Seçici lazer ergitme ile imal edilen Ti6Al4V alaşımının mikro şartlarda frezelenmesinin araştırılması
Investigation of the milling of Ti6Al4V alloy manufactured by selective laser melt under micro conditions
Yazar: UÇAN KARAKILINÇ
Danışman: PROF. DR. BEKİR YALÇIN
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Bu doktora tezinde, havacılık, savunma sanayi ve sağlık sektöründe sıklıkla kullanılan ticari Ti6Al4V (Ti64) alaşımının mikro frezelenebilirliği ile Ti64 alaşımı tozlar kullanılarak seçici lazer ergitme (SLM) yöntemi ile eklemeli imalatı yapılan Ti64 alaşımının mikro frezelenebilirliği deneysel karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, imalat yöntemi farklı olan iki Ti64 alaşımı test malzemesine, çekme ve sertlik testleri ile birlikte mikro yapı incelemeleri yapılarak mekanik ve metalografik olarak ta mukayese edilmiştir. Her iki test malzemesi, 502 µm çapında iki kesici ağızlı TiAlN kaplamalı mikro freze takımı ile seçilen aynı kesme koşullarında mikro frezelemeye tabi tutulmuştur. Her iki test malzemesi için de, farklı ilerleme hızı, kesme hızı ve talaş derinliği ile mikro frezeleme sırasında kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü, çapak genişliği ve takım aşınması değişimi ölçülmüştür. Elde edilen deney sonuçlarına göre, her iki test malzemesi için de, düşük kesme hızlarının ve yüksek talaş derinliklerinin kesme kuvvetlerinde artışa neden olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, her iki test malzemesinin mikro frezelenmesinde de, dramatik kesme kuvvetlerine sebep olan takımın kazınma durumundan kurtulabilmesi için minimum talaş kalınlığının, ilerleme hızı fz:1 µm/diş ile sağlanabildiği tespit edilmiştir. Yüksek kesme kuvvetlerinin mikro freze takımında abrasif aşınmayı hızlandırdığı ve işlenmiş kanalda meydana gelen çapak genişliğini arttırdığı sonucuna varılmıştır. Talaş kaldırma uzunluğunun artması, takımda hem eksenel hem de çevresel olarak aşınmaya ve kenar radyüsünün anlık değişmesine neden olmuştur. Özellikle kenar radyüsü değişiminin yüzey pürüzlülüğünü kötü yönde etkilediği sonucuna varılmıştır. İlave olarak, işlenmiş kanal kenarlarındaki çapak genişliğinin malzemeye ve kesme parametrelerine bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Bu bağlamda, ticari Ti64 alaşımının daha düşük sertlik ve dayanıma sahip olması, işlenen kanalda meydana gelen çapak genişliğini arttırmakla birlikte takıma sıvanma eğilimi gözlemlenmiş olup, fz:1 µm/diş ilerleme hızından küçük ilerleme ile kazıma şeklinde işlenen kanalda daha geniş çapaklar görülmüştür.

Abstract:
In this doctoral thesis, the micro-millability of commercial Ti6Al4V (Ti64) alloy, which is frequently used in the aerospace, defense industry and healthcare industry, and the micro-millability of Ti64 alloy, which is additively manufactured by selective laser melting (SLM) method using Ti64 alloy powders, were experimentally compared. For this purpose, two Ti64 alloy test materials with different manufacturing methods were compared mechanically and metallographically by performing microstructure examinations along with tensile and hardness tests. Both test materials were subjected to micro milling under the same selected cutting conditions with a TiAlN coated micro milling tool with two cutting edges of 502 µm diameter. For both test materials, the change in cutting forces, surface roughness, burr width and tool wear during micro milling with different feed rate, cutting speed and depth of cut were measured. According to the experimental results, it was determined that low cutting speeds and high depths of cut caused an increase in cutting forces for both test materials. Additionally, in micro milling of both test materials, it has been determined that the minimum chip thickness can be achieved with a feed rate fz: 1 µm/tooth in order to avoid the scraping of the tool, which causes dramatic cutting forces. It was concluded that high cutting forces accelerated abrasive wear in the micro milling tool and increased the burr width in the machined channel. Increasing the machining length caused both axial and circumferential wear on the tool and a sudden change in the edge radius. It was concluded that especially the change in edge radius negatively affects the surface roughness. Additionally, it has been observed that the burr width on the machined channel edges varies depending on the material and cutting parameters. In this context, the lower hardness and strength of the commercial Ti64 alloy increases the burr width in the machined channel, and a tendency to smear the tool has been observed, and wider burrs have been observed in the channel processed by scraping with a feed rate smaller than fz:1 µm/tooth.