Plazma nitrürlemenin WC-Co kesici uçların performansına etkisi
Effect of plasma nitriding on the performance of WC-Co tool inserts
Yazar: EMİNE EBRU HAMZAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ŞAFAK YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Plazma nitrürleme = Plasma nitriding

Özet:
Bu çalışmada; talaş kaldırmada kullanılan sinterlenmiş karbür kesici uçlar farklı nitrürleme şartları altında plazma nitrürlenip, belli talaş kaldırma şartları altında talaş kaldırma performansı araştırılarak, plazma nitrürlemenin sinterlenmiş karbür kesici uçların performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir.Takım ömrü, takımın izin verilen aşınma miktarına ulaşıncaya kadar geçen talaş kaldırma süresi olarak ifade edilebilir. Takım ömrü kesme takımları ve şartlarını belirlemede önemli bir faktördür. Takım aşınması ve kırılması hızı işleme maliyetini ve parça kalitesini etkiler. Aşınmanın mümkün olduğu kadar yavaşlatılması izin verilen aşınma miktarına ulaşıncaya kadar geçen talaş kaldırma süresini arttıracağından, takım ömrü de arttırılmış olacaktır. Aşınmayı yavaşlatma için uygulanabilecek yöntemlerden biri de takım yüzeyinin sertleştirilmesidir. Yapılan çalışmada bu yaklaşımdan yola çıkılmıştır. Yapılan çalışma plazma nitrürleme ve talaş kaldırma olmak üzere iki bölümden meydana gelmektedir.Birçok farklı yüzey sertleştirme yöntemi bulunmakla birlikte, plazma nitrürleme yöntemi önemli avantajlara sahiptir. Plazma nitrürleme tekrarlanabilir metalurjik sonuçlar verir ve nitrürlenmiş tabakanın tam kontrol edilebilirliğini sağlar. Böylece parçanın yorulma performansı, aşınma direnci, boyutsal kararlılığında çok iyi sonuçlar elde edilmesini sağlar. Parçaların yüzey kalitesini koruyarak ikincil operasyonlar gereksinimini ortadan kaldırır. Çevre kirliliğine sebebiyet vermemesi, gaz ve elektrik enerjisinin verimli kullanılması, işlemin otomasyonuna müsait olması, nitrürleme süresinin daha kısa olması da plazma nitrürlemenin avantajları arasında yer alır. Sertlik, aşınma direnci, yorulma direnci, sürtünme özellikleri ve korozyon direnci nitrürleme işleminden önemli ölçüde etkilenirler.Plazma nitrürleme deneyleri öncesi nitrürlenmemiş kesici uçların ve plazma nitrürleme deneyleri sonrası nitrürlenmiş kesici uçların yüzey sertlikleri ölçülmüş, böylece plazma nitrürleme şartlarına bağlı olarak kesici uçların yüzey sertliklerindeki değişim incelenmiştir. Plazma nitrürlenmiş kesici uçlara XRD analizi uygulanarak farklı plazma nitrürleme koşullarında oluşan fazların incelenmesi hedeflenmiştir.Plazma nitrürleme deneyleri sonrası uygulanan talaş kaldırma deneylerinde tüm değişkenler sabit tutularak nitrürlenmiş kesici uçların işleyebildiği parça sayısındaki değişimler izlenmiştir. Bu koşullar altında kesici uçlarda oluşan aşınmanın izlenmesi için işlenen parça sayıları kaydedilmiş, talaş kaldırma deneyleri öncesi ve sonrası ağırlık ölçümleri yapılmış, kesici uçların kenarlarının radyuslarındaki değişim optik mikroskopta incelenmiştir.Genel olarak, sinterlenmiş karbür kesici uçlar, sistematik olarak değiştirilen plazma nitrürleme parametreleri altında plazma nitrürlendikten sonra talaş kaldırma deneylerine tabi tutularak, plazma nitrürleme parametrelerinin talaş kaldırma performansına etkisi incelenmiştir.Yapılan çalışma sonucu plazma nitrürlemenin sinterlenmiş karbür kesici uçların talaş kaldırma performansını arttırabileceği, kesici uçların talaş kaldırma performansındaki artışın plazma nitrürleme parametrelerine bağlı olarak değiştiği, uygun nitrürleme parametreleri seçilerek kaplamasız sinterlenmiş karbür uçtan azami talaş kaldırma performansı elde edilebileceği, plazma nitrürleme parametrelerine bağlı olarak yüzey sertliği, yüzeydeki tabaka özellikleri ve aşınma direncinin değiştiği ve değişik uygulamalar için farklı yüzey özellikleri istenildiğinde, nitrürleme parametreleri değiştirilerek istenilen özellikte yüzey tabakası oluşturulabildiği anlaşılmıştır.

Abstract:
In this study, sintered carbide cutting inserts used in machining operations are plasma nitrided under different nitriding conditions and then used in machining under certain cutting conditions to investigate the effect of plasma nitriding on the performance of sintered carbide cutting inserts.Tool life can be expressed as the time to reach the allowed value of cutting tool wear. Tool life is an important factor in determining cutting tools and conditions. The rate of tool wear and breakage has an effect on the cost and part quality. Since slowing down the rate of wear increases the time it takes to reach the allowed value of cutting tool wear, tool life increases with increased wear resistance. Surface hardening is a method used to decrease wear rate. This study is set out from this concept. The study consists of two parts namely plasma nitriding and machinig process.Amongst many diffrenet surface hardening methods, plasma nitriding has many important advantages. Plasma nitriding gives repeatable metallurgical results and provides full control of nitrided layer. Hence good results are achieved in fatigue performance, wear resistance and dimensional stability of the parts. The need for secondary operations is eliminated through keeping the surface quality of parts. Not causing environmental pollution, efficient use of gas and electrical energy, suitability of the process to automation and shorter nitriding times are among the advantages of the plasma nitriding process. Surface hardness, wear resistance, fatigue resistance, tribological properties and corrosion resistance are effected considerably by nitriding.Surafce hardness of the unnitrided and plasma nitrided sintered carbide inserts are measured prior to and after the plasma nitriding experiments so that the changes in surface hardness of the inserts depending on plasma nitriding conditions are investigated. XRD analyses are done on nitrided inserts to investigate different phases formed under different nitriding conditions.In machining experiments, carried out after the plasma nitriding experiments, all cutting parameters are fixed to investigate the change in the quantity of parts a nitrided sintered carbide insert can be used to machine. Under these conditions quantity of parts machined are recorded, weights of inserts are measured before and after machining, and change in radii of inserts are observed under optical microscope to monitor the wear of the sintered carbide cutting inserts used.In brief, sintered carbide cutting inserts are plasma nitrided under systematically changed nitriding conditions and then used in machining experiments to investigate the effect of plasma nitriding parameters on cutting performance.As a result of this study, it is deduced that plasma nitriding can increase the cutting performance of sintered carbide cutting inserts, the increase in their performance changes depending on plasma nitriding conditions, and for different practices desired surface hardness, surface layer properties and wear resistance can be achieved by changing plasma nitriding parameters appropriately.