Ti6al4v alaşımının farklı talaşlı imalat yöntemleri ile işlenebilirliğinin incelenmesi
Investigation of machinability of ti6al4v alloy using different machining methods
Yazar: MUSTAFA ERSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURAY BEKÖZ ÜLLEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAKİR ALTINSOY
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Metal malzemeler = Metal materials ; Metalik malzemeler = Metallic materials ; Talaşlı üretim = Machining ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Titanyum ve alaşımları, yüksek korozyon ve ısı direnci, iyi tokluk ve mukavemet dayanımı, yüksek çalışma sıcaklığı ve düşük ağırlık oranı, uzun servis ömrü ve kompozit malzemelerle rekabet edebilir nitelikte olmasından dolayı havacılık, uzay, otomotiv, denizcilik, kimya-petrokimya ve biyomedikal gibi farklı endüstrilerde yüksek mühendislik alaşımları olarak kullanılmaktadırlar. Titanyum alaşımları içerisinde ise en yüksek kullanım oranı Ti6Al4V alaşımına aittir. Ti6Al4V alaşım ürünlerinin yüzey kalitesi ve ölçü hassasiyetinin iyi olmasının gerekliliği talaşlı imalat işlemlerini ön plana çıkartmaktadır. Talaşlı imalatın en önemli konularının başında işlenebilirlik gelmektedir. İyi işlenebilirlik, istenilen kalitede yüzey elde edebilmektir. Bunun için bir çok kesme parametresinin optimum şekilde düzenlenmesi gerekmektedir. Titanyum ve alaşımları, ısıl iletkenliklerinin düşük olması nedeniyle kesme bölgesinde oluşan yüksek ısı, kimyasal reaktifliklerinin yüksek olması nedeniyle talaşın takıma yapışma eğilimi, yüksek sıcaklılarda mukavemet özelliklerini koruması ve düşük elastisite modülleri nedeniyle plastik deformasyonun zorluğu, işlenebilirlikleri düşük olan malzemelerdir. Bu nedenlerden dolayı titanyum alaşımların işlenmesinde üretim maliyetlerinin ve işleme zamanının azaltılması için kesici takım performansının ve yüzey kalitesinin iyileştirilmesi gerekmektedir.
Bu tez çalışmasında, Ti6Al4V alaşımının delme, freze ve torna ile işlenmesinde faklı kesici uçlar, kesme parametreleri ve soğutma ortamları kullanılarak, işlenebilirlik davranışları incelenmiştir. Delme işlemi üzerine yapılan incelemelerde Ø7,5 mm ve 8,4 mm matkap uçları çaplı kuru ve kesme sıvısı ortamlarında kullanılmıştır.  Frezeleme işleminde, 50 ve 100 m/dak kesme hızlarında kuru ve kesme sıvısı ile soğutma ortamlarında işlem yapılmıştır. Tornalama işleminde DNMG ve CBN kesici uçlar ile farklı kesme hızı, ilerleme hızı ve kesme derinliğinde talaşlı işlem yapılmıştır. İşlenen parçalardan elde edilen talaşların morfolojileri, işlenen parçaların yüzey pürüzlülükleri ve kesici uçların aşınma analizleri yapılarak takım ömrü tespit edilmiştir. Delinebilirlik testlerinde, Ø7,5 mm çapında matkap ucu kullanımı ve kesme sıvısı ile delmede daha iyi yüzey kalitesi ve kesici takım ömrü elde edilmiştir. Artan matkap çapı ile her iki kesme ortamında da aşınma artmıştır. Tüm şartlarda oluşan aşınmaların matkabın kesici ağzının merkeze yakın olan bölgesinde yan yüzey aşınması şeklinde olduğu ancak kuru kesme şartlarında matkabın dış kısmına yakın bölgede kırılma ağzı şeklinde gerçekleşmiştir. Kesme sıvısı kullanımının talaş formu üzerine matkap çapından daha belirleyici etkisinin olduğu belirlenmiştir. Frezeleme testlerinde; kesme hızının artmasıyla, yüzey pürüzlülük değeri azalmış ve kesme ortamının kurudan sıvıya geçmesiyle yüzey özelliğinin iyileştiği tespit edilmiştir. Kesme sıvısı ile sürtünmeden kaynaklı olumsuz etkiler ortadan kaldırılmış ve artan kesme hızı ile kesici takım aşınması azalmıştır. Bu durumun kesici takım ömrü üzerine olumlu etkisi olduğu tespit edilmiştir. Frezelemede; talaş formu üzerine kesme hızının, kesme ortamından daha belirleyici etkisi olduğu belirlenmiştir. Tornalama testlerinde; kaplamalı ve kaplamasız kesici uçların her ikisinin kullanımında ilerleme hızının yüzey pürüzlülük değeri üzerine en etkili parametre olduğu tespit edilmiştir. Artan ilerleme hızı ile ortalama yüzey pürüzlülüğü artarken; artan kesme hızı ile azalmış; artan kesme derinliği ile fazla değişmemiştir. Kesme hızı arttıkça kesici uçlarda aşınma artmıştır. Kesici takımın kesme kenarı ve yan yüzeyinde sürtünme aşınması ile serbest yüzey aşınması oluşmuştur.

Abstract:
In this thesis, the machinability behavior of Ti6Al4V alloy was investigated by using different cutting inserts, cutting parameters, and cooling conditions in drilling, milling, and turning techniques. In the investigations on the drilling process, Ø7.5 mm and 8.4 mm diameter drill bits were used in dry and use of coolant conditions. In the milling, the cutting speeds of 50 and 100 m/min were processed in dry and use of coolant machining conditions. In the turning, machining was performed at different cutting speeds, feed rates, and cutting depths with DNMG and CBN cutting inserts. The tool life was determined by analyzing the morphology of the chips, the surface roughness of the machined parts, and the wear of the cutting inserts. As a result of the examinations made in the drilling process, better surface quality and tool life were obtained in the use of drill bits with a diameter of Ø7.5 mm and in drilling with cutting fluid. It was determined that increasing drill diameter increased wear in both cutting environments. In all conditions, wear occurred in the form of flank wear in the region of the cutting edge of the drill close to the center, but in the dry cutting conditions, in the region close to the outer part of the drill, it was in the form of a fracture edge. It has been determined that the use of coolant has a more decisive effect on the chip form than the drill diameter. In milling tests, as the cutting speed increased, the surface roughness value decreased and it was determined that the surface properties improved with the transition of the cutting medium from dry to liquid. The negative effects caused by friction were eliminated with the use of cutting fluid, and the wear of the cutting tool decreased with increasing cutting speed. It has been determined that this situation has a positive effect on the tool life. In the milling, it has been determined that the cutting speed has a more decisive effect on the chip form than the cutting environment. In the turning tests, it has been determined that the feed rate is the most effective parameter on the average surface roughness in the use of both coated and uncoated inserts. Average surface roughness values increased with increasing feed rate, decreased with increasing cutting speed, and did not show a significant change with increasing depth of cut. As the cutting speed increased, the wear on the inserts increased. Frictional and flank wear occurred on the cutting edge and side surface of the cutting tool.