treatment was applied at five different durations. In the cutting forces, Kİ24 exhibited the highest cutting forces and the lowest cutting forces were measured with the untreated tool. According to these data, the optimum duration of the cryogenic treatment was determined as 24 hours for tungsten carbide cutting tools used in this the study. The machining experiments were carried out with only the 24 hours cryogenic treated and untreated tools using 0.15 mm/rev and 0.45 mm/rev feed rate and four different cutting speeds. In all experiments, the cryogenic treated tools exhibited lower wear rates and surface roughness. Cutting forces of cryogenic treated coated tools were slightly lower than the cryogenic treated uncoated tools.