9. KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ

1 9. KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ Takım malzemeleri son derece hızlı gelişme seyri gösteren bir konudur. Bu gelişme seyri 20. yy. ile birlikte başlar ve özellikle 1930 dan bu güne artan bir görüntü sergiler. 1900 larda 100 dakika olan bir işleme operasyonu 90 lı yıllara gelindiğinde 1 dakikanın altına düşmüştür (Şekil 9.1). Takım Malzemeleri: 1. Karbonlu çelik 13. Kaplanmış karpitler (GC) 2. Yüksek hız çeliği(hss) 14. Çok kristallı elmaslar(pcd)[yapay] 3. Döküm alaşımlar (Demir dışı) 15. Kübik bor nitrit(cbn) 4. Geliştirilmiş yüksek hız çelikleri 16. Çok katlı katlanmış uçlar 5. Dökme demir için sementit karpit uçlar (Sert metal)[c] 19. Delme (matkaplar) için kaplanmış karpitler 6. Çelik için sementit karpit uçlar 18. Frezeleme için kaplanmış karpit uçlar 9. Değiştirilebilir sementit karpit uçlar 19. Paslanmaz çelik için kaplanmış karpit uçlar 8. Seramikler(CC) 20. Koronit (coronit) (N) 9. Sentetik elmaslar 21. Geliştirilmiş Sermetler 10. Geliştirilmiş sementit karpitler 22. Vida açmak için kaplanmış uçlar 11. Sermetler (seramik/metal)[ct] 23. Yeni nesil kaplanmış uçlar 12. Değerli sementit karpitler Şekil 9.1. Kesici takım malzemelerinin performansındaki gelişme. Günümüzde, belli bir iş parçası malzemesini en iyi şekilde belli şartlarda işleyebilecek her türlü metallerden talaş kaldırma işlemi için optimum sonuçlar verebilecek bir takım malzemesi mevcuttur. Bu gelişme, tamamen yeni malzemelerin ortaya çıkmasına bağlı değil, bu malzemelerin iyileştirilmesine (geliştirilmesine) de

2 bağlı olarak ortaya çıkmıştır. Örneğin yüzyılın başlarında yüksek hız çeliklerinin bulunmasıyla atılan ilk adım, işleme zamanını defalarca hızlandırmıştır. Bununla beraber son on yıllık dönemde sert malzemelerdeki sürekli gelişme metal işleme operasyonlarında da büyük iyileşmeyi beraberinde getirmektedir. Bu gelişmedeki amaç işleme maliyetleri perspektifinden gelişmeler sağlamaktadır. Günümüz atelyelerinde işleme etkinliğinin artmasında çok çeşitli farktörler etkili olmakla beraber, takım malzemesi, takım tutucular ve bağlama işlemleri, ölçme teknikleri, bilgisayara geçiş bunlardan en önemlileridir. Şekil 9.2 20 yy. başlarında günümüze atelye şartlarındaki ve endüstri gelişimindeki paralellik gösterilmiştir. Şekil 9.2. Atelye ve endüstriyel aktivitelerdeki gelişme seyri. Temel olarak takım malzemesi iş parçası malzemesinden daha sert olduğundan ve keskin olduğundan metalden talaş kaldırır. Fakat günümüzdeki yüksek verimlilik kavramı, çok daha karmaşıktır. Bu sebeple bir işlem için geometri ve takım malzemesi kombinasyonu olan takım seçiminde ve uygulamasında çeşitli faktörler söz konusudur. Bunlar (Şekil 9.3): 1. İşleme biçimi (operasyon) 2. İş parçasının biçimi ve malzemesi 3. Takım tezgahı 4. İşleme (kesme) parametreleri 5. İşlenen (gerekli) yüzey kalitesi 6. Genel karaslılık / rijitlik 7. İşleme maliyetleri

3 Şekil 9.3. Takım seçiminde etkili faktörler. 7.1. Kesici Takım Malzemelerinin Temel Özellikleri Günümüzdeki işleme şartlarında, yüksek kesme hızı ve ilerleme aralıklarında, kesici takım malzemesinin üç temel özelliği üzerinde durulur: - Aşınmaya karşı dayanma yeteneği ( aşınma direnci) - Kırılmaya karşı dayanım yeteneği (tokluk) - Yüksek sıcaklıklarda kimyasal kararlılığını ve sertliğini sürdürebilme yeteneği (sıcak sertlik) Düşük kesme hızlarında diğer faktörlerin etkisi de göz önüne alınmalıdır. Günümüzdeki takım malzemeleri arasında bir karşılaştırma yapmak karakteristiklerdeki farkları göstermek için de önemlidir. Bu özellikler aynı zamanda, aynı malzemeden yapılmış değişik kalitedeki (grade) kesiciler arasındaki farkları göz önüne almak için de önemlidir. Aşınma direnci (Wear resistance-wr): Aşınma direnci, doğrudan doğruya tekbir özellik olmamakla birlikte, genellikle abrasiv yanak aşınmasının ölçümüyle bulunur. Takım ucunun, planlanan şekilde, çeşitli tipteki aşınmalara performansını kaybetmeden gösterdiği direnç olarak açıklanabilir. Tokluk (Toughness-T) (dayanıklılık): Tokluk, eğilmeye karşı direnç ve enine kırılma dayanımı gibi çeşitli yollarla açıklanabilir. Genellikle oda sıcaklığında ölçülür ve bu yüzden işleme sırasındaki davranışla ilişkili tam bilgi vermez. Uç yavaşlatma etkisinin dikkate alınmasıyla ilgisi

4 yoktur. Yüksek hız çeliği (HSS) takım malzemesi oldukça yeni bir malzeme olan çok kristalli (polikristalin) elmasla kıyaslandığında oldukça yüksek tokluğa sahiptir. Sıcak sertlik (Hot hardness-hh): Diğer bir önemli özellik olan sıcak sertlik, özellikle yüksek kesme hızlarında ulaşılan sıcaklarda işleme için önemlidir. Değişik malzemelerin sıcak sertliği arasındaki fark oldukça kayda değerdir. Malzemenin sıcaklıkla işleme özelliğini kaybetmemesi olarak adlandırılabilir. İdeal bir takım malzemesi için şunlar söylenebilir: Yanak açınmasına ve deformasyona direnç için sert olması Kırılmaya direnç için yüksek tokluğa sahip olması İş parçası malzemesine karşı kimyasal olarak eylemsiz olması (difüzyonu önlemek için) Oksidasyon ve çözünürlülüğe direnç için kimyasal olarak kararlı olması Termal (ısıl) şoklara (darbelere) karşı iyi bir ısıl dirence sahip olması Takım malzemesinin doğru seçimi ekonomik işlemenin anahtarıdır. Kırılan ve aşınan takıma bağlı olarak takım tezgahındaki bekleme süreleri verimlilik ve takım malzeme seçimini sıfırlayan faktörlerin başında yer alır. Bunlara bağlı olarak aynı takım malzemesinin kaliteleri (grade) de önemli olup doğru kalite kritik faktörüdür. Tek bir takım malzemesinin tüm işleme taleplerini karşılaması mümkün olmamakla beraber bazı kaliteler pek çok işleme operasyonunu kapsayan geniş uygulama alanlarına sahiptir. Şekil 9.4 deki pay diyagramı çeşitli takım malzemelerinin kullanımını yansıtan özelliktedir. En geniş yelpazeyi HSS ve sementit karpitlerin kapsadığı açıkça görülmektedir. C- Kaplanmamış sementit karpitler GC- Kaplanmış sementit karpitler CT- Sermetler HSS- Yüksek hız çeliği N- Koronit CC- Seramikler PCD- Çok kristalli elmas CBN- Kübik bor nitrit Şekil 9.4. Tüm işleme operasyonları için takım malzemelerinin yaklaşık dağılımı.

5 Şekil 9.5 de çeşitli malzemelerin sertlik karşılaştırmaları verilmiştir. Şekil 9.5. Çeşitli takım malzemeleri için sertlik aralıkları. (Knoop sertlik skalası- 1,000 Kg/mm 2 ) Şekil 9.6 da ise yine çeşitli takım malzemelerinin sıcak sertlik özellikleri (sıcaklığa bağlı sertlik değişimleri Rockwell A cinsinden )verilmiştir. Şekil 9.6. Çeşitli takım malzemeleri için sıcaklık ile sertliğin değişmesi.

6 Şekil 9.7 de ise çeşitli takım malzemelerinin aşınma dirençleri / tokluk (A) ve sıcak sertlik / tokluk ilişkileri (B) verilmiştir. Şekil 9.9. Aşınma direnci/tokluk (A) ve sıcak sertlik/tokluk (B) ilişkileri. Şekil 9.8 de çeşitli takım malzemelerinin hangi hız/ilerleme kombinasyonları için kullanılabileceğini görmek mümkündür. Şekil 9.8. Çeşitli takım malzemeleri için hız/ilerleme kombinasyonları. Tablo 9.1 de ise tüm bu sözü edilen takım malzemeleri için takım seçiminde etkin faktörler dikkate alınarak karşılaştırma yapılmıştır.

7 108

8 9.2. Sementit Karpit (Sert Metal) Kesiciler İsminden de anlaşıldığı gibi, sementit karpit takım malzemesi, sert karpit parçalarının bir bağlayıcı ile birlikte semente edilmesi (birleştirilmesi tavlanması) ile elde edilir. Talaş kaldırmada pek çok avantajlı özelliğin kombinasyonuna sahiptir ve sert çelik takım malzemesine göre pek çok avantajı vardır. Özellikle son 60 yılda dikkate değer gelişmeler kaydedilmiş ve bir kesici kenardan elde edilebilecek verimlilikte önemli iyileşmeler sağlanmıştır. Kaplanmış sementit karpitlerle (ayrıca bahsedilecek) bu özellikler daha da gelişmiş ve kaplanmamış uçlar ilk tavsiye edilen uçlar olmaktan uzaklaşmıştır. Bununla beraber kaplanmamış karpit uçlar halen alüminyum, özel amaçlar için ve bazı diğer kesici malzemeleri için temel malzeme olmayı sürdürmektedir. Sementit karpit, bir toz metalürjisi ürünü olup, temel olarak bağlayıcı içindeki bir dizi farklı karpitten üretilirler. Çok sert olan bu karpitlerden bazıları şöyledir: - Tungesten Karpit (WC) Bu malzemelerin sertlikleri Şekil 9.9 da - Titanyum Karpit (TiC) karşılaştırılmaktadır.(vickers Sertlik HV ye - Tantalyum Karpit (TaC) göre) - Niobyum Karpit (NbC) Bağlayıcı madde olarak çoğunlukla kullanılan malzeme Kobalt (Co) dır. Bununla beraber, karpitler birbirinin içerisinde eriyebilir (çözülebilir) ve başka bir bağlayıcı malzeme olmadan da sementit karpit biçimine getirilebilirler. Sert parçacıkların boyutu 1~10 mikron arasında değişir ve toplam malzeme hacminin %60~95 ini oluştururlar. Sementit karpit uçlarının özellikleri önemli ölçüde değişkendir. Bazıları diğerlerinden daha sert olabilirken, bazıları ise diğerlerinden daha toktur. Bu sebeple değişik sınıf ve kalitede sementit karpit uçların belirlenmesi bazı özelliklere bağlıdır. Bunlar: - Sert taneciklerin boyutu ve tipi - Bağlayıcının miktarı (oranı - % olarak) ve tipi - Üretim teknikleri - Kalite

9 İlk geliştirilen sementit karpitler WC- Co (Sert tanecikler tungsten karbür ve bağlayıcı kobalt ) esaslı olup özellikle dökme demirin işlenmesine uygundurlar. Bu ilk sementit karpitler iki fazlı sementit karpitler olup, sert tungsten karpit faz (α) fazı ve kobalt bağlayıcı ise (β) fazı olarak isimlendirilmektedir (Şekil 9.10). Bu, sade sementit karpit uçlar, talaş yüzeyinde sementit karpite karşı kimyasal olarak reaktif ve krater aşınmasına sebep olan çeliğe dayanıklı değildirler. Karbon benzerliği ve östenit, talaş yüzeyinde karbonun takımdan talaş alarak geçmesine ve bir krater oluşmasına (difüzyon aşınma mekanizması ile) sebep olmaktadır. Titanyum ve Tantalyum karpitler, tungsten karpite göre daha kararlı olup, yüksek işleme sıcaklıklarında çeliğin takımı kırma etkisine karşı takımın direncini artırmaya katkıda bulunurlar. Şekil 9.9. Bazı metal karbürlerin sertlik ve sıcak sertliklerinin karşılaştırılması (HV-vickers sertlik). Şekil 9.10. İlk sementit karpitlerde(wc-co) α (sert parçalardan oluşan) fazı ve (WC) β (kobalt veya nikel bağlayıcı) fazı. Titanyum karpit diğerlerine göre oldukça sert olmasına rağmen (oda sıcaklığında) yüksek kesme hızlarında erişilen yüksek sıcaklıklarda sertliğin düştüğü deneylerle gözlenmiştir. (Şekil 9.11). İlk sementit karpite TiC ve TaC gibi diğer karbürlerin ilavesi ile, çeliğin işlenmesine daha uygun bir sementit karpit geliştirilmiştir. Bu üç fazlı yeni sementit karpitlerde ilave edilen bu üçüncü faz (γ), TiC, TaC ve NbC' ü ifade etmektedir.

10 Bu şekilde sementit karpit uçlar, dökme demir ve demir dışı metalleri işlemeden çeliği işleyip doğru bir evrim gerçekleştirmiş oldular. Şekil 9.11.Üç fazlı sementit karpitlerdeki (γ) fazı. Şekil 9.12 deki diyagramlar, sementit karpit uçlarda sert parçacıkların yüzdesinin artması ile aşınma direncini arttıran sertlik (Hv) ve basma dayanımı (Cs)' nin daha büyük olduğunu göstermektedir. Daha yüksek oranda bağlayıcı katkısı, sementit karpite daha tok bir yapı kazandırmaktadır. Kırılmaya karşı direnç kabiliyeti olarak isimlendirilen tokluğu eğilme direnci ile (Be) sembolize edersek, daha yüksek miktarda bağlayıcı ihtiva eden sert metal uçlarda sertliğin tersine tokluk özelliği iyileşmektedir. Diğer grafiklerde (4,5,6) sert parçacık ve bağlayıcı yüzdesi ile burulma dayanımı (Trs), darbe dayanımı (İmp) ve elastikiyet modülündeki (E) değişmeler görülmektedir. Şekil 9.12. Sert tanecik (WC) bağlayıcı metal (Co) yüzdesindeki değişmeye bağlı olarak sert metal uçların bazı özelliklerindeki değişmeler. 1- WC yüzdesi artınca sertlik Hv artar. 2- Wc yüzdesi artınca Basma dayanımı Cs artar. 3- Co yüzdesi artınca Eğilme dayanımı (Tokluk ) Be artar. 4- Co yüzdesi artınca Burulma dayanımı Trs artar. 5- Co yüzdesi artınca Darbe dayanımı Imp artar. 6- Co yüzdesi artınca Young ( Elastikiyet ) Modülü E küçülür.

11 Grafiklerin genel bir sonucu olarak kobalt miktarının artması daha yüksek tokluğa sebep olurken, küçük taneli sert parçacıklar (Sert parçacık yüzdesindeki artış) daha sert bir yapı oluştururlar. Tane büyüklüğü (Grain Size-GS) de, sementit karpitlerin özelliklerinde etkilidir. Çünkü, parçacıklar arasındaki metal olan bağlayıcının kesin miktarı tane boyutunun artmasıyla artan kalınlık doğrultusunda artar. Bu durum dayanım ve sertlik üzerinde etkili olduğu kadar sertlik ve aşınma direncini de etkiler. Küçük tane boyutu daha yüksek sertlik. Kaba tane boyutu ise daha yüksek tokluk demektir. Pratik olarak bunun anlamı, sementit karpit uçlar gevrek olmayabilir ve işlemede çok geniş bir uygulama alnına sahiptirler. Bu tanımlamalardan ideal takım malzemelerinin özeliklerini listelemek için bir karşılaştırma yapıldığında, neden hâla sementit karpitlerin en önemli takım malzemesi olduğu görülebilir. Bununla beraber, sertlik (Hv) ve basma dayanımı (Cs) değerleri yükselen sıcaklıkla düşerken yinede yüksek hız taleplerinde iyi bir aşınma direnci özelliği gösterirler (Şekil 9.13). Şekil 9.13. Sementit karpitte sıcaklıkla sertlik ve basma dayanımının değişmesi. Sementit karpit kalitelerinin (grade) uygulama sınırlarını belirlemede, yüksek sıcaklıklarda iş parçası malzemesi ile yakınlık esas değildir. Termal iletkenlik yüksek ve oksidasyon direnci düşük olmakla beraber bu durum, işleme bölgesindeki yüksek sıcaklıkların etkisinde ve kalite geliştirmede genel bir problem değildir. Sementit karpitler metallerle karşılaştırıldığında, örneğin çelikle, sementit karpit çok daha sert ve basma dayanımı çok daha yüksek olmakla beraber çekme dayanımı zayıftır. Özgül ağırlığı çeliğin yaklaşık iki katıdır. Bu durum titanyum karpit esaslı kalitelerde (özellikle sermetlerde) geçerli değildir. Bunlar çelikten daha hafiftir.

12 Elastikiyet modülü çeliğin iki üç katı olduğundan daha rijittir. Bu sebeple delik büyütme işlemindeki takım tutucuların yapımında da kullanılır. Uzun boylarda minimum yer değiştirme özelliğine sahiptirler. Aynı zamanda termal genleşme kat sayısı çeliğin yarısı kadardır (Bu sebeple geçmişte, uçların lehimlenmesi oldukça güçtü). Netice olarak; Sementit karpit uçlar oldukça geniş bir uygulama alnına sahiptirler ve kaplanmamış kalitelerde de iş parçası malzemelerinin çoğunda başarıyla kullanılabildikleri gibi kaplanmış uçların imalatında da alt (temel) katman (sub-strate) olarak kullanılırlar. Şekil 9.14 de çeşitli sementit karpit yapılar gösterilmiştir. A B C D Şekil 9.14. Çeşitli sementit karpitlerin mikro yapıları. A- α ve β fazı ihtiva eden kaba taneli (ISO = K20) B- α ve β fazı ihtiva eden ince taneli (ISO=K10) C- α, β ve γ fazı ve büyük miktarda bağlayıcı ihtiva eden (ISO=P40) D- α, β ve γ fazı ve küçük miktarda bağlayıcı ihtiva eden (ISO=P10) 9.3. Sementit Karpit Uçların Üretimi Bir toz metalürjisi üretimi olan sementit karpitler özenle kontrol edilen bir işlem süreciyle imal edilirler. Yapı ve kompozisyon (bileşim) ürünün genel kalitesinde çok önemli olup bunun sonucu olarak işleme sırasındaki performansı da etkiler. İstenmeyen parçacıkların (kalıntıların) varlığı, boşluklar ve fazlar, kaliteyi önemli ölçüde

13 etkilediğinden çok çeşitli seviyelerde tutulmalıdır. Günümüzde sementit karpitler ve üretim süreci, geçmişle kıyaslandığında çok büyük gelişme kaydetmiştir. Sementit karpit uçların üretiminde aşağıdaki beş temel aşama söz konusudur (Şekil 9.15). 1) Toz üretimi 4) Uçların bitirme işlemleri (Son biçimlendirme) 2) Presleyerek sıkıştırma 5) Kaplama 3) Pişirme (sinterleme) Şekil 9.15. Sementit karpit uçların toz metalürjisi ile üretimindeki temel aşamaların şematik gösterimi. Bir tungsten karpit ucun bu aşamalardan geçerken izlediği oluş diyagramı Şekil 9.16 da gösterilmiştir. Tungten tozu (W) Karbürizasyon (WC) Bilyalı değirmenlerde karıştırma 1. Adım Karbon Tozu (C) Kobalt(Co) ve diğer tozlar Sıkıştırma preslemesi (parafin) 2. Adım Bitmiş Uç TiC veya TiN kaplama Taşlama veya Honlama Vakumlu fırında likit faz sinterleme 3. Adım 5. Adım 4. Adım Şekil 9.16. WC-Co esaslı sert metal ucun toz metalürjisi ile üretimi.

14 9.3.1. Toz üretimi Üretimi için temel hammadde tungsten cevher konsantresidir. Şelit (Scheelit- CaWO 4 ) veya Wolframit (Wolframite-(Fe, Mn) WO 4 ) bu cevherlere örnektir. Tipik cevher konsantresinin ağırlıkça yaklaşık %70 i tungstik oksit (WO 3 ) tir. Üretimdeki ilk aşama, cevher konsantresinden amonyum tungstat solüsyonu hazırlamaktır. Şelit; ya büyük bilyalı öğütücülerde hidroklorik asit (HCl) ile çökertilir ya da kuru olarak çok ince tane boyutlarında öğütülerek sıcak hidroklorik asitle çökertilir. Kalsiyum tungstat (şelit), hidroklorik asit ile reaksiyona girerek tungstik asit (H 2 WO 4 ) ve kalsiyum klorid (CaCl 2 ) şekline dönüşür. Konsantredeki kalsiyum kloridin aksine hidroklorik asitte çözülmeyen tungstik asit ve yabancı mineraller öğütmeden sonra yıkanır. Yıkanmış çökelti büyük tanklarda amonyak ile işleme tabi tutulur. Tungstik asit amonyak ile reaksiyona girerek çözülmüş amonyum tungstat haline gelir. Bundan sonraki işlem, çözülmemiş minerallerin ayrıştırılması için amonyum tungstat solüsyonunun filtre edilmesidir. Wolframit, sıcak sodyum hidroksit (NaOH) ile çökeltilerek, çözünmüş sodyum tungstat elde edilir. Solüsyon, çözülmemiş yabancı minerallerin, demir ve mangan hidroksidin ayrıştırılması için filtre edilir. Kalsiyum tungstat (CaWO 4 ) kalsiyum klorid (CaCl 2 ) ilave edilerek çökeltilir. Elde edilen kalsiyum tungstat şelitte olduğu gibi aynı işlemlere tabi tutularak amonyum tungtat çözeltisi elde edilir. Daha sonra amonyum tugstat tan buharlaştırma yolu ile kristalize halde amonyumparatungstat (APT) elde edilir ve APT kireçle yakılarak tungstik oksit (WO 3 ) elde edilir. Bazı sementit karpit kalitelerinde Molibden (Mo) ve krom (Cr) metalleri de ilave edilir. WO 3, tungsten tozu üretmek için, hidrojen ile indirgenir. Elektrolitik olarak yapılan işlemde tungstik oksitteki oksijen ile hidrojen su formuna dönüşür. Bütün bu çeşitli aşamalardan sonra çökeltilen tungsten tozu şartlara bağlı olarak çeşitli tane büyüklüklerinde olabilir. Örneğin aşırı derecede fazla hidrojen, düşük bir sıcaklık ve küçük bir parça tungstik oksit kullanılmasıyla çok ince taneli tungsten tozu

15 elde edilirken tersi bir yolla kaba taneler elde edilebilir. Bu metotla tane büyüklüğü kontrol edilebilir. Toz üretiminde kullanılan işlem sürecinin şematik gösterimi Şekil 9.17 de görülebilir. Şekil 9.19. Toz üretimindeki çeşitli aşamaların şematik olarak gösterilmesi. Tungsten tozunun üretilmesinden sonra tungsten karpit (tungsten karbür) üretilmesine geçilir. Bu işlemde ilk adım çok dikkatli bir şekilde hesaplanan miktarda tungsten tozu ve siyah karbon tartılır ve doğrudan karıştırılır. Karışım daha sonra, yüksek frekanslı ısıtmanın yapıldığı fırınlara doldurulur. Bu atmosfer kontrollü fırınlarda koruyucu hidrojen atmosferinde Tungsten (W) ve Karbon (C) birleşerek (WC) tungsten karpit oluşturur. Karbürize sıcaklığı 1700 C civarındadır. Sementit karpit için kullanılan ham malzemenin hesaplanmasındaki teorik yaklaşımlar ile elde edilen tungsten karpit bileşimi oldukça yakın değerlerdedir. Tungsten karpit üretilmeden önce bileşik haldeki ve serbest haldeki karbon miktarını, kristal yapısını ve tane büyüklüğünü tayin etmek için bazı deneyler yapılır. Farklı tipte tungsten tozu kullanılmasıyla farklı kalitede tungsten karpit elde edilmesi mümkün olabilmektedir. Titanyum, tantalyum ve niobyum karpitlerde elde edilebilir. Bu malzemelerin oksitleri hidrojen ile indirgenmez. İndirgeme yerine doğrudan karbon kullanılarak karbürizasyon yapılır.

16 Titanyum karpit bağımsız (tamamen ayrı) olarak elde edilemez ve genellikle tungsten karpitle bileşik haldedir. 2000 C üzerindeki bir sıcaklıkta titanyum karpit, tungsten karpit içinde çözünür ve arzu edilen karbür formuna ((Ti,W) C) dönüşür. Kobalt tozu, kobaltoksitin hidrojen ile indirgenmesi ile elde edilir. Bu indirgeme işleminde maksimum sıcaklık 800 C dir. Elde edilen karpitler ve kobalt, sementit karpit takım malzemesi üretilmesindeki ham malzemeler olarak ele alınır. Tartımdan sonra tozlar karıştırılır ve öğütülür. Bu öğütmedeki kalıntıların karışmasını engellemek için öğütmede kullanılan bilyalar da sementit karpittir. Tüm öğütme işlemleri ıslak ortamda yapılır. Öğütmenin amacı, sadece inceltme değil aynı zamanda homojen bir karışım elde etmektir. Öğütme / Karıştırma işlemi sırasında karpit ve bağlayıcı metal taneleri arasında bir temas gelişir ve bu durum daha sonraki sinterleme işlemi sırasında yeterli reaktif durumun oluşmasını sağlar. Öğütmeden sonra öğütme sıvısı sprey kurutma ile uzaklaştırılır. 9.3.2. Presleme Sementit karpit tozları sıkıştıma için tek etkili veya çift etkili presler ve briket haline getirme kalıpları kullanılarak preslenir. Bu tekniğin kullanımı, iyi bir sıkıştırma ve sıkı bir şekil elde etmek içindir ve preslemeyi kolaylaştırmak için toza bir miktar yağlayıcı (parafin) katılır (Şekil 9.18). Preslemede, sıkıştırma ile biçim elde edilirken boyutlar elde edilemez ve boyutlar sinterleme şartlarında belli olur. Çünkü sıkıştırılmış parça %30 civarında porozite (gözenek) içerir porozite sinterleme sırasında %17 20 ye varan doğrusal çekme ile kaybolur. Şekil 9.18. Tozların preslenmek sureti ile şekillendirilmesi.

17 9.3.3. Sinterleme (Pişirme) Preslenerek şekillendirilmiş malzeme %30 a kadar gözeneklerle doludur. Sinterleme bir ısıl işlem olup amacı, gözeneklerin kapanmasını sağlamak ve dayanımı arttırmak için sert partiküllerin birbirleri ile kaynaşmasını sağlamaktır (bağlayıcı metal ortamında). Sinterleme, sert taneciklerle bağlayıcı arasındaki arzu edilen reaksiyonu sağlamalı, gözenekleri elimine etmeli ve sonuçta sinterlenmiş parça doğru şekilde soğutulmalıdır. Karbon muhtevasını kontrol altında tutmak temel gayedir. Bu sadece sinterleme sırasında değil, hazırlama işlemleri sırasında ve daha sonraki kaplama işlemleri sırasında da önemlidir. Karbonun grafit olarak veya gevrek bir yapıdaki etafazı şeklindeki varlığı sementit karpit ucun aşınma direnci ve tokluğu üzerinde direkt bir etkisi vardır. Değişik tipteki uçlar için farklı sinterleme metotları söz konusudur. Sinterleme, oldukça karmaşık ve iyi kontrol edilmesi gereken bir işlemdir. Bu nedenle, kesin bir sıcaklık, işlem süresi ve ortam ön şekillendirilmesi yapılmış gözenekli briketten ciddi değişikliklerle en iyi takım malzemesi elde edilmesini sağlar. Bu sinterleme işlemi sırasındaki reaksiyon füzyon sinterleme olarak bilinir. Bunun anlamı, sıcaklık zamanla 1400 1600 C ye ulaştığında bağlayıcı metal eriyecek ve önemli bir miktar karpit çözülecektir. Bu sıcaklıkta malzemenin toplam %10~50 civarında bir hacmi erimiş durumda olacaktır. Eriyikte çözünmeyen karpitlerin bazıları birleşme eğilimindedir ve diğerlerine rağmen birleşerek büyüyecektir. Sementit karpit karışımı, tungsten karpite ilave edilmiş titanyum, tantalyum veya niobyum karpitlerden herhangi birini ihtiva ediyorsa bu karpitlerde de reaksiyonlar meydana gelecektir. Sinterleme sırasında bunlar birbiri içerisinde çözülecek ve bazı tungsten karpitlerle birleşecektir ve normal tungsten karpitten farklı bir tane biçimine sahip bir karpit oluşacaktır. İşlem devam ettikçe, reaksiyonlarla yapı değişecek ve sementit karpit çekerek poroziteler (gözenekler) kaybolacaktır. Katılaşma sırasında, çözülmüş karpitlerin büyük bir kısmı, birleştirme metali etrafında çökelecektir. Sementit karpitlerin büyük bir çoğunluğu için katılaşma sıcaklığı 1300 C civarındadır.

18 Sinterlenmiş parçalardan alınan numuneler üzerinde bazı deneyler gerçekleştirilerek, boyut, gözeneklik, yapı, tane büyüklüğü, zorlama kuvveti, yoğunluk ve işleme performansı açısından incelenir. Şekil 9.19 da sinterleme işlemi sonucunda tane yapısındaki değişiklikler gösterilmiştir. Şekil 9.19. Sementit karpit uçların sinterlenmesi. 9.3.4. Son Biçimlendirme Toz metalürjisi ile üretilmiş uçların bazıları taşlanarak çok hassas kalınlıklar elde edilir. İçteki daire, boyutları, uç radyusu, pahlar ve açılar bu taşlama işlemleri ile elde edilir (Şekil 9.20). Bununla beraber uçların bazılarına son şekli doğrudan preslemeyle verilir. Yüzey taşlama işlemleri ya taşlama ortamında yada elmas taşlama diskleri ile gerçekleştirilir. Uçlar taşlama işlemleri ile ilgili olarak; kalınlık, düzlük, düzlemlerin paralelliği ve pürüzlülük açısından muayene edilir ve çatlaklar, çıtlamalar, çizikler vb. için de gözle muayeneye tabi tutulur. Uçların bazıları da çeşitli miktarlarda kenar yuvarlatma işlemlerine (ER) tabi tutulur (Şekil 9.20). Bu yuvarlatma işlemi, ucun işleme sırasındaki performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Biçim, boyut ve yuvarlatılmış kenarın yüzey pürüzlülüğü uç seçiminde kritik öneme sahiptir. Bu yuvarlatmada yarıçap 0.02 0.08 mm arasında değişir.

19 Şekil 9.20. Sementit karpit uçların son işlemleri. 9.3.5. Kaplama Günümüzde kullanılan sementit karpit uçların büyük bir çoğunluğu saf ince taneli bir yüzey tabakasıyla kaplanmasıyla kullanılır. Kesici takım malzemesinde önemli iyileşmelere sahip olan bu kaplamaların özellikleri ve yapılışı Kaplanmış Sementit Uçlar bahsinde detaylı olarak anlatılacaktır. 9.4. Kaplanmış Sementit Karpitler (Gc) 1960 lı yılların sonunda kesici takım malzemesi geliştirme sürecinde büyük bir adım atılmış ve çok ince bir karpit tabakasıyla kaplanmış sementit karpit uçlarla tanışılmıştır. Sadece birkaç mikron kalınlığındaki bir titanyum karpit katmanıyla karpit takımların performansı önemli ölçüde artmıştır. Kaplanmamış uçlardan kaplanmış uçlara geçilmesiyle kesme hızı ve/veya takım ömrü dramatik biçimde artmıştır. Kaplamanın etkisi aşınmayı azaltması ile sürmüş ve çeliğin işlenmesinde krater aşınmasının da azalmasına sebep olmuştur. Yüksek sıcaklıklar tolere edilerek daha yüksek hızlar ve ilerlemeler ile çalışmak mümkün olmuştur (Şekil 9.21 ve Şekil 9.22).

20 Şekil 9.21. Kaplanmış sementit karpit uçlar. Şekil 9.22. Kaplanmış sementit karpit uçlar (GC) ile kaplanmamış uçların karşılaştırması A) Aşınma direnci (WR) ile tokluk (T) karşılaştırması. B) Ömür (T) ile aşınma (K B ) karşılaştırması. Kaplanmış uçlar sürekli olarak bir gelişme kaydetmekte olup, yeni nesil kaplanmış uçlar geliştirilmektedir. (Şekil 9.23). Günümüzde tornacılık işlemlerinin %75 den fazlası ve frezeleme işlemlerinin %40 ından fazlası kaplanmış sementit karpit uçlarla gerçekleşmektedir. Ve genellikle bir işlem için ilk tercih olma özelliği taşımaktadır. Değiştirilebilir uçların dörtte üçü (özellikle tornacılık için) bu tip uçlardır. Frezeleme ve delme işlemleri için dökme demir ve çelik malzeme işlenmesinde sağlanan gelişmeler oldukça geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Temel Kaplama Maddeleri: a) Titanyum Karpit (TiC) b) Titanyum Nitrit (TiN) c) Titanyum Karbon Nitrit (TiCN) d) Alüminyum Oksit (seramik) (Al 2 O 3 )

21 Şekil 9.23. Kaplanmış sementit karpitlerin (GC) gelişim süreci. yapılmıştır. Şekil 9.24 de kaplama malzemelerinin değişik özellikler açısından karşılaştırması Şekil 9.24. Kaplama malzemelerinin değişik özelliklerinin karşılaştırılması. Hv: Sertlik Br: İşleme sırasında ucu etkileyen zararlı ısı ve kimyasal reaksiyon Bo: Asıl alt katman uca yapışma kabiliyeti Cof: Sürtünme katsayısı VB: Yan yüzey (Yanal) Aşınma direnci KT: Krater aşınma direnci T: Tokluk Titanyum karpit (TiC) ve alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) oldukça sert malzemelerdir. Bu sebeple oldukça yüksek aşınma direnci sağlarlar. Aynı zamanda kimyasal olarak inert

22 (asal) olduklarından takım ve talaş arasında kimyasal ve ısıl alışverişte bir engel oluşturulmasını sağlarlar. Titanyum nitrit (TiN) diğerleri kadar sert bir malzeme olmamakla birlikte ucun yüzeylerinde oldukça düşük bir sürtünme katsayısına sahip olduğundan krater aşınmasına karşı direnç sağlar. TiN aynı zamanda altın sarısı bir renge sahip olup kesici takımlara daha düşük sıcaklıklarda uygulanabilir. Titanyum karbon nitrit (TiCN) ve Titanyum alüminyum nitrit (TiAlN), TiN gibi düşük sıcaklıklarda kaplanabildiğinden alt katman (çekirdek) ucu çok fazla etkilemezler. Bununla beraber modern kaplama teknolojileri ile tüm kaplama tipleri için gerekli yüksek sıcaklıklar rahatlıkla elde edilebilmekte ve uca istenilen tüm özellikler kazandırılabilmektedir. Çok katlı kaplamalar hâla geliştirilmekte ve kaplama malzemelerinden en iyi özellikler elde edilmeye çalışılmaktadır. Kaplama kombinasyonları ile oluşturulan kaliteler (grade), oldukça geniş bir uygulama alanı bulabilmektedir. Titanyum nitrit kaplamalara altın sarısı bir renk kazandırırken, titanyum karpit gri renkte, alüminyum oksit ise saydam görüntüdedir. direnci sağlar. Titanyum karbon nitrit mükemmel yapışma özelliklerine sahiptir ve iyi bir aşınma Uçtaki kaplamaların toplam kalınlığı 2-12 mikron u geçmez. Çünkü daha fazla kalınlıklar negatif (olumsuz) bir etki yaratabilir. Kalınlığın artması ile aşınma direnci artacak olmasına rağmen gevreklik gündeme geleceğinden tabaka tabaka ayrılmalar söz konusu olabilir. Daha ince kaplamalar iyi tokluk performansı sağlayarak özelliklerin dengelenmesinde önemlidir. Şekil 9.25 de; istenilen özelliklerin sağlanması için üç kat halinde kaplanmış bir uçta kaplama tipleri ile sağlanan özellikler ve kaplama kalınlıklarının birbirine göre kıyaslaması yapılmıştır.

23 Şekilde tungsten karpit bir çekirdek (alt katman) sırasıyla birinci katman olarak TiC, ikinci katman olarak Al 2 O 3 ve en üstte üçüncü katman olarak TiN kaplama yapılmıştır ve katmanların kalınlıkları birinciden üçüncüye doğru giderek azalmaktadır. Şekil 9.25. Üç katlı kaplanmış bir uçta katmanlar, katman kalınlıkları ve uca kazandırdıkları özellikler. TiC temel kaplama malzemesi olarak çekirdeğe dayanım ve aşınma direnci sağlamak için yapılır. Alüminyum oksit ikinci katman ise uca yüksek sıcaklıklarda kimyasal kararlılık kazandırmak ve abrasiv aşınmaya karşı direnç kazandırmak içindir. En ince olan son TiN kaplama ise yüzeyde düşük bir sürtünme katsayısı sağlayarak (built up edge) sıvanma oluşmasını engeller ve krater aşınmaya karşı direnç sağlar. ISO ya göre sınıflandırılmış pek çok uç kaplanabilir. P05 den P40 a, M10 dan M25 e ve K01 den K25 e kadar değişik sınıfta değişik amaçlı uç daha geniş bir uygulama alanı kazanmak maksadıyla kaplanabilir. Şekil 9.26 da (A) tek katlı, (B) iki katlı ve (C) üç katlı uçların mikro yapıları gösterilmiştir. (A) (B) (C) Şekil 9.26. Kaplanmış uçlarda mikro yapılar.

24 9.5. Kaplamaların Yapılması 9.5.1. Kimyasal Buhar Çökertme (CVD) Değiştirilebilir uçlarda kaplamaların toplam kalınlığı 2-12 mikron arasında değişmektedir. Bir insan saç telinin kalınlığının 75 mikron civarında olduğu düşünülürse işlemin hassasiyeti konusunda fikir yürütmek mümkün olur. Bu amaçla sementit karpit uçlarda en yaygın kullanılan kaplama yöntemi, Kimyasal Buhar Çökertme (Chemical Vapour Deposition- CVD) yöntemidir. Temel olarak CVD kaplama yöntemi, farklı gazların kimyasal bir reaksiyonudur. Titanyum karpit kaplamak için, hidrojen (H 2 ), titanyumklorid (TiCl 4 ) ve metan (CH 4 ) kullanılır. Uçlar atmosfer kontrollü fırınlarda 1000 C civarında ısıtılır. Sinterlemede olduğu gibi çok dikkatli biçimde kontrol edilmesi gereken bir işlemdir. Karbon muhtevası ya serbest ya da eta-fazında olup kaplamadan önceki karbürizasyon aşamasında izlenir (Şekil 9.27). Alüminyum oksit ve titanyum nitrit kaplamada benzer yollarla alüminyum klorid veya azot (nitrojen) gibi başka gazlar kullanılarak yapılır (Şekil 9.27). CVD yöntemi çok katlı kaplamalarda uygun gazların birbirine göre düzenlenmesi ile nispeten kolay bir biçimde gerçekleştirilir. Şekil 9.29. Kimyasal buhar çökertme (CVD) ile sementit karpit uçların kaplanması.

25 CVD işlemi herhangi bir çekirdek (alt katman) uç üzerine kaplama yapılabilmesine imkan sağlayan çok geniş bir kullanım alanına sahip otomatik olarak gerçekleştirilebilen bir işlemdir. Kaplama üniform ve homojen olup, kaplama ile alt katman arasındaki yapışma mükemmeldir. Daha tok bir çekirdek üzerine yapılabilecek bir alüminyum oksit kaplama ile oldukça yüksek performansa ve güvenilirliğe sahip uçlar elde edilebilir. 9.5.2. Fiziksel Buhar Çökertme (PVD) Sementit karpit uçlar için daha az kullanılan alternatif bir diğer kaplama yöntemi de Fiziksel Buhar Çökertme (Phisical Vapour Deposition- PVD) metodudur. Bu yöntem daha ziyade yüksek hız çeliklerinin kaplanmasında kullanılmakla beraber sert metal uçların kaplanmasında da kullanılır. Bu işlem oldukça dikkatli bir uygulamayı gerektirir. Sıcaklık CVD yöntemindekinin yarısı kadar olup 500 C civarındadır. PVD kaplama özellikle çevresel kaplama ve çok keskin takımların kaplanması için iyi bir yöntemdir. Parmak frezeler, matkaplar, klavuzlar vb. bu metotla kaplanır. Bu metot kaplama malzemesinin bir malzeme kaynağından uzaklaştırılarak diğeri üzerinde buharlaştırılması veya çökeltilmesi esasına dayanır. Yaklaşık 500 C de yapılır. Örneğin titanyum, bir enerji kaynağı olarak odaklanmış elektrik arkı ile iyonize edilir ve bir plazma buhar haline getirir. Bu plazma azot püskürtülerek kaplanacak malzeme üzerine TiN olarak çökeltilir. (Şekil 9.28). Şekil 9.28. Fiziksel buhar çökertme (PVD) ile kaplama.

26 PVD ile yapılan bir kaplama CVD kaplama kıyaslandığında daha incedir. CVD ile yapılan daha kalın bir kaplamanın anlamı; aşınma direncini arttırır. Özellikle alüminyum oksit kaplama CVD ile 12 mikrona kadar çıkabilir. 9.6. Sermetler (CT) Sermet, tungsten karpitten ziyade, sert parçacıkların titanyum karpit (TiC), titanyum koro nitrit (TiCN) ve/veya titanyum nitrit (TiN) olduğu sementit karpitlerin ortak adıdır. İsim seramik/metal kombinasyonundan gelir. Metal bağlayıcıda seramik parçacıkları ifade eder. Sementit karpitler de olduğu gibi toz metalurjisi ile üretilen sermetlerinde bir sementit karpit olduğu düşünülüp tartışılabilir. Pratik olarak şu bilinmelidir ki sermetler, tungsten karpitten ziyade titanyum karpit esaslı karpitleri ifade eder. Sermetler son yıllarda kullanılmaya başlanmış olmakla beraber, yeni bir takım malzemesi değildir. Titanyum esaslı kaliteler 1929 yılında yapılmış ve dikkate değer bir gelişme kaydetmiştir. İlk zamanlarda çok çok kırılgan olan yapıya Molibden ilavesi ile molibden karpit (MO 2 C) yapısı elde edilmiş ve bu da üretim tekniklerinde gelişme sağlamış ve bunun sonucu olarak ISO P01 sınıfı uçlar üretilmiştir. Daha büyük miktarlarda titanyum nitrit ve bağlayıcı ilave edilmek suretiyle daha iyi takımlar elde edilmiştir. Böylece, nispeten kırılgan olan takım malzemesinden, daha fazla işleme taleplerine cevap verebilecek daha tok yapıya sahip olan sermetler geliştirilmiştir. Sermetler sadece çeliğin bitirme işlemlerindeki hafif talaşlarda kullanılan kesiciler olmayıp günümüzde frezecilik işlemleri ve paslanmaz çeliklerin işlenmesinde de kullanılmaktadır. Sermetler: Yan yüzey ve krater aşınmasına karşı yüksek dirence Yüksek kimyasal kararlılığa ve sıcak sertliğe sahip olup, Sıvanma (BUE) oluşma eğilimleri ve Oksidasyon aşınma eğilimleri düşüktür.

27 Tungsten esaslı karpitler ve kaplanmış sementit karpitler ile karşılaştırıldıklarında sermetler: Daha küçük sabit yüklerde yaklaşık aynı kenar dayanımına, Daha iyi bitirme yüzeyi oluşturmak için daha iyi ve daha uzun sürekliliğe, Yüksek kesme hızlarda daha iyi kapasiteye, Yardımcı kenarda oksidasyon sonucu oluşacak çentik aşınmasına karşı daha iyi bir dirence, Daha düşük (BUE) oluşumu eğilimiyle sünek ve sıvanan malzemelerde daha iyi bir bitirme yüzeyi oluşturma kabiliyetine sahiptirler. Yukarıdaki özellikler çok ince veya yarı ince özellikler için uygun olup, bu tip uygulamalarda sermetler çok uygundur. Daha fazla yarı bitirme ve kaba özellikli uygulamalar için bir kesici takım olarak sermetler: Daha düşük ve daha yüksek ilerlemelerde ikinci derecede bir dayanıma, Ortadan ağıra doğru değişen yüklerde ikinci derecede bir tokluğa, İkinci derecede bir abrasiv aşınma (AW) direncine, Mekanik aşınmaya bağlı asıl kesici kenardaki çentik aşınmasına karşı ikinci derecede bir dirence, Darbeli yüklere karşı ikinci derecede bir dayanıma sahiptir. Profil işleme talepleri, sermetler için uygun değildir. Bununla beraber çok hafif talaşta ve küçük boyutta kopyalama işlemlerinde kullanılabilir. Yüksek kesme hızı ve orta ilerlemede oldukça iyi şartlarda takım ömrü/bitirme yüzeyi kriterleri sergilerler. Frezeleme operasyonlarında da bitirme amaçlı işlemlerde, geniş bir dizi malzeme için genel amaçlı bir role sahiptir. Yüksek kesme hızı ve uygun ilerlemelerde kullanılırken kesme derinliğinin artması abrasiv aşınmaya sebep olabilir. Dökümün dış kabuğunun sermetlerle işlenmesinden de kaçınılmalıdır. Oldukça sert ve paslanmaz çeliklerin frezelenmesinde tokluğu daha yüksek sermet kaliteleri kullanılmalıdır.

28 9.9. Seramikler (CC) Günümüzde seramikler oldukça geniş bir dizi farklı kesici takım malzemesi için ortak bir ad olarak kullanılmaktadır. Geriye dönüldüğünde, seramikler esas olarak alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) anlamındadır. İlk seramik kesiciler çok kırılgan yapıya sahip olduklarından uygun olmayan takım ömrüne, yanlış uygulamalar nedeniyle de daha kötü üretim kalitelerine sebep olmuşlardır. Ancak günümüzde ilk günlerdeki ile karşılaştırılamayacak bir gelişme kaydetmişlerdir. İşleme metodunun ve tezgahların değişmesiyle seramikler mükemmel verimlilik ve kalite sergilemeye başlamıştır. Seramik kesiciler sert, yüksek sıcak sertlik özelliklerine sahip olup iş parçası malzemesiyle kimyasal reaksiyona girmezler. Daha uzun ömre sahip olup daha yüksek hızlarda işleme yapmak mümkündür. Doğru uygulamalarda oldukça yüksek talaş miktarları kaldırılabilir. Metalik bir malzeme olmayan seramikler, çelikle karşılaştırıldığında aralarında, bazı ana özelliklerde farklılıklar söz konusudur. Yoğunluğu çeliğin üçte biridir. Basma dayanımları, çekme dayanımlarına göre çok yüksektir. Çelikte bu durum daha dengelidir. Çelikte olduğu gibi plastik uzama yoktur ve bu sebeple çok gevrektir. Saf seramikler için elastikiyet modülü çeliğin iki katıdır. Çelikler yüksek ısı iletkenliğe sahipken seramiklerin oldukça düşüktür. Şekil 9.29 da bazı seramik uç örnekleri ve Şekil 9.30 da ise alüminyum oksit esaslı seramik malzemenin mikro yapısı görülmektedir. Şekil 9.29. Bazı seramik uç örnekleri. Şekil 9.30. Al 2 O 3 seramiğin mikro yapısı.

29 İki temel tip seramik yapısı vardır: - Alüminyum Oksit Esaslı (Al 2 O 3 ) - Silikon Nitrit Esaslı (Si 3 N 4 ) Alüminyum oksit esaslı seramikler üç guruptur: 1) Saf (Pür) 2) Karışık 3) Takviyeli (Güçlendirilmiş) 9.9.1. Saf (Pür) Alüminyum Oksit Seramikler (A1) Saf alümina uçlar, düşük dayanım, düşük tokluk ve aynı zamanda düşük termal iletkenliğe sahiptirler. Bu özellikler, metallerin işlenmesinde kesinlikle en iyi özellikler değildir ve şartlar uygun olmadığında neden kesme kenarının kırıldığının sebepleridir. Küçük miktarda zirkonyum ilavesi, saf seramiğin özelliklerini önemli ölçüde iyileştirmektedir. Zirkonyum oksitli kalitelerin mekanizmaları, daha iyi tokluk anlamı taşır. Kararlılık, yoğunluk ve düzgün tane boyutu uygun olanlara değişik miktarlarda zirkonyum oksit ilavesi önemlidir. Herhangi bir gözeneklilik (porozite) takım performansını bozar. Saf seramikler, soğuk presleme ile üretildiklerinde beyaz renkte, sıcak presleme ile üretildiklerinde ise gri renkte olurlar. 9.9.2. Karma (Karışık) Seramikler (A2) Alüminyum oksit esaslı karma seramikler, bir metal fazı ilave edilmesinden dolayı daha iyi termal şok dayanımına sahiptirler. Bu tip geliştirilmiş termal iletkenlik sebebiyle çatlamalara karşı daha az duyarlıdır. İyileşme nispidir ve elde edilen tokluk, seramik karpitlerinkilerle karşılaştırılamaz. Metal fazı, bileşimde %20~40 oranındaki katkı titanyum karpit ve titanyum nitrit tir. Sıcak presleme ve diğer ilaveler sebebiyle uçların rengi siyahtır. Daha geniş pek çok malzeme ve işleme uygun daha geniş bir uygulama alanına sahiptirler. 9.9.3. Takviyeli Seramikler (A3) Alüminyum esaslı takviyeli seramikler nispeten yeni geliştirilmiş ürünlerdir. Bu seramikler aynı zamanda (kedi) bıyıklı takviyeli seramiklerdir. Bu ismi kedi bıyığı

30 (whisker) diye adlandıran tek kristalli fiberden almaktadır. Bu fiberler sadece bir mikron çapındadır ve boyu 20 mikrondan uzundur. Çok kuvvetli olup, silikon karpitten elde edilir. Bu takviye etkisi oldukça dramatiktir. Tokluk, dayanım ve termal şok (ısıl darbe) direncini kayda değer ölçüde artırmakta ve aşınma direnci ile sıcak sertliği daha iyi kaliteler elde edilmektedir. Bu yeni takım malzemesi gittikçe gelişmektedir. Malzemede çatlak gelişmesini engelleyen bir gelişme sağlanmış ve kullanıma sunulmuştur. Fiber malzeme (whiskers), muhtevanın yaklaşık %30 u kadardır. Fiber malzemenin dağıtılmasında avantajlı olan sıcak presleme ile üretilirler ve uçlar yeşil renktedir. Sertlik, tokluk ve termal şok direncinin dengelenmesi bu sınıf seramiklerin; ısıl dirençli alaşımlar, sertleştirilmiş çelikler ve dökme demirler ile kesintili talaş kaldırmayı kapsayan ve daha yüksek dayanım talep eden uygulamalarda kullanılmasını sağlamıştır. 9.9.4. Silikon Nitrit Esaslı Seramikler (B) Silikon nitrit esaslı seramikler, tamamen farklı malzemeler olup, termal şoklara daha iyi direnç ve nispeten daha iyi toklukları sebebiyle alüminyum oksit seramiklerden daha iyidirler. Çok yüksek talaş kaldırma hacimleri ile gri dökme demirin işlenmesi için bir numaralı alternatiftir. Gri dökme demir nispeten kolay işlenmesine rağmen yüksek hız ve yüksek miktarda talaş kaldırma sırasında takım malzemesine zarar verir.bu sebeple bu tip işlemede yüksek sıcak sertlik, dayanım, tokluk ve termal şoklara direnç ve kimyasal kararlılık esastır. Silikon nitrit esaslı seramikler, sementit karpitler için uygun olandan daha yüksek sıcaklıklarda sıcak sertliklerini sürdürebilmede mükemmel olup, alüminyum oksit esaslı seramiklerden daha yüksek tokluğa sahiptirler. Bununla beraber, çeliğin işlenmesi sırasında alüminyum oksit esaslı seramiklerin kimyasal karalılığına sahip değildirler. Bu sebeplerden dolayı, 450 m/dk üstündeki kesme hızlarında ıslak ve kuru çalışma şartlarında gri dökme demirin işlenmesinde mükemmeldirler.

31 Silikon nitrit seramik, iki fazlı malzeme olup, daha uygun olan silikon nitrit kristaller, bağlayıcı malzeme fazı içinde uzanır. Özelliklerin tayini kompozisyona bağlıdır. Üretim, ya doğrudan soğuk preslere ve sinterleme veya daha avantajlı olarak doğrudan sıcak presleme ve istenilen biçimde taşlanmasıyla elde edilir. Nispeten yeni bir malzemedir. 1970 lerden beri geliştirilmektedir. Motorlardaki yüksek performanslı parçaların yapım malzemesi olarak da kullanılmaktadır. Şekil 9.31 de seramik malzemelerin bazı özelliklere göre birbirleriyle karşılaştırılması verilmiştir.bu özellikler: (T) tokluk, (Hv) sertlik, (TSR) termal şok direnci, (CS) ise kimyasal karlılıktır (CSFE: demir esaslı malzemelerde,csni:nikel esaslı malzemelerde). *Silikon nitrit esaslı seramikler demir esaslı malzemelere karşı kimyasal olarak kararlı olmakla beraber, gri dökme demir için istisnai bir durum vardır ve özellik iyidir. Şekil 9.31. Çeşitli seramik kesici malzemelerin farklı özellikler açısından karşılaştırılması. Seramik kesici malzemeler için ana uygulama alanları: - Gri dökme demir(lamelli dökme demir), - Isıya karşı dirençli alaşımlar, - Sertleştirilmiş çelikler, - Modüler(temperlenmiş) dökme demir, - Bir dereceye kadar çelik Gri dökme demirin kaba ve ince işlenmesinde, özellikle döküm kalıntıları ve kabuk içermiyorsa, saf alüminyum oksit seramikler iyi performans sergilerler. Silikon nitrit seramikler, kesintili talaş kaldırılırken ve kesme derinliği değiştiğinde iyi dayanım

32 gösterirler. Karma alüminyum oksit seramikler, bitirme talaşında takım ömrü kriter olarak alınırsa, son paso talaşlar (ince işleme) için iyi özellik sergilerler. Çünkü, bitirme yüzeyini doğrudan etkileyen çentik aşınması dirençleri yüksektir. Isıya karşı dirençli alaşımlar için, seramiklerin gelişmesi, performansı kayda değer ölçüde arttırmıştır. Önceleri kaplanmamış sementit karpitlerle işlenen bu alaşımlarda, seramikler daha yüksek kesme hızlarında, pek çok kat daha uzun dayanımla başarılı olmuşlardır. Nitel esaslı alaşımlarda olduğu gibi yüksek sıcaklıklarda yüksek dayanıma sahip, büyük çentik aşınmasına sebep olan bu alaşımların, karma veya takviyeli alüminyum oksit esaslı seramiklerle işlenmesi avantajlıdır. Doğru uygulama metodu hayati önem taşır, çünkü, kesme derinliği bölgesinde çentik aşınma eğilimi tüm kenar boyunca dağılabilir. Sertleştirilmiş çelik ve çil dökme demir (Hızlı soğutulmuş ve beyaz dökme demiri andıran bir yapıya sahip oldukça sert bir döküm malzeme türü) seramikle işlemeyle geliştirilmiş sert parça tornalama olanlarıdır. Karma ve takviyeli alüminyum oksitler hatta; siklon nitrit esaslı kesiciler, sıcak sertlik ve ısıl darbelere (termal şoklar) direnç taleplerini karşıladıkları için, bu uygulamalarda oldukça iyidir. İşlemler, iş parçasına bağlı olarak önemli ölçüde değişkendir. İş parçası, soğuk haddelenmiş biçimde çeşitli yüzey şartlarına sahip olabilir. Çil dökme demir ve kaynak işlemi görmüş veya sertleştirilmiş çelik parçalar olabilir. Sertleştirilmiş parçaların tornalanması, oldukça başarılı bir şekilde taşlama işlemlerinin yerini almaktadır. Modern seramik uçların aşınma direnci ve kimyasal kararlılığı bu alanda yüksek verimlilik getirmiştir. Çil dökme demirde, sert karbürlerden dolayı aşındırıcı tanelerle (Abrasiv aşınma) aşınmaya karşı direnç hayati önem taşır. Genel çelik işleme operasyonlarında tokluk en önemli özellik olduğundan dolayı (özelikle daha düşük kesme hızlarında) kaplanmış sementit karpitlerle işlenir. Seramik kalitelerinin en toku olan silikon nitrit, maalesef demir esaslı malzemelerin (Gri dökme

33 demir istisna) işlenmesinde kimyasal olarak kararlı değildir ve genellikle diğer kaliteler, tokluktaki eksikliğe rağmen daha geniş uygulama imkanı bulurlar. Takviyeli seramiklerde çeliğin işlenmesinde çok çok düşük kimyasal kararlılığa sahiptir. Seramiklerin uygulanmasındaki başarı, işleme tipi, işleme şartları, iş parçası malzemesi, takım tezgahının performansı, genel kararlılık, gerçekleştirilen işleme metodu, kesme kenarının hazırlanması (özellikle dayanımı arttıran pah oluşturma) ve talaşın oluşumu arasındaki uyuma bağlıdır. Şekil 9.32 de farklı malzemeler için seramik türlerinin uygulanabilirliği gösterilmiştir. Bu tablodaki semboller; (CI) dökme demir, (HRA) ısıya karşı direnci yüksek alaşımlar, (HS/CI) sert çelik ve dökme demir, (S) çeliktir. Şekil 9.32. Farklı malzemelerin işlenmesinde kullanılabilecek seramikler. 9.8. Koronitler (Coronit_N) Koronit; çeliğin yüksek tokluğu ile sementit karpitin aşınma direncini birleştiren oldukça yeni bir kesici malzeme kombinasyonudur. Bu özellikler, oronit parmak frezelere, bu alanda kullanılan diğer benzeri takımlarla kıyaslandığında, daha yüksek hızlarda çalışma imkanı sağlar. Takım ömrü, güvenilirlik ve yüzey kalitesinde daha iyi özellikler söz konusudur. Temelde çeliğin işlenmesi için geliştirilen bu takımlar, titanyum ve benzer hafif alaşımlar için de iyi performans sergilerler. Koronitler, yüksek hız çelikleri ile sementit karpit arasında mevcut oldukça büyük boşluğu doldururlar. Yüksek hız çeliklerinden takımlar gibi yapılmakla beraber verimlilik yüksektir.

34 Günümüzde, kanalların, ceplerin, profillerin kaba veya ince işlenmesinde uygun kesici takımlar genellikle parmak frezelerle sınırlıdır. Aynı formda fakat daha yüksek performansa sahip koronit kesiciler, pek çok iş parçası malzemesi için yüksek hız çeliği kesicilere alternatiftir. Bu yeni malzemenin özelliğindeki anahtar, oldukça ileri tekniklerle üretilen ve aşırı derecede küçük titanyum nitrit taneciklerin(tin) tane boyutundadır. Bu tanecikler 0,1 mikron boyutundadır (Bu sementit karpit veya yüksek hız çelikleri ile karşılaştırılırsa tane boyutunun 1~10 mikron arasında değiştiği hatırlanmalıdır). Özel bir teknoloji kullanarak, bu küçük TiN tanecikler ısıl işlem görebilen çelik bir matris içerisine malzeme hacminin %35~%60 arasındaki bir formda dağıtılabilmektedir. Sert tanecik oranının sonucu olarak, seri çeliklerle elde edilebilecek, olandan daha sert fakat, sementit karpitlerin en alt sınırından daha küçük bir sertlik elde edilmektedir. Bu tiplerin ilk uygulamalarında sert parçacıklar %50 oranındadır. Koronitlerin özellikleri, sementit karpitler ile yüksek hız çelikleri arasındaki geniş bir alana yayılmaktadır. Özellikler alaşım malzemesi muhtevasını, özellikle, karbon miktarını ve/veya ısıl işlem yöntemini değiştirmek suretiyle değiştirilebilir. Oldukça küçük tane boyutuna sahip sert parçacıklar, koronite avantajlı özellikler kazandırmaktadır. Neden küçük tane boyutu bu kadar avantajlıdır? Bunun cevabı daha yüksek aşınma direncine sahip daha keskin bir kesme kenarı elde edilebilmesidir. Daha keskin kesici kenar, aşınırken bile keskinliğini muhafaza eder. Bu kendiliğinden ne seri çelik, ne de sert metal uçlu kesicilerde mevcuttur. Aynı zaman da ince tanecik daha da ince bitirme yüzeyi anlamı taşır. Hiç bir sementit karpit, koronit kadar sert parçacık ihtiva etmez. Yüksek hız çeliği bir tanecik 1000 den çok koronıt taneciğine tekabül eder. Üretim yöntemi, ileri birleştirme ve kaplama teknikleri ihtiva eder. Küresel uçlu parmak frezeler haricindeki diğer parmak frezeler sadece tamamen koronit değildir. Bunun yerine üç kısımdan oluşan bir yapı vardır.

35 1) Çelik bir çekirdek 2) Çapın yaklaşık %15 ine karşılık gelen bir koronit katmanı 3) 2 mikron kalınlığında PVD ile kaplanmış TiCN veya TiCN veya TiN dış kaplama. Çelik çekirdek, delme görevi de yapan parmak frezelerde yüksek hız çeliği, delme amaçlı olmayan parmak frezelerde yay çeliğidir. Bu nispeten daha tok bir yapı demektir. TiN veya TiCN kaplama ile, çekirdek ve kaplamanın aynı termal genleşme katsayısına sahip olması sağlanır (yaklaşık olarak). TiCN kaplama, kesici kenarın boşluk tarafında daha iyi bir aşınma direnci sağlar (yüksek yanak aşınma direnci). Malzeme açısından bakıldığında krater aşınmasına karşı da koronit yüksek dirence sahiptir. Koronit talaş yüzeyleri, yeniden kaplamaya ihtiyaç göstermeden, sürekli yenilenen takım yüzeyi oluştururlar. Koronitler pek çok iş parsasının işlenmesi ve oldukça geniş aralıkta değişen bir dizi operasyonun gerçekleştirilmesi için kullanılabilir. Aşınma direnci ve tokluk kombinasyonu, yüksek hız çeliği ile yapılan işlemlerde önemli gelişmeler sağlanmıştır. Mükemmel yüzey kalitesi elde edilebilir ve takımlar yeniden bilenebilir. Bu özellikleri açısından HSS (TiCN kaplı) ve kaplanmış HSS uçlarla karşılaştırılması Şekil 9.33 de görülmektedir. Bir kalıp çeliğinde tipik bir çevrenin bitirme talaşının frezelenmesindeki sonuçlar, bu yeni takım malzemesinin getirdiği iyileşmeyi göstermektedir. Kaplanmış HSS (A) ve kaplanmış karpit (B) ile karşılaştırıldığında koronit (C) parmak frezeden alınan süper sonuçlar Şekil 9.33 deki grafiklerle görülebilir. Sonuçlar aşına direnci ile tokluk kombinasyonunun avantajını göstermektedir. HSS parmak freze koronit ve karpit uçların sadece %20 si kadar bir ömre sahiptir. Koronit kesici belli oranda bir yanak aşınması (V B ) gösterse bile, karpit kesicide buna ilave olarak mikro çıtlamalarda gözlenmiştir. Kesme parametreleri HSS için daha düşük olmasına rağmen aşınma çok daha büyüktür.