Kobalt esaslı haynes 25 süper alaşımın işlenebilirliğinin incelenmesi
Investigation of the machinability of cobalt-based haynes 25 super alloy
Yazar: MURAT SARIKAYA
Danışman: DOÇ. DR. ABDULKADİR GÜLLÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada işlenebilirliği en zor malzeme grubunda gösterilen Haynes 25 süper alaşımının işlenmesi sürecinde kesme parametrelerinin ve soğutma/yağlama yöntemlerinin süper alaşımın işlenebilirliğine etkilerinin araştırılması hedeflenmiştir. İşlenebilirlik deneyleri CNC torna tezgâhında kaplamasız karbür kesici takımlar kullanılarak dört farklı kesme hızı (15; 30; 45; 60 m/min) üç farklı ilerleme oranı (0,08; 0,12; 0,16 mm/rev) ve sabit talaş derinliğinde (1 mm) yapılmıştır. Deneyler önce kuru işleme şartları altında gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, geleneksel soğutma, basınçlı hava ile soğutma (BH), minimum miktarda kesme yağı kullanılarak soğutma (MMS) ve takım içinden sıvı azot geçirilerek kriyojenik soğutma şartlarında tekrarlanmıştır. Her bir deney neticesinde kesme şartları ve takım soğutma sistemi ile aşınma, yüzey pürüzlülüğü ve sıcaklık arasındaki ilişkiler belirlenmiştir. Kesici takım üzerinden ölçülen sıcaklıklar referans alınmış ve ANSYS programı kullanılarak tersine ısı iletim yöntemi ile kesme bölgesindeki sıcaklıklar modellenmiştir. MMS yönteminde seçilen kesme yağı cinsinin (CFS), yağ akış debisinin (Q) ve kesme hızının (V); takım aşınması ve yüzey pürüzlülüğüne etkisini belirlemek için bu parametreler MMS altında Taguchi L9 dikey deney tasarım yöntemiyle ayrıca değerlendirilmiştir. Tüm işleme şartlarında yapılan deneylerde, malzemeden kaldırılan sabit talaş hacmi sonunda, düşük kesme hızında (15 m/min) yüksek oranda yanak aşınması (VB), yüksek kesme hızında ise yüksek oranda çentik aşınması (VBmax) ortaya çıkmıştır. Takımlar üzerinde yapılan taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemelerinde işleme şartlarına bağlı olarak uç üzerinde adheziv aşınma, abrasiv aşınma, difüzyon aşınması, yığıntı talaş (YT) ve yığıntı katmanı (YK) mekanizmaları görülmüştür. Düşük kesme hızında oluşan YT ve YK yüzey kalitesini olumsuz yönde etkilemiştir. Sabit talaş hacminde en düşük takım aşınması kriyojenik soğutma koşullarında Vc=30 m/min kesme hızı ve f=0,16 mm/rev ilerlemede elde edilmiştir. En düşük yüzey pürüzlülüğü, kriyojenik soğutma altında V=60 m/min kesme hızı ve f=0,12 mm/rev ilerlemede 0,572 µm olarak ölçülmüştür. En düşük takım yüzeyi sıcaklığı ise kriyojenik soğutma şartları altında gerçekleşmiştir. En uygun MMS parametrelerinin belirlenmesi için yapılan deneylerde ise Q= 180 ml/h yağ akış debisinde bitkisel esaslı kesme yağı en iyi sonucu vermiştir.

Abstract:
In this study, investigation of the effects of cutting parameters and cooling/lubricating methods on the machinability of super alloy's during the machining of Haynes 25, which is illustrates in the most difficult materials machining group, has been aimed. Machinability experiments were performed using uncoated carbide tools at four levels of cutting speed (15; 30; 45; 60 m/min), three levels of feed rate (0,08; 0,12; 0,16 mm/rev) and fixed level of depth of cut (1 mm) on CNC machine lathe. First, experiments were carried out under the dry-cutting conditions. Then, they were repeated under conventional cooling, with compressed air cooling, using minimum quantity lubrication (MQL) and cryogenic cooling conditions from through tool passing the liquid nitrogen. At the end of each experiment, the relationships between the cutting conditions and the tool cooling system and the response factors of tool wear, surface roughness and temperature are determined. Temperatures have been taken on measured the cutting tool and at the cutting zone temperatures were modeled with inverse thermal model method using ANSYS software. The type of the cutting fluid (CFS), fluid flow rate (Q) and cutting speed (V) which are parameters of MQL have been also evaluated under MQL to determine the effect of tool wear and surface roughness using design of experiment of the Taguchi L9 orthogonal array. In conducted experiments for all machining conditions, at the end of the constant chip volume from material removed, high rate flank wear (VB) at low cutting speed and high rate notch wear (VBmax) at high cutting speed have been appeared. On the inspections of the SEM on the tools, it is observed that there are tool wear mechanisms such as adhesion wear, abrasion wear, diffusion wear, built up edge (BUE), built up layer (BUL) depending on machining conditions. Surface quality was adversely affected by BUE and BUL formation which occurred at low cutting speed. At constant chip volume, the lowest tool wear was determined under cryogenic cooling conditions at V= 30 m/min of cutting speed and f= 0,16 mm/rev of feed rate. The lowest surface roughness was measured as 0,572 µm under cryogenic cooling conditions at V= 60 m/min of cutting speed and f= 0,12 mm/rev of feed rate. The lowest temperature was occurred under cryogenic cooling conditions. In experiments performed to determine the optimum parameters for MQL, vegetable base cutting fluid has given the best result at Q= 180 ml/h of fluid flow rate. In experiments conducted to determine the optimum parameters for MQL, vegetable base cutting fluid has given the best result at Q= 180 ml/h of fluid flow rate.