Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 7, No: 4, 2010 (47-55) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 7, No: 4, 2010 (47-55) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1304-4141 Makale (Article) İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro Takımların Aşınma Davranışları ve Performans Analizi Özet İrfan UCUN a, Kubilay ASLANTAŞ a, Fevzi BEDİR b a Afyon Kocatepe Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, A.N.S Kampüs, Afyon, Türkiye. b Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, Isparta, Türkiye aslantas@aku.edu.tr İnconel 718, yüksek sıcaklıklarda iyi dayanımlarından dolayı havacılık uygulamalarında yaygın olarak kullanılan işlenmesi zor nikel esaslı bir süperalaşımdır. Bu çalışma, Inconel 718 nikel alaşımının mikro frezelenmesinde, kaplanmış mikro takımların aşınma mekanizmalarını incelemeye yöneliktir. Bu kapsamda, üç farklı kaplama (TiN, AlTiN ve CrN) takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumuna bağlı olarak değerlendirilmiştir. Takım aşınması, yüzey kalitesi ve çapak oluşumunun analizi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kaplamanın, kaplamasız takımla karşılaştırıldığında yan yüzey yanak aşınması ve kenar radisü aşınmasının azaltılmasına yardımcı olduğunu açıkca göstermektedir. Ayrıca AlTiN kaplı kesici takım, kaplamasız ile TiN ve CrN kaplı takımla karşılaştırıldığında, takım aşınması açısından en iyi performansı sergilemiştir. Kaplamasız kesici takımda elde edilen ortalama pürüzlülük değeri, kaplamalı takımlara gore daha yüksektir. Bununla birlikte, çapak oluşumunda kaplamalı takımların daha iyi bir performans sergilediğini gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Mikro frezeleme, Takım aşınması, Inconel 718, Yüzey pürüzlülüğü, Çapak oluşumu. Wear Mechanism and Performance Analysis of Hard Coated Micro Tools in Machining of Inconel 718 Superalloy Abstract Inconel 718 is a difficult-to-cut nickel-based superalloy commonly used in aerospace applications due to its high strength at elevated temperature. This paper is trying to give some interpretation of the wear mechanism of the hard coated micro tools in milling of Inconel 718. Three different coatings (TiN, AlTiN ve CrN) were evaluated based on multiple criteria of tool wear, surface finish and burr formation. The tool wear, surface quality and burr formation were analyzed with a scanning electron microscope. The results clearly show that coatings help reduce flank wear and edge radius wear as compared to uncoated carbide tool. Besides AlTiN coating offer the best performance in terms of tool wear when compared to uncoated and TiN and CrN coated carbide tools. Average surface roughness value obtained for uncoated carbide tool is higher than that of coated tools. Additionally, results show that coated tools offer the best performance in terms of burr formation. Keywords: Micro milling, Tool wear, Inconel 718, Surface roughness, Burr formation Bu makaleye atıf yapmak için Ucun İ., Aslantaş K.,Bedir F., İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro Takımların Aşınma Davranışları Ve Performans Analizi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2010, (7) 47-55 How to cite this article Ucun İ., Aslantaş K.,Bedir F., Wear Mechanısm and Performance Analysıs of Hard Coated Mıcro Tools in Machınıng of Inconel 718 Superalloy Electronic Journal of Machine Technologies, 2010, (7) 47-55
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro 1. GİRİŞ Günümüzde yüksek hassasiyetli minyatür makine ekipmanlarına, özellikle havacılık ve uzay sanayi, biomedical, elektronik ve iletişim gibi endüstrilerden çok güçlü oranda talep vardır. Bu makine ekipmanlarının imalatında, geleneksel olmayan imalat teknikleri (lazer, ultrasonik, elektro erezyon, elektro kimyasal, v.b.) kullanılmaktadır. Fakat bu metodların çoğu işleme hızı oldukça yavaş ve küçük boyutlu karmaşık geometrilerin işlenmesinde yeterli değildir. Mikro mekanik işleme, boyutları 10 m ile bir kaç mm ye kadar olan makine ekipmanları ve parçalarının imalatında oldukça popüler bir tekniktir. Mikro mekanik işleme, talaş kaldırma mekaniği açısından konvansiyonel talaş kaldırma işlemiyle benzerlik gösterse de her iki işleme metodu arasında önemli farklılıklar mevcuttur [1]. Aralarındaki fark genellikle takım kenar radiüsü ile deforme olmamış talaş kalınlığı arasındaki ilişkiden kaynaklanmaktadır. Mikro frezeleme işleminde deforme olmamış talaş kalınlığı (h), kesici takım kenar radüsüyle karşılaştırılacak kadar küçüktür. Kesme işleminde deforme olmamış talaş kalınlığı çok küçük seçilirse talaş üretimi gerçekleşmemektedir. Takım kesme yapmak yerine kazıma işlemi yapmakta veya iş parçası yüzeyini elastik deformasyona zorlamaktadır. Kesme ile kazıma işlemleri arasındaki önemli parametre kritik talaş kalınlığıdır (Şekil 1). Ayrıca kesici takım kenar radüsüne nazaran çok küçük seçilen deforme olmamış talaş kalınlığı, kesici takım kenarının negatif talaş açısı özelliği göstermesine de neden olmaktadır. Böylece, işlenen yüzeyin kalitesi azalmakta ve kesme kuvvetleri artmaktadır. Vogler ve diğerleri [2], yapmış oldukları bir çalışmada minimum talaş açısını sonlu eleman simülasyonu kullanarak modellemişlerdir. Bu çalışmaya göre; kritik talaş kalınlığının kenar radüsünün 0,2 ve 0,3 katı olması gerektiğini vurgulamışlardır. Şekil 1. Minimum talaş derinliği etkisinin şematik gösterimi (Re: Kesici kenar radüsü, h m : Minimum talaş derinliği, h: talaş derinliği. Konvensiyonel frezelemede, takım aşınması ve ömrü konuları yoğun bir şekilde araştırılıyorken, literatürde mikro frezeleme işlemiyle ilgili çalışmalar kısıtlıdır. İşlenebilirliği oldukça zor olan malzemelerin (sertleştirilmiş çelikler, süper alaşımlar) mikro frezeleme ile imalatı konusu ise daha karmaşık bir süreçtir. Çünkü tahmin edilemeyen takım ömrü, mikro takımların aniden hasara (kırılma v.b.) uğraması ve yüksek kesme kuvvetleri bu konunun önündeki en büyük engellerdir. Mikro frezeleme işleminde, kesici takımın kenar radiüsünün hızlı bir şekilde aşınması kritik bir süreçtir. Çünkü bu durum özellikle yüzey pürüzlülüğünü, kesme kuvvetlerini ve çapak oluşumunu doğrudan etkilemektedir. Özellikle, mikro frezelemede çapak oluşumu takımdaki aşınmayla birlikte artmaktadır [1,3-5]. Kesici takım kaplamalarının takım ömrünü ve işleme performansını artırdığı uzun yıllardır bilinmektedir. Mikro frezeleme işlemiyle ilgili yapılan bazı araştırmalarda da kaplanmış mikro takımların tercih edildiği görülmektedir [6-8]. Ayrıca bu çalışmalarda, çoğunlukla iş parçası olarak kalıp çeliği, bakır ve alüminyum kullanılmıştır. Fakat süper alaşımların mikro frezelenmesinde, kesici takım kaplamasının etkisi konusunda henüz bir çalışma mevcut değildir. 48
Ucun İ., Aslantaş K., Bedir F. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 Bu çalışmada, havacılık endüstrisinde çokça kullanılan ve talaşlı imalatı oldukça zor olan İnconel 718 nikel esaslı süper alaşımı iş malzemesi olarak seçilmiştir. İnconel 718, yüksek sıcaklıklarda yüksek bir dayanım ve sertlik özelliği göstermesi ve düşük termal iletkenlik özelliklerinden dolayı işlenebilirliği zor bir malzemedir [9-11]. Sahip olduğu bu özellikleri talaşlı imalat sırasında kesici takımların çabuk aşınmasına sebebiyet vermektedir. Bu yüzden İnconel 718 süper alaşımının işlenmesi düşük kesme hızlarında, kaplanmış takımlar kullanılarak ve soğutma işlemi uygulanarak gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, mikro frezele işleminde kaplanmış takımların performansı takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu açısından araştırılmıştır. Bu çalışmayla nikel esaslı bir süper alaşımının mikro kesme şartlarında işlenebilirliği ilk defa ortaya konulmuştur. Ayrıca farklı kaplama malzemeleri ile kaplanmış mikro kesicilerin İnconel 718 nikel alaşımını işlemedeki performansı ortaya konulmuştur. 2. MATERYAL METOD Yapılan çalışmada, endüstrinin önemli alanlarında (uçak ve uzay sanayi, tıp endüstrisi, v.s.) kullanılan ve üstün mekanik özellikleri ile dikkat çeken Inconel 718 nikel esaslı süper alaşımı iş malzemesi olarak seçilmiştir. Kesme deneylerinde kesici takım olarak, 740 m çapa sahip TiN, AlTiN, CrN kaplı ve kaplamasız takım olmak üzere 4 farklı tungsten karbür (WC) mikro freze takım kullanılmıştır. Kullanılan kesici takıma ait geometrik özellikler Şekil 2 de verilmiştir. Kaplama malzemelerine ait bazı karakteristik özellikler ise Tablo 1 de verilmiştir. Kesme parametresi olarak, 17000 dev/dk devir sayısı (V c =39,5 m/dk) ile 150 mm/dk ilerleme hızı ve 0,1 mm kesme derinliği kullanılmıştır. Kesme işleminde her bir deney için sabit bir talaş hacmi (10 mm 3 ) dikkate alınmıştır. Tüm deneyler kuru kesme koşullarında gerçekleştirilmiş olup soğutma sıvısı kullanılmamıştır. Deneyler, üç eksenli 2.2 kw motor gücüne ve 18000 dev/dk dönme hızına sahip CNC dik işleme tezgahın da gerçekleştirilmiştir (Şekil 3). Herbir kesici takımda meydana gelen aşınma tipi ve mekanizmasını ortaya koymak adına taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. Sabit talaş hacmi sonrasında herbir takımda meydana gelen çap küçülmesi ve yanak aşınma miktarı tespit edilmiştir. Böylece hangi tür kaplamanın mikro frezeleme işleminde daha iyi bir performans sergilediği ortaya konulmuştur. d 1 d 2 L 1 L 2 Kesici ağız sayısı 740 m 3 mm 38 mm 2 mm 2 d 2 d 1 L 1 L 2 Şekil 2. Deneylerde kullanılan mikro freze çakısı ve geometrik özellikleri. Tablo 1. Kaplama malzemelerinin bazı karakteristik özellikleri [12]. AlTiN TiN CrN Sertlik (HV 0,05) 3600±400 2900 ± 200 2800±400 Oksidasyon direnci ( C) 800 550 700 Sürtünme katsayısı 0,42 0,65 0,55 Yüzey pürüzlülüğü (Ra µm) 2-5 2-3 3-5 Kalınlık ( µm) 0,2 0,2 0,2 49
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro n=17000 dev/dk a=0.1 mm Şekil 3. Mikro frezeleme işleminde kullanılan CNC tezgah ve kesme işleminin şematik gösterimi. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 3.1. Takım nın değerlendirilmesi Yapılan deneysel çalışma sonunda kesici takımlarda meydana gelen aşınma miktarları Şekil 4 te grafiklerle verilmektedir. Yapılan SEM analizleri, mikro takımlarda, yanak aşınması, kesici kenarlarda kırılmalar ve aşınmaya bağlı olarak kesici çapında küçülmeler olduğunu göstermiştir. Grafiklerde dikkat çeken ilk nokta max. aşınmanın kaplamasız karbür kesici takımla yapılan kesme işleminde meydana gelmesidir. Kaplamasız karbür takım için çapta oluşan azalma yaklaşık % 24,4 olarak gerçekleşmiştir. Buna karşılık minimum azalma ise, CrN kaplı kesici takımda % 4,4 olarak ölçülmüştür. Daha sonraki en iyi performans, AlTiN kaplı kesici takımla % 5,3 olarak elde edilirken, TiN kaplı kesici takımda bu değer ise; % 8,6 dır. Kesici takımlarda oluşan diğer bir aşınma şekli ise, yan yüzey yanak aşınmasıdır. Bu aşınma tipinin ölçülmesinde kesici kenarın çaplarındaki azalmış bölümler bir bütün olarak düşünülmüş ve ölçümler bu durum göz önüne alınarak yapılmıştır. Şekil 4 (b) de elde edilen aşınma verileri Şekil 4 (a) da verilen çap küçülmesi sonuçlarıyla paralellik göstermektedir. aşınmasında max. aşınma miktarı kaplamasız kesici takımda yaklaşık 250 m olarak meydana gelmiştir. Buna karşılık min. aşınma ise; AlTiN kaplı kesici takımda 60 m olarak ölçülmüştür. Bunların dışında; CrN kaplı kesici takımla yapılan kesme işleminde 70 m ve TiN kaplı kesici takımdaki yanak aşınması ise; yaklaşık 130 m dur. Bilindiği gibi Inconel 718 nikel alaşımı, sahip olduğu mekanik özelliklerden dolayı işlenebilirliği oldukça zor olan malzemelerdendir. Ayrıca düşük termal iletkenlikleri ve ısı kapasitesi özelliklerinin bir sonucu olarak kesme esnasında yüksek kesme sıcaklıklarının oluşmasına neden olmaktadır(liao et. al. 2008). İş parçasının sahip olduğu bu özelliklerden dolayı kaplamasız kesici takımla yapılan kesme işleminde takım, neredeyse kullanılmaz hale gelmiştir. Buna karşılık kaplamalı takımlarda ise, aşınmanın nispeten daha az olduğu gözlemlenmiştir. Kaplamalı ve kaplamasız kesici takımlar arasında meydana gelen bu fark, kaplama malzemelerinin sahip oldukları sertlik ve oksidasyon direncinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Her bir kaplama malzemesinin ayrı ayrı sertlik ve oksidasyon direnci değerlerine bakıldığında en yüksek değerin AlTiN kaplamada olduğu görülecektir. Bu durum, yanak aşınmasında en düşük değerin AlTiN kaplamalı kesici takımda meydana gelme nedenini ortaya koymaktadır. Nitekim literatürde yapılan bir çalışmada da benzer bir değerlendirme yapılmıştır (Liao et. al. 2008). Kesme işleminde aşınmayı etkileyen bir diğer husus ise, iş parçası ile kesici takım arasındaki sürtünme koşullarıdır ( Chae et. al. 2006). Yüksek sürtünme kuvveti beraberinde de kesme bölgesindeki sıcaklığın artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle kesici takımın daha çabuk aşınması gündeme gelmektedir. Elde edilen sonuçlara da bakıldığında kaplama malzemelerin sahip olduğu sürtünme katsayıları ile meydana gelen aşınma miktarları arasında doğru bir orantı söz konusudur. Kaplamalı takımlar arasında yapılan değerlendirme de en düşük sürtünme katsayılı AlTiN kaplı kesici takımda yanak aşınması miktarı 50
Ucun İ., Aslantaş K., Bedir F. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 minimum düzeyde gerçekleşmiştir. Buna karşılık en büyük sürtünme katsayısına sahip TiN kaplamalı takımda ise, maksimum yanak aşınması görülmüştür. Çap Küçülmesi (%) 30 25 20 15 10 5 0 WC TiN AlTiN CrN Ya n Yü z ey Ya n ak Aş ınma sı (µ 300 250 200 150 100 50 0 WC TiN AlTiN CrN Şekil 4. Mikro kesici takımda meydana gelen çap küçülmesi ve yan yüzey yanak aşınmasının kaplama türüne göre değişimi. Kesme işlemi sonunda, kesici takımlar için yapılan SEM analizi sonuçları Şekil 5 de verilmektedir. Resimlerde kesik çizgi ile çizilen daire, kesme işlemi sonunda kesici takımın aşınmasıyla birlikte oluşan yeni çapı göstermektedir. Resimlerde görüleceği üzere kaplamasız kesici takımın çapında meydana gelen küçülme diğer takımlara nazaran daha fazladır. Ayrıca, takımların kesme kenarlarında meydana gelen yan yüzey aşınması da görülmektedir. Dikkat çeken nokta ise, takım çaplarındaki azalmaya neden olan aşınmanın, o bölgedeki yanak aşınmasının bir uzantısı olduğudur. Bu durum, yan yüzeyde yoğun bir şekilde görülen aşınmanın, takımın çapında azalmaya neden olduğu anlamına da gelmektedir. Ayrıca, CrN ve TiN kaplı kesici takımlar için yapılan EDX analizleri sonuçları Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 6-b de görüldüğü üzere, TiN kaplı kesici takımın kesme işlemini gerçekleştirdiği kenarında kaplamanın bir miktar takım yüzeyinden uzaklaştığı görülmektedir. Yapılan analiz sonucunda da kesici takımın o bölgesinde kaplama malzemesinin olmadığı takımın ana yapısını oluşturan tungsten (W) nin ve iş parçasından gelmiş olabileceği düşünülen Ni elementinin varlığı açıkça görülmektedir. Bilindiği üzere iş parçası olarak kullanılan İnconel 718 süper alaşımının % 52 sini Ni oluşturmaktadır. Dolayısıyla bu elementin iş parçasından gelmiş olması büyük bir olasılıktır. Benzer bir durum Şekil 6-a daki CrN kaplı kesici takım içinde görülmektedir. Kesme işlemiyle birlikte kesici takımın yan yüzeyindeki aşınma açık bir şekilde görülmektedir. Bu bölge için yapılan EDX analizinde de kaplama tabakasının aşındığı ve aşınan bölgedeki W tabakasının mevcudiyeti rahatlıkla görülmektedir. Şekil 6-b deki sonuçlarla benzer bir diğer durum ise, aşınan bölgedeki Ni elementinin varlığıdır. Inconel 718 süper alaşımın sahip olduğu özelliklerde dolayı kesici takımla kimyasal bir bağ kurmaya yatkın olduğu bilinmektedir (Liao et.al. 2008). 51
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro a) b) c) d) Şekil 5. Mikro frezeleme işleminde mikro kesici takımlarda meydana gelen çap küçülmesi (a) Kaplamasız, b) AlTiN, c) TiN, d) CrN). CrN Cr Aşınmış Kaplama Bölgesi Ni a) W TiN Kaplama tabakasının soyulması Aşınmış kaplama bölgesi Ti Ni W b) 3.2. Yüzey Kalitesinin Değerlendirilmesi Şekil 6. Aşınmış kesici takımların EDX analizi. Yapılan çalışma sonunda işlenen yüzeylerden elde edilen ortalama pürüzlülük değerlerinin kesme uzunluğuyla değişimi Şekil 7 de verilmektedir. Pürüzlülük değerlerinin ölçülmesi işleminde, öncelikle kesme işleminin hemen başlangıcından daha sonra ise, kesme işleminin sonundaki yüzeyden ölçüm yapılmıştır. Takip edilen bu yöntemle birlikte kesici takımda meydana gelen aşınmanın, oluşan yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi ortaya konulmuştur. Grafikdeki sonuçlar irdelendiğinde dikkat çeken ilk nokta; bütün kesici takımlarda da başlangıç safhasındaki pürüzlülük değerlerinin birbirlerine oldukça yakın olduğudur. Yani kaplama malzemesinin çokta bir etkisinin olmadığı sonucu çıkarılabilir. Fakat işlenen kanalın son kısmında yapılan ölçümde ise, özellikle kaplamasız kesici takımdan elde edilen pürüzlülük değerinin bariz bir şekilde arttığı görülmektedir. Buna karşılık kaplamalı kesici takımlarda ise pürüzlülük değeri nispeten daha azdır. Minimum ortalama pürüzlülük değeri AlTiN kaplanmış kesici 52
Ucun İ., Aslantaş K., Bedir F. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 takımda elde edilirken daha sonraki en küçük değerler sırasıyla CrN ve TiN kaplı kesici takımlarda görülmüştür. Oluşan bu fark kesme işlemi boyunca takımlardan meydana gelen aşınmanın bir sonucudur. Pürüzlülük değerleri Şekil 4 teki aşınma değerleri ile birlikte değerlendirildiğinde, aşınma-pürüzlülük ilişkisi daha net bir şekilde anlaşılabilir. Kesici takımda meydana gelen aşınmayla birlikte, özellikle kesicinin kenar radüsü büyümektedir. Bu artış, kesici takıma negatif bir talaş açısı özelliği kazandırmanın yanı sıra, kritik talaş kalınlığından da büyük olmasından dolayı kesme sırasında adeta kazıma (ploughing effect) etkisi göstermektedir. Bu sayede, işlenen yüzeyin kalitesi bozulmaktadır. Aramchareon et. al [13] bir çalışmasında yüzey pürüzlülüğü üzerine yaptıkları bir değerlendirmede benzer bir duruma vurgu yapmışlardır. 0.4 Yüzey Pürüzlülüğü ( m) 0.35 0.3 WC 0.25 TiN AlTiN CrN 0.2 20 30 40 50 60 Kesme Uzunluğu (mm) Şekil 7. Ortalama pürüzlülük değerinin kesme uzunluğu ve kaplama türüyle değişimi. 3.3 Çapak Oluşumunun Değerlendirilmesi Bilindiği üzere mikro kesme işleminin kalitesini belirleyen önemli parametrelerden birisi şüphesiz iş parçasındaki çapak oluşumudur. Bu durumu bu denli önemli yapan unsur ise; boyutları oldukça küçük olan makine ekipmanlarının imalat süreci sonunda ilave bir işleme yatkın olmamasıdır. Bu yüzden, mikro kesme işleminde çapak oluşumu elde edilen ürünün kalitesini belirleyen önemli bir etkendir. Şekil 8 de iş parçası yüzeyinden alınan SEM fotoğrafları görülmektedir. Resimler, kesme işleminin başladığı bölge ve kesme işleminin bittiği bölge olarak iki kısımda ele alınmıştır. Resimler incelendiğinde, öncelikli olarak dikkat çeken nokta çapak oluşumunun en fazla olduğu yüzey, kaplamasız kesici takımla yapılan kesme işleminde görülmüştür. Bunun yanı sıra en az çapak ise, AlTiN kaplı kesici takımla yapılan kesme işleminde elde edilmiştir. TiN ve CrN kaplı kesici takımlarla yapılan kesme işleminde ise, hemen hemen birbirlerine yakın bir sonucun olduğu görülebilir. Sonuçlarda dikkat çeken bir diğer nokta ise; kesici takımın talaşı kaldırmaya başladığı ilk noktada (Up milling mode) meydana gelen çapağın talaşın iş parçasından uzaklaştığı diğer noktadan (down milling mode) daha az olduğu görülmektedir. Özellikle bu durum kaplamasız kesici takımla yapılan kesme işleminde daha net olarak görülmektedir. Literatürde yapılan bir çalışmada da benzer bir durumla karşılaşılmış ve meydana gelen bu durum; down milling modunda talaşın yırtılmasıyla açıklamıştır [13]. 53
Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 İnconel 718 Süper Alaşımının İşlenmesinde Kaplanmış Mikro Kesme Yönü WC TiN AlTiN CrN Kesme işleminin başladığı bölge Kesme işleminin bittiği bölge Şekil 8. Çapak oluşumunun kaplama türüne göre değişimi. 4. SONUÇ İnconel 718 süper alaşımının mikro frezeleme tekniği ile işlenmesi üzerine yapılan bu çalışma, sabit kesme koşulları (d=17000 dev/dk f=150mm/dk a= 0.1 mm) dikkate alınarak ve dört farklı kesici takım (Kaplamasız, TiN, AlTiN, CrN kaplı ) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kesme işleminde kaplamalı mikro kesici takımların kaplamasız takıma nazaran daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu bağlamda, kesici takımlar aşınma performansları açısından değerlendirildiğinde en iyi performansı AlTiN ve CrN kaplı kesici takımların sergilediğini söylemek yanlış olmaz. Özellikle bu takımların sahip oldukları sertlik ve oksidasyon dirençleri aşınmaya karşı dayanımlarını artırmaktadır. Kesme işleminde kesici takımlarda meydana gelen çap küçülmesinde kaplamasız kesici takım en büyük küçülme oranıyla dikkate çekmiştir. Buna karşılık, CrN ve AlTiN kaplı kesici takımlar, meydana gelen küçülme oranı açısından en iyi performansı göstermişlerdir. Bunun yanı sıra yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumunda ise, AlTiN kaplı kesici takım diğer takımlara nazaran daha iyi bir davranış sergilediği görülmüştür. Kaplamasız kesici takımın, gerek yüzey pürüzlülüğü gerekse de çapak oluşumu açısından en kötü performansı sergilediği söylenebilir. TiN ve CrN kaplanmış kesici takımlar, yüzey pürüzlülüğü ve çapak oluşumu konusunda hemen hemen birbirlerine yakın bir karakteristik göstermekle birlikte, AlTiN kaplı kesici takımdan daha iyi olmadıkları saptanmıştır. 5. KAYNAKLAR 1. Filiz, S., Conley, C.M., Wasserman, M.B. and Özdoganlar, O.B., An Experimental Investigation of Micro Machinability of Copper 101 Using Tungsten Carbide Micro Endmill, International Journal of Machine Tools and Manufacture 47, 1088 1100, 2007. 2. Vogler, M.P., Devor R.E., and Kapoor, S.G., Microstructure-level Force Prediction Model for Micro- Milling of Multi-Phase Materials, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering 125, 202 209, 2004. 3. Bissacco, G., Hansen, H.N., and Chiffre, L.D., Micromilling of Hardened Tool Steel for Mould Making Applications, Journal of Materials Processing Technology 167, 201 207, 2005. 4. Fang, F.Z., and Liu, Y.C., On Minimum Exit-Burr in Micro Cutting, Journal of Micromechanics and Microengineering 14, 984 988, 2004. 54
Ucun İ., Aslantaş K., Bedir F. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2010 (7) 47-55 5. Lee, K., and Dornfeld, D.A., Micro-Burr Formation and Minimization Through Process Control, Precision Engineering 29, 2, 246 252, 2005. 6. Sein, H., Ahmed, W., Jackson, M., Woodwards, R., and Polini, R., Cutting Performance of CrN and Cr-Si N Coated End-Mill Deposited by Hybrid Coating System for Ultra-High Speed Micro Machining, Surface and Coatings Technology, 202, 22-23, 5613-5616, 2008. 7. Aramcharoen, P.T., Mativenga, S., Yang, K.E., Cooke and Teer, D.G., Evaluation and Selection of Hard Coatings for Micro Milling of Hardened Tool Steel, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 48, 1578 1584, 2008. 8. Torres, C.D., Heaney, P.J., Sumant, A.V., Hamilton, M.A., Carpick, R.W., and Pfefferkorn, F.E., Analyzing The Performance of Diamond-Coated Micro End Mills International Journal of Machine Tools and Manufacture, 49, 7-8, 599-612, 2009. 9. Ezugwu, E.O., High Speed Machining of Aero-Engine Alloys, Journal of Brazilian Society of Mechanical Science and Engineering, 26, 1, 1 11, 2004. 10. Ezugwu, E.O., Key Improvements in The Machining of Difficult-to-Cut Aerospace Superalloys, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45, 12-13, 1353-1367, 2005. 11. Wang, Z.Y., Rajurkar, K.P., Fan, J., Lei, S., Shin Y.C., and Petrescu, G., Hybrid Machining of Inconel 718, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43, 1391 1396, 2003. 12. Titanit Ultra Sert Kaplamalar San. ve Tic. Ltd. Şti, http://www.titanit.com.tr. 13. Aramcharoen, A., Mativenga, P.T., Yang, S., The Effect of AlCrTiN Coatings on Product Quality in Micro-Milling of 45 HRC Hardened H13 Die Steel, Proceedings of the 35th International MATADOR Conference, 2007. 55