Ti6Al4V alaşımının buzul işlem uygulanmış WC-Co karbür takımlar ile talaşlı imalatının iyileştirilmesi
Improving machinability of Ti6Al4V alloy with cryogenic process applied WC-Co cemented carbide tool
Yazar: ABDULLAH SERT
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kesici takımlar = Cutting tools ; Takım aşınması = Tool wear

Özet:
Titanyum alaşımları sahip oldukları yüksek dayanım/ağırlık oranını yüksek sıcaklıklarda koruyabilen ve yüksek korozyon direnci yönleriyle havacılık ve medikal sektörlerinde geniş kullanım alanına sahip malzemelerdir. Titanyum alaşımlarının düşük elastisite modülü ve kimyasal yatkınlık özelliklerinden dolayı talaşlı imalatı oldukça zorlaşmaktadır. Ayrıca düşük ısıl iletkenlik özelliği ile talaşlı imalatları esnasında kesme bölgesinde oluşan yüksek ısı, kesici takımların kesme ömrünün hızlı şekilde azalmasına neden olmaktadır. Kesici takım ömrünün azalmasına bağlı takım sarfiyatı ve üretim maliyeti artmaktadır. Bu nedenlerden dolayı titanyum esaslı alaşımların işlenmesinde kesici takımların performanslarının iyileştirilmesi; üretim maliyetlerinin ve zamanının azaltılması gibi önemli konularda etkili bir faktördür. 
Bu doktora tezi çalışmasında birçok aşınma uygulamasında kullanılan WC-Co esaslı kesici takımlara buzul ısıl işlemi uygulanarak Ti6Al4V titanyum alaşımının frezeleme sürecindeki performanslarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Kesici takım olarak ağırlıkça %6, %10 ve %12 Co içerikli kaplamasız, AlCrN ve AlTiN kaplamalı tungsten karbür takımlar kullanılmıştır. Kesici takımlara 12, 24 ve 36 saat olmak üzere üç farklı sürede -196 ºC sıcaklıkta buzul işlem uygulanmış ve en uygun ısıl işlem süresinin 36 saat olduğu tayin edilmiştir. İşlenebilirlik deneyleri için belirlenen 36 saatlik sürede -110 ºC ve -196 ºC sıcaklıklarda kesici takımlara buzul ısıl işlem uygulanmıştır. Performans testleri kuru işleme şartlarında gerçekleştirilmiş ve işlenebilirlik parametrelerinden kesme kuvvetleri, takım aşınması, kesme sıcaklığı, talaş morfolojisi ve yüzey pürüzlülüğü değerleri incelenmiştir. Bu kapsamda kesici takımların Co oranı, kaplama türü ve uygulanan ısıl işlemlerin performans üzerindeki ilişkisi incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda buzul ısıl işlem uygulanmış malzemelerde martenzitik dönüşümün gerçekleştiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, performans testleri sonrasında buzul işlemin kesici takımlar üzerinde genel bir iyileşme sağladığı görülmüştür.

Abstract:
Titanium alloys are widely used in the aviation and medical industries owing to their high strength/weight ratio maintained at high temperatures and high corrosion resistance. Titanium alloys are difficult to machine because of the low modulus of elasticity and chemical susceptibility properties. In addition, due to the low thermal conductivity feature, the high heat generated in the cutting zone during machining leads to a rapid reduction in the cutting life. Tool consumption and production costs are increasing due to decreasing cutting tool life. For these reasons, improving the performance of cutting tools in processing titanium-based alloys is an effective factor such as reducing production costs and time.
In this study, it was aimed to improve the machining performance of Ti6Al4V titanium alloy in the milling process by applying cryogenic heat treatment to WC-Co based cutting tools used in many cutting applications. Cutting tools with three different Co content and coating type were used. The cutting tools were subjected to deep cryogenic treatment at -196 ºC for three different holding times, and the optimum heat treatment time was determined. The cutter tools were heat treated at -110 ºC and -196 ºC for the 36 hours for machinability tests. The performance tests were carried out under dry cutting conditions and machinability parameters such as cutting forces, tool wear, cutting temperature, chip morphology and surface roughness values were investigated. As a result, it has been determined that the cutting performance of cutting tools increases with the application of cryogenic heat treatment.