4 th International Advanced Technologies Symposium September 28 30, 2005 Konya / Türkiye

Transkript

1 4 th Interntionl Advnced Technologies Symposium September 28 30, 2005 Kony / Türkiye SOĞUK HADDELENMİŞ St 44 ÇELİĞİNİN FREZELENMESİNDE HADDELEME YÖN VE MİKTARININ YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ ÜZERİNE ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Hlis Yeşil 1 Mehmet Erdoğn 2 Volkn Kılıçlı 3 Ali Rız Motorcu 4 1) Milli Eğitim Bknlığı Yygın Eğitim Enstitüsü Ankr TR hyesil@meb.gov.tr 2) Gzi Üniversitesi Teknik Eğitim Fkültesi Ankr TR mehmeter@gzi.edu.tr 3) Gzi Üniversitesi Teknik Eğitim Fkültesi Ankr TR vkilicli@gzi.edu.tr 4) Gzi Üniversitesi Teknik Eğitim Fkültesi Ankr TR liriz@gzi.edu.tr ÖZET Bu çlışmd, soğuk hddelenmiş St 44 çeliğinin frezelenmesinde hddeleme yön (0, 45, 90 ) ve miktrının (%11, %19, %27) yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi rştırılmıştır. İş prçsı mlzemeleri tlş derinliği sbit tutulrk kuru kesme şrtlrı ltınd frklı kesme hızı ve ilerleme miktrlrınd işlenmiştir. Deneysel sonuçlr, hddeleme miktrının rttırılmsı ve hddeleme yönünün 0 ve 90 olduğu numunelerde dh iyi yüzey pürüzlülüğü elde edildiğini göstermiştir. Numunelerin tmmınd, ilerleme hızının rtmsıyl yüzey pürüzlülüğü rtmıştır. En iyi yüzey pürüzlülüğü değerleri yüksek kesme ve düşük ilerleme hızlrınd %27 hddelenmiş numunede elde edilmiştir. Anhtr Kelimeler: St 44 çeliği, Hddeleme yönü ve miktrı, Yüzey pürüzlülüğü GİRİŞ Dünydki metl üretiminin % 90 ını çelikler ve bu miktrın yklşık % 77 sini de düşük krbonlu çelikler oluşturmktdır [1]. Düşük krbonlu çeliklerin büyük bir bölümü hddelenerek piysy sürülmektedir. Bu çıdn bkıldığınd, düşük krbonlu çeliklerin işlenmesinde hddeleme sonucu mikroypıd meydn gelen değişme, yöne bğlı özellikler işlenebilirlik çısındn önem kznmktdır. İmltt bitirme yüzeyi klitesi ve mliyeti işleme şrtlrın ve prçnın meknik ve mikroypı özelliklerine bğlıdır. Kristl ypıy ship metl mlzemelerde, hddeleme vey soğuk çekme işlemi ile tercihli kristlogrfik yönlenme sonucu eş yönlü olmyn ypı oluşmktdır. Hddeleme vey soğuk çekme işlemi sırsınd, tercihli kristlogrfik yönlenmenin ynı sır, mlzemenin mikroypısı, şekil değiştirme yön ve miktrın bğlı olrk değişikliğe uğrmktdır. Orijinl ypı içerisinde bulunn ikinci fz tneleri ve inklüzyonlr şekil değiştirme (deformsyon) yönünde uzmkt ve yine mikroypıdki bu değişimden dolyı eş yönlü olmyn özelliğe ship meknik fiber (bntlı) ypı orty çıkmktdır [2]. Bntlı ypıy ship oln mlzemede deformsyon sonucu km ve çekme dynımı, sertlik rtmkt, süneklik düşmektedir [3-6]. Hddeleme doğrultusund tnelerin uzmsı ve dönmesi ile yönlenmiş ypı oluşmktdır [3,7]. Deformsyon sırsınd sünek fz ferritin deforme olmsı ile perlit bntlrı rsı mesfe drlmkt, ferritin sertliğinin perlitin sertliğine yklşmsı ile perlit bntlrı ve MnS inklüzyonlrı deforme olmktdır [2]. Mikroypıd meydn gelen bu değişiklikler ile mlzemenin meknik özellikleri de şekil değiştirme yön ve miktrın bğlı olrk eş yönlü olmyn dvrnış göstermektedir [2, 8, 9]. Bu durumd, bntlı mlzeme ypısınd; hddeleme yönüne prlel bntlr boyunc tlş kldırm ile bntlr dik ve çprz yönde tlş kldırm sonucu mlzemenin yüzey pürüzlüğünü etkilemektedir. Anck, litertürde bu konud ypıln çlışmlr oldukç sınırlı klmıştır [2, 10-12] Bu çlışmd, St 44 çeliğinde soğuk hddeleme yön ve miktrının bu çeliğin frezeleme sonrsı yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi deneysel olrk incelenmiştir. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Mlzeme Bu çlışmd kullnıln St44 çeliğinin kimysl kompozisyonu Tblo 1 de verilmiştir. Frezelemede 90x90x35 mm boyutlrındki numuneler kullnılmıştır. Tblo 1. St 44 çeliğinin kimysl bileşimi (Ağırlıkç %) C Si Mn P S Al N 0,07 0,18 1,01 0,016 0,007 0, Hddeleme İşlemleri Hddelemede kullnıln numuneler, mm boyutlrındki levhdn, 90 mm genişliğinde şeritler 597

2 hlinde oksi-gzl kesilerek elde edilmiştir. Soğuk hddelemeden önce, yüzeylerdeki oksit tbksının ve oksi-gzl kesme işleminden etkilenen yn yüzeylerin ortdn kldırılmsı mcıyl üst ve lt yüzeylerden 1 mm ve yn yüzeylerden 3 er mm, freze ile tlş kldırılmıştır. Hddeleme işlemi sırsınd oluşn eğilmeler dikkte lınrk prç boyu kıs tutulmuştur. Hzırlnn bu numunelerin %11, %19 ve %27 ornlrınd hddeleme işlemleri, silindir çplrı 400 mm oln merdneler rsındn geçirilerek mm ve mm psolr hlinde ypılmıştır. % 10 luk hddelemeden sonr hddelenen mlzemelerde eğilmeler meydn geldiğinden, her psodn sonr mlzeme çevrilerek eğilmeler engellenmeye çlışılmıştır. Anck, bu iki trflı eğilmeler sonucu, % 20 lik hddelemeden sonr, yüzeyde çtlklr görülmüştür. İşlenebilirlik deneylerinde, muhtemel çtlklrı ortdn kldırmk için yüzeyden 2 mm tlş kldırılmıştır. Metlogrfik Çlışmlr Mikroypı fotoğrflrı Şekil 1 de gösterildiği gibi numunelerin hddeleme doğrultusun prlel (X) ve dik (Y) yüzeyinden lınmıştır. (Numuneler, zımprlm+prltm yöntemi ile dğlmy hzırlnmıştır. Dğlm yırcı olrk % 3 lük nitl (% 3 HNO 3 + % 97 CH 3 COOH) kullnılmıştır. Her numunede, 3 yrı noktdn görüntü lınmıştır. fotoğrfı üzerinde, çizgisel kesişme metodu uygulnrk belirlenmiştir [13]. Görüntü üzerinde, hddeleme eksenine dik, 50 mm boyund bir çizgi yerleştirilmiş ve çizgiyi kesen sürekli perlit bntlrı syılmıştır. Ölçümler; 30 µm rlıklrl, y--m (yüzey, r ve merkez) noktlrınd yrı yrı, her numune için 25 er syım ypılmıştır. Kesme Şrtlrı ve Deneysel Detylr Frezeleme testleri, Tblo 2 de verilen kesme şrtlrı ltınd kuru olrk gerçekleştirilmiştir. Tlş kldırm deneyleri TOS OLOMOUC geleneksel snyi tipi dik freze tezgâhınd gerçekleştirilmiştir. Tezgh gücü 5.8 KW, devir syısı rlığı dev/dk olup kdemeli olrk devir kontrolü ypılmktdır. Deneyler Şekil 2 de gösterildiği gibi hddeleme yönüne prlel ( 0), hddeleme yönüne çprz (45 ) ve hddeleme yönüne dik (90 ) olmk üzere üç yönde işleme suretiyle gerçekleştirilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri MAHR-Perthometer-M1 tşınbilir yüzey pürüzlülük ölçüm cihzı ile ypılmıştır. Ölçümler iş prçsı eksenine prlel olck şekilde, 10 mm ölçüm rlığı seçilmiş her yüzeyde 3 ölçüm ypılmıştır. Sertlik ölçümlerinde ise Instron Wolpert mrk DIATESTOR 7551 tipi sertlik ölçüm cihzı kullnılmıştır. Sertlik ölçüm metodu olrk Vickers (5 kgf yükte) yöntemi kullnılmıştır. Aynı numune için 10 frklı noktdn ölçülen sertlik değerlerinin ortlmsı lınmıştır. Hddeleme doğrultusu X m y Hddeleme Doğrultusu Y Şekil 1. Mikroypı fotoğrflrı ve sertlik ölçümü için numune yüzeyleri Ferrit tne ve perlit koloni boyunun enine ornı (spect rtio), Şekil 1 de tnımlnn (X) yüzeyinden, her bir numune için en z beş frklı bölgeden ölçüm ypılrk belirlenmiştir. Ortlm ferrit tne ve perlit koloni boyutlrı, mikroypı fotoğrflrı üzerinden çizgisel kesişme metodu kullnılrk belirlenmiştir. Toplm uzunluğu 500 mm oln ızgr mikroypı üzerine yerleştirilmiştir. Izgr çizgileri ile ferrit tneleri ve perlit kolonilerinin kesişme syılrı belirlenmiştir. Her bir fz vey perlit kolonilerinde yklşık 140 kesişme elde etmek için uygun bir büyütme kullnılmıştır. Kbul edilebilir doğruluğu sğlmk için en z beş frklı bölge ölçülmüştür [13]. Ortlm tne vey koloni boyutu hesplnmıştır [14]. Hddeleme ornın bğlı olrk, perlit bntlrı rsı mesfesindeki değişim numunenin yn yüzeyinden frklı bölgelerden lınn mikroypı Şekil 2. İşleme yönlerinin (0, 45 ve 90 ) şemtik olrk gösterimi Kesici Tkım CNC torn tezghınd testlerinde kplmsız krbür uç kullnılmıştır. Plnse TIZIT firmsı trfındn üretilmiş oln kplmsız krbür uçlr ISO tnımlmsın göre SDHT1204 AESN S26T HW P25 tkım geometri ve klitesine shiptir. Uçlr rijit bir şekilde ltılı freze bşlığın (trm çkıy) tutturulmuştur. Tblo 2. Tlş kldırm prmetreleri Kesme Hızı, V (m/dk) 100, 200, 300 İlerleme Hızı (mm/dk) 100, 250, 400 Tlş Derinliği (mm) 1 598

3 DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA Soğuk Hddelemenin Mikroypı ve Sertlik Üzerine Etkisi Resim 1 ve Resim 2 de verilen mikroypı fotoğrflrındn ve Şekil 3 de verilen perlit bntlrı rsındki ortlm mesfenin, hddeleme ornın göre değişiminden de görüleceği üzere hddeleme ornı rttıkç, perlit bntlrı rsındki mesfe drlmış, ferrit tneleri ve perlit kolonileri hddeleme doğrultusunc uzmışlrdır. Bir bşk deyişle, ferrit tne ve perlit kolonilerindeki boyun ene ornı (spect rtio) hddeleme ornı rttıkç rtış göstermiş nck, bu rtış ferrit tnelerinde dh fzl olmuştur (Şekil 3 ve Şekil 5). Bu sonuçlr, hddeleme (deformsyon) ornının mikroypı üzerinde oluşturduğu tipik değişiklikleri ynsıtmktdır. Dh önce bu konud ypıln çlışmlrd d benzer sonuçlr elde edilmiştir [12]. Ferrit tnelerindeki boyun ene ornının, perlit kolonilerine göre dh fzl olmsının nedeni ferritin, perlite göre dh yumuşk olmsı ve deforme edilebilirliğinin dh iyi olmsındn kynklnmktdır [10]. Bu nedenle hddeleme ornı rttıkç, perlit bntlrı rsındki mesfe de drlmktdır (Şekil 3). Şekil 4 den görüleceği üzere soğuk hddelenmiş numunelerde deformsyon ornın bğlı olrk (y) bölgesinde perlit bnt klınlığı düşmüştür. Bu durum, perlitin de deforme edildiğini göstermektedir. Deformsyon miktrın bğlı olrk perlit bntlrı rsındki drlm (Şekil 4) ve ferrit tneleri ve perlit kolonilerinde boyun ene ornındki değişim (Şekil 5) yüzey bölgesinden merkez bölgesine doğru inildikçe frklılık göstermektedir. Bu sonuç, yüzeyden merkeze doğru deformsyon etkisinin değiştiğinin bir göstergesidir. Dh önce çelik üzerinde ypıln bir çlışmd benzer sonuçlr elde edilmiştir [2]. Bu sonuç, perlit bntlrı rsındki mesfe ve ferrit tneleri ile perlit kolonilerindeki boyun ene ornın d ynsımktdır. Şekil 6 d görüleceği gibi numuneler üzerinden, sertlik değeri lınmıştır. Şekil 6 d görüldüğü gibi, hddeleme ornın bğlı olrk, sertlikte doğrusl bir rtış kydedilmiştir. Bu ise rtn deformsyon miktrı ile rtn pekleşmeye tfedilebilir [9]. b c 100 µm Resim 1. ) % 11, b) % 19 ve c) % 27 ornınd soğuk olrk hddelenmiş numunelerin hddeleme doğrultusun prlel mikroypılrı, Dğlm: % 3 Nitl b c 100 µm Resim 2. ) % 11, b) % 19 ve c) % 27 ornınd soğuk olrk hddelenmiş numunelerin hddeleme doğrultusun dik mikroypılrı, Dğlm : % 3 Nitl 599

4 27 4,3 Perlit Bntlrı Arsı Ortlm Mesfe (µm) Hddeleme Miktrı (%) Şekil 3. Hddeleme miktrın bğlı olrk perlit bntlrı rsı ortlm mesfenin değişimi Boy-En Ornı 1,50 1,45 1,40 1,35 1,30 1,25 1,20 Ferrit Tnesi Perlit Kolonisi Hddeleme Miktrı Şekil 5. Hddeleme miktrın bğlı olrk perlit kolonilerinde ve ferrit tnelerinde boy-en ornı değişimi Perlit Bnt Klınlığı (µm) 4,2 4,1 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 Hddeleme Miktrı (%) Şekil 4. Hddeleme miktrın bğlı olrk perlit bnt klınlığının değişimi Sertlik (HV 5) Hddeleme Miktrı (%) Şekil 6. Hddeleme miktrın bğlı olrk sertliklerin değişimi Hddeleme Miktrının Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisi Şekil 7 de sbit kesme şrtlrınd (V=300 m/dk, f=100 mm/dk) soğuk hddeleme miktrın bğlı olrk yüzey pürüzlülüğü değişimi verilmiştir. Şekilden görüleceği üzere rtn soğuk deformsyon miktrı ile yüzey pürüzlülüğü zlmktdır. Yüzey pürüzlülüğündeki bu zlmnın nedeni rtn deformsyon ile rtn tnelerdeki pekleşme miktrıdır [9]. Hddeleme Yönünün Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisi Şekil 8 de 100 m/dk sbit kesme hızınd hddeleme yönüne (0, 45, 90 ) bğlı olrk yüzey pürüzlülüğündeki değişim gösterilmektedir. Şekilden görülebileceği üzere rtn ilerleme miktrı ile numunelerin tmmınd yüzey pürüzlülüğü rtmıştır. En düşük yüzey pürüzlülüğü %11 ve % 19 deformsyon miktrlrınd çprz kesme (45 ) durumd elde edilirken; % 27 deformsyon miktrınd hddeleme yönüne prlel (0 ) ve hddeleme yönüne dik (90 ) kemede dh düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilmiştir. Bu durum kesici ucun birden fzl frklı ypı ile dik doğrultudki işlemeye göre dh uzun süre, prlel doğrultudki işlemeye göre kıs süre temsın tfedilebilir [15] Hddeleme Miktrı (%) Şekil 7. Hddeleme miktrı ile yüzey pürüzlülüğünün değişimi (V=300 m/dk, f=100 mm/dk) 600

5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 V=100 m/dk, f=100 mm/dk V=100 m/dk, f=200 mm/dk V=100 m/dk, f=400 mm/dk 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 V=100 m/dk, f=100 mm/dk V=100 m/dk, f=200 mm/dk V=100 m/dk, f=400 mm/dk 0 45 Hddeleme Yönü 90 b 0 45 Hddeleme Yönü 90 1,0 c 0 45 Hddeleme Yönü V=100m/dk, f=100 mm/dk V=100m/dk, f=250 mm/dk V=100m/dk, f=400 mm/dk 90 Şekil 8. Hddeleme yönüne bğlı olrk yüzey pürüzlülüğünün değişimi, ) %11, b) %19 ve c) %27 hddeleme miktrlrı. İlerleme Hızının Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisi Numunelerin tmmınd rtn ilerleme hızıyl birlikte yüzey pürüzlülüğü rtmıştır (Şekil 9). Bu rtış özellikle yüksek kesme hızlrınd dh d belirginleşmiştir (Şekil 9.c). Yüzey pürüzlülüğündeki bu rtış teorik ilişkiyi de doğrulmktdır. Yüzey pürüzlülüğündeki rtış 100 mm/dk dn 250 mm/dk geçişte dh belirgin iken 250 mm/dk dn 400 mm/dk y geçişte rtışın dh z olduğu gözlenmiştir. durumd (0 ) kesmede dh iyi yüzey pürüzlülüğü değerleri elde edilmiştir. Bu durum kesici ucun birden fzl frklı ypı ile dik doğrultudki işlemeye göre dh uzun süre temsın tfedilebilir [15]. Kesme Hızının Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Etkisi 0 ve 90 işleme yönlerinde rttırıln kesme hızı ile yüzey pürüzlülüğü değerlerinin zldığını göstermektedir (Şekil 10). Bu zlm özellikle 100 m/dk dn 200 m/dk y geçişte dh d belirgindir. Bütün kesme hızlrınd en düşük yüzey pürüzlülüğü % 27 hddelenmiş numunede elde edilmiştir. Bu, yine rtn deformsyon miktrı ile birlikte rtn pekleşmeye tfedilebilir. Sbit ilerleme (0,10 mm/dk) hızınd, hddeleme yönlerine bğlı olrk yüzey pürüzlülüğü krşılştırıldığınd, hddeleme yönüne prlel 601

6 1,0 b İlerleme Hızı (mm/dk) % 11, 90, V=100 m/dk % 19, 90, V=100 m/dk % 27, 90, V=100 m/dk İlerleme Hızı (mm/dk) % 11, 90, V=200 m/dk % 19, 90, V=200 m/dk % 27, 90, V=200 m/dk c İlerleme Hızı (mm/dk) % 11, 90, V=300 m/dk % 19, 90, V=300 m/dk % 27, 90, V=300 m/dk Şekil 9. Hddeleme yönüne dik durumd (90 ), ilerleme miktrın bğlı olrk yüzey pürüzlülüğünün değişimi, )100 m/dk, b) 200 m/ dk ve c) 300 m/dk f=0,10 mm/dk % 11 % 19 % 27 f=0,10 mm/dk % 11 % 19 % Kesme Hızı (m/dk) 0,1 b Kesme Hızı (m/dk) Şekil 10. Kesme hızın bğlı olrk yüzey pürüzlülüğünün değişimi, ) Hddeleme yönüne prlel (0 ) işleme, b) Hddeleme yönüne dik (90 ) işleme 602

7 SONUÇLAR Soğuk hddelenmiş St 44 çeliğinin frezelenmesinde hddeleme yön (0, 45, 90 ) ve miktrının (%11, %19, %27) yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisini rştırmk mcıyl ypıln bu çlışmd; 1. Kesme hızı rttıkç yüzey pürüzlülük değerleri zlırken, bütün kesme hızlrınd ilerleme miktrı rttıkç yüzey pürüzlülüğü rtmıştır. 2. Bütün kesme şrtlrınd rtn soğuk hddeleme miktrı ile yüzey pürüzlülüğü zlmıştır. 3. En düşük yüzey pürüzlülüğü %11 ve % 19 deformsyon miktrlrınd çprz kesme durumd (45 ) elde edilirken % 27 deformsyon miktrınd hddeleme yönüne prlel (0 ) ve hddeleme yönüne dik (90 ) kemede dh düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilmiştir. 4. Soğuk hddelenmiş numuneler rsınd en iyi yüzey pürüzlülük değeri 100 mm/dk ilerlemede ve 300 m/dk kesme kızınd % 27 hddelenmiş numunede elde edilmiştir. TEŞEKKÜR Bu deneysel çlışmnın TEF-07/ ve TEF-07/ nolu projele ile finnsl desteğini sğlyn Gzi Üniversitesi Bilimsel Arştırm Projeleri ne teşekkür ederiz. KAYNAKÇA [1] Erdoğn, M. Çeviri (Smith W.F.) Mühendislik Alşımlrının Ypı ve Özellikleri. Nobel Yyın Dğıtım, Ankr. 2000; 1:1, 58. [2] Yeşil, H., Erdoğn, M. Çeviri (Hiroshi Yguchi-Norio Onoder), Soğuk Şekillendirmenin AISI 12L14 Çeliklerinin İşlenebilirliği Üzerine Etkisi, Kr Hrp Okulu Bilim Dergisi 1999; 9: 1, [3] Honeycombe, R.W.K. The Plstic Deformtion of Metls. 2 nd ed., Edwrd Arnold, London 1984; 80. [4] Lio, K.C., Friedmn P.A., Pn J., Tng S.C. Texture Development nd Plstic Anisotropy of BCC Strin Hrdening Sheet Metls Int. J. Solid Structures 1998;35: 36, [5] Kylı, E.S., Ensri, C. Metllere Plstik Şekil Verme İlke ve Uygulmlrı İTÜ Yyını, İstnbul. 1991; 131. [6] Dieter, G.E. Mechnicl Metllurgy. Mc Grw Hill, London. 1988; 160. [7] Chin, G.Y. Metllogrphic Principles-Textured Structures, Metls Hndbook. 1973;.8: [8] Çkır, M.C. Modern Tlşlı İmltın Esslrı. Uludğ Üniversitesi Güçlendirme Vkfı Yyını Burs. 1999; [9] Bhttchry, D. Effect of Reduction Rtio on the Mchinbility of Medium Crbon Microlloyed Steels. Journl of Mterils Engineering nd Performnce, 1994;3: [10] Yeşil, H., Erdoğn, M. Çeviri (Arki T., Ymmoto S., 1979) Isıl işlem görmüş vey görmemiş düşük lşımlı çeliklerin işlenebilirliğinin değerlendirilmesi. Mkine ve Metl Teknolojisi Dergisi. 1998; 81: [11] Abeym, S., Kimur, A., Nkmur, S. The influence of het tretment nd cold forging on mchinbility of low lloyed steels. Americn Society for Metls. 1983; [12] Bhttchry, D., Ynse, M., Ktym S. Effect of perlite bnded structure on the mchinbility of low crbon resulphirized free-mchining steels. Strtegies for Aumtion of Mchining. Proceeding of Interntionl Conference, Orlndo, Florid, USA, 1987; 5-7, 7-14 [13] Vol Vnder, G.F. Metllogrphy Principle nd Prctice. McGrw-Hill, New York. 1984; [14] Gifkins, R.C. Opticl Microscopy of Metls. Pitmn, London, 1990; [15] Yeşil, H. Düşük Krbonlu Çelik Mlzemelerde Hddeleme Yön ve Miktrının İşlenebilirlik Üzerine Etkileri. Gzi Üniv. Fen Bil. Enstitüsü, Doktor Tezi, Ankr. 2003;