Talaşlı imalatta kullanılan nano parçacık içeren kesme sıvılarının titanyum alaşımının işlenebilirliğine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of cutting fluids containing nano parti̇cles used in machining on the machinability of titanium alloy
Yazar: KANAY ZEYREK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ OSMAN ER
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Malzeme numarası 3.7164 olan bazı normlarda Ti64, ASTM Grade 5 veya TC4 olarak da adlandırılan Ti- 6Al-4V yüksek sertlik, aşınma dayanımı, sıcaklığa karşı direnç gibi özelliklere sahip olması sebebiyle havacılık, savunma sanayi, otomotiv ve biyomedikal uygulamalarında en çok kullanılan titanyum alaşımlarındandır. Üstün özellikleri sebebiyle talaşlı imalatı esnasında kesici takımlarda aşınma ve kırılmalara neden olmaktadır. Hali hazırda işlenmesinde geleneksel soğutma yöntemleri
kullanılmaktadır. Fakat bu durum fazla kesme sıvı tüketimi sebebiyle maliyet ve çevre açısından, insan sağlığına olan olumsuz etkileri sebebiyle sıkıntılar yaratmaktadır. Geleneksel işleme yöntemlerine eklenerek kullanılan Minimum Miktarda Yağlama (MMY) sistemi kesme sıvısı tüketimini düşürmektedir. Bu çalışma ile nano-partikül de kullanarak kesici takım ile iş parçası arasına giren kesme sıvısı sayesinde etkileşimin en aza indirgenmesi ve etkili soğutma hedeflenmiştir.
Yapılan deneysel çalışmalarda işleme değişkenleri, kesici uç için önerilen aralıklarda olmak üzere, kesme hızı 60, 90, 120 m/dak, ilerleme 0.05, 0.15, 0.25 mm/dev ve kesme derinliği 0.5, 1, 1.5 mm olarak belirlenmiştir. Ti-6Al-4V malzemesi, TiAlN kaplı kesici takımla, geleneksel soğutma yöntemi yerine MMY sistemi kullanılıp ve sistemin içerisine bitkisel temelli kesme sıvısı eklenerek silindirik tornalama işlemi gerçekleştirilmiştir. MMY sisteminin işleme performansını arttırabilmek adına kesme sıvısının içerisine ayrı ayrı MoS2(Molibden disülfür) ve B4C (Bor Karbür) eklenmiştir. Etkin bir değerlendirme yapabilmek için kuru kesme, kesme sıvısı ile MMY ve nano- partikül ilaveli MMY deneyleri gerçekleştirilmiştir.
Tornalama deneyleri sonucunda, MMY sistemine dahil edilen nano partikül ilaveli akışkan sıvının, MMY sistemine ve özellikle kuru işlemeye kıyasla daha iyi performans sağladığı gözlemlenmiştir. MMY-MoS2, MMY-B4C ile işleme arasında ise kesme kuvvetinde ve sıcaklıkta en iyi değerleri MMY-MoS2 nano-partikül sağladığı gözlemlenmiştir. Kuru, MMY, MMY-B4C ve MMY-MoS2 işleme yöntemleri neticesinde kesme kuvvetinde sırasıyla %25.8, %4.24, %6.92, sıcaklıkta ise sırasıyla %76.24, %10.4, %13.2'lik bir azalma gözlemlenmiştir.

Abstract:
Ti-6Al-4V,  also  called  Ti64,  ASTM  Grade  5  or  TC4  in  some  norms  with  a  material number  of  3.7164,  is  one  of  the  most  widely  used  titanium  alloys  in  aviation,  defense industry,  automotive  and  biomedical  applications  due  to  its  high  hardness,  wear resistance  and  thermal  resistance.  Due  to  its  superior  properties,  it  causes  wear  and breakage  in  cutting  tools  during  machining.  Currently,  the  traditional  cooling  method has  been  used  in  machining  operations.  Therefore,  it  is  necessary  to  minimize  the interaction  between  the  cutting  tool  and  the  workpiece  material  with  the  use  of  cutting fluid.  However,  this  situation  creates  problems  in  terms  of  cost  and  environment  due to  excessive  cutting  fluid  consumption,  and  health  problems  due  to  its  negative  effects on  human  health.  The  MQL  (Minimum  Quantity  Lubrication)  system  reduces  cutting fluid  consumption.  This  study  aims  to  minimize  the  interaction  between  the  cutting tool  and  the workpiece by using nano-particles  with MQL as well. 
In  the  experimental  studies,  the  cutting  speed  was  determined  as  60,  90,  120  m/min, the  feed  rate  was  determined  as  0.05,  0.15,  0.25  mm/rev,  and  the  depth  of  cut  was determined  as  0.5,  1,  1.5  mm.  Instead  of  the  traditional  cooling  method  of  Ti-6Al-4V with  TiAlN  coated  cutting  tool,  turning  was  done  by  using  the  MQL  (Minimum Quantity  Lubrication)  system  and  adding  commercial  vegetable-based  cutting  fluid into  the  system.  In  addition  to  this  system,  evaluations  were  made  by  adding  MoS2 (Molybdenum  disulfide)  and B4C (Boron Carbide) separately to the base  cutting fluid to  increase  the  machining  performance,  and  dry  machining  was  also  included  in  the experimental studies in order to  compare  and better evaluate each other. 
As  a  result  of  the  turning  experiments,  it  was  observed  that  the  nanofluid  included  in the  MQL  system  provides  better  performance  compared  to  the  MQL  system  and especially  to  dry  machining.  It  has  been  observed  that  MoS2 nano-particle  provides  the best  values  in  machining  with  MQL.  Cutting  force  values  measured  while  turning under  dry,  MQL,  MQL-B4C  and  MQL-MoS2 cooling  conditions,  a  decrease  of  25.8%, 4.24%,  6.92%,  was  observed,  respectively.  76.24%,  10.4%,  13.2%  decrease  was observed respectively for  temperature  values as  well.