Östenitik ve martenzitik paslanmaz çeliklerin nanoakışkan kullanılarak minimum miktarda yağlama yöntemi ile sürdürülebilir frezelenmesi
Sustainable milling of austenitic and martensitic stainless steels by minimum quantity lubrication method using nanofluids
Yazar: FURKAN DEMİREN
Danışman: PROF. DR. ERHAN ALTAN ; DR. ALPER UYSAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Paslanmaz çelik malzemeler talaş kaldırma sırasında sahip oldukları pekleşme eğilimlerinden, düşük ısıl iletkenliklerinden, yüksek dayanımlarından ötürü talaşlı şekillendirilmesi zor malzemelerdir. Bu malzemelerin çeşitli kesme sıvıları kullanılarak işlenebilmesi mümkündür, fakat kesme sıvılarının çevre ve sağlık açısından zararlı olması ve bol miktarda kullanılmaları durumunda yüksek maliyet gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu çalışmadatalaşlı şekillendirilebilmesi zor olan östenitik ve martenzitik paslanmaz çelik malzemeler, ticari bitkisel kesme sıvısına nano parçacık karıştırılarak elde edilen nanoakışkanın MQL yöntemi uygulanarak çevreye zarar vermeden frezelenmiştir. Literatürde, paslanmaz çelik malzemelerin MQL yöntemi kullanılarak talaşlı şekillendirilmesi konusunda çok az çalışma bulunmaktadır. Ayrıca, nano parçacık katkılı kesme sıvısı (nanoakışkan) kullanılan MQL yöntemi uygulamasına da rastlanılmamaktadır.
Bu çalışmada, kesme sıvısı olarak kullanılan ticari bitkisel yağailaveten, soğutma ve yağlama özelliklerini arttırabilmek amacıyla farklı oranda nano grafen, MWCNT (Çok Duvarlı Karbon Nano Tüp) ve nano MoS2 (Molibdendisülfür) parçacıkları katılmıştır.  Östenitik ve martenzitik paslanmaz çelik malzemeler, CNC işleme merkezinde kaplamasız ve TiN (Titanyum Nitrür) kaplamalı WC (Tungsten Karbür) kesici takımlarla MQL yöntemi uygulanarak frezelenmiştir. Elde edilen sonuçların karşılaştırılabilmesi amacıyla frezeleme işlemleri, kuru işleme olarak da tekrarlanmıştır. Farklı akış hızlarıyla kullanılan, nano parçacık tiplerinin ve karışım oranlarının, frezelemede; takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü, kesme sıcaklığı ve çapak formuna etkileri incelenmiştir.
Deneysel çalışmalar sonucunda, MQL akış hızının ve nano parçacık katkı oranlarının frezelemeye olumlu katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir. Sadece MWCNT parçacık katkı oranının %0,15'den %0,2'ye arttırılması,artan viskozite değeri ve çökelme eğilimi göstermesinedeniyle MQL verimini düşürmüştür. Nano parçacık bazında nano grafenin en iyi sonuçları verdiği gözlemlenmiştir. Serbest yüzey aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve kesme sıcaklığını azaltan TiN kaplamalı takımlar, az ve kısa çapak oluşumu vererek kaplamasız takımlardan daha üstün performans göstermişlerdir.

Abstract:
Stainless steel materials are the materials that are hard to machine due to high strength, low thermal conductivity and work hardening tendency during machining. It is possible that these materials can be machined by using various cutting fluids, but cutting fluids have disadvantages such as being harmful to the environment, health and high cost because of excessive use of these using copiously. In this study, austenitic and martensitic stainless steel materials that are hard to machine, were machinedwithout being harmful to the environment by applying MQL method using nanofluids obtained from mixing commercial vegetable cutting fluid and nano powder. In literature, there area few studies about machining of stainless steel materials by using MQL method.In addition, there is not an application of MQL method using cutting fluid reinforced nano powder(nanofluids).
In this study, nano powders such as the nano graphene, MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube) and nano MoS2 (Molybdenum Disulphide) were added to the commercial vegetable oil used as cutting fluid to be able to enhance the chilling and lubrication specifications. Austenitic and martensitic stainless steel materials were machined with uncoated and TiN (Titanium Nitride) coated WC (Tungsten Carbide) cutting tools in CNC milling center by applied MQL method using nanofluids. Milling operations were repeated even under dry condition to compare the results obtained from the MQL methods. The effects of the nano powders and the mixing ratios, which were used in different flow rates,on tool wear,surface roughness, cutting temperature, and burr formation were investigated.
As a result of experimental studies, it was observed that MQL flow rate and nano powder mixing ratio contributedpositively to milling operation. However, increasing of MWCNT mixing ratio from 0,15%wt.to 0,2%wt. decreased the efficiency of MQL method because of the increasing of viscosity and the tendency of precipitation. When evaluating the nano powders, it was observed that nano graphenewas given the best results. TiN coated WC cutting tool decreasing flank wear, surface roughness, and cutting temperature, provided superior performance than uncoated WC cutting tool. Besides, less and shorter burrs were obtained by using TiN coated WC cutting tool.