Kesici Takım Aşınma Mekanizmaları

Titanyum alaşımlarının işlenmesinde, kesici takım birçok termal ve mekanik etkiler altında kalmaktadır. Kesme noktasında meydana gelen yüksek kesme gerilmeleri ve sıcaklıklar, takım ömrü ve aşınma oranını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu malzemelerin işlenmesinde kesici takımda serbest yüzey aşınması, krater aşınması ve kırılma, en önemli aşınma tipleridir. Serbest yüzey aşınması, kesici takımın serbest yüzeyinin işlenen yüzeye sürtünmesi ile meydana gelmektedir. Krater aşınması, özellikle titanyumun tipik bir özelliği olan kimyasal reaktiflik nedeniyle malzemenin yüksek gerilmeler altında takıma yapışması ve daha sonra kesici takımdan ayrılarak meydana getirdiği aşınma tipidir. Kırılma ise genellikle kırılma tokluğu

30 60 90 120 150 425 825 1025 1225 625 Klasik Takım Dönel Takım Kesme S ıcakl ığ ı ( ˚C) Kesme Hızı (m/dak)

düşük olan takımlarda ve serbest yüzey aşınması ve krater aşınması ile desteksiz kalan takımlarda oluşan bir olaydır. Bu temel aşınma tipleri temsili olarak Şekil 3.4’ de gösterilmektedir.

Şekil 3.4 Titanyum alaşımlarının işlenmesinde meydana gelen tipik aşınma çeşitleri : (a) Serbest

yüzey aşınması, (b) Krater aşınması, (c) Kırılma[126].

Nabhani yapmış olduğu bir çalışmada [123], kaplamalı karbür, CBN ve PCD olmak üzere üç farklı kesici takım kullanarak Ti6Al4V alaşımını tornalamış ve işleme parametreleri ile takım aşınması arasındaki ilişkiyi incelemiştir. Çalışmada, takımlardaki ortalama serbest yüzey aşınması Şekil 3.5’ de görülmektedir. Aynı çalışmada elde edilen takım ömrü değerleri ise Şekil 3.6’ de verilmiştir. Şekiller incelendiğinde, en az aşınmanın ve en yüksek takım ömrünün PCD kesici takımda gerçekleştiği görülmektedir.

Nabhani diğer bir çalışmasında [35], kesici takımlarda meydana gelen krater aşınması mekanizmasının daha iyi anlaşılabilmesi için statik yapışma deneyi yapmıştır. Çalışmada, titanyum malzemeden bir koni, 115 N’ luk bir normal kuvvet ile aynı zamanda ısıtılarak 10 dak süresince takım üzerine bastırılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 3.7’ da görülmektedir. Tüm kopmaların kesici takım malzemesi üzerinde gerçekleştiği ve en az aşınmanın PCD takımda meydana geldiği tespit edilmiştir. Çalışmada dikkati çeken bir husus, Şekil 3.7(b)’ de düşey profilde görüldüğü gibi kaplamalı karbürde kaplamanın tamamının kopmuş olmasıdır. Özellikle CVD yöntemle yapılan kaplamalarda, yapışma mekanizması daha etkili olmaktadır. Ayrıca, kopma mukavemetlerinin ve tokluklarının düşük olması nedeniyle, kaplamalı takımlar çoğu zaman tercih edilmezler.

Şekil 3.5 Vc: 75 m/dak, f: 0.25 mm/dev, a: 1mm değerleri ile yapılan deneyde kesici takımlardaki serbest yüzey aşınması [123].

Şekil 3.6 Vc: 75 m/dak, f: 0.25 mm/dev, a: 1mm değerleri ile yapılan deneyde kesici takım ömürleri [123].

Krater aşınması üzerine yapılan başka bir çalışmada [123], ani durdurma deneyi kullanılmıştır. Bu deneyde kesme işlemi aniden durdurulmakta ve ardından talaş ile kesici takım incelenmektedir. Kaplamalı karbür, CBN ve PCD takımlarla yapılan ani durma deneyi sonucu elde edilen talaş ve talaşın altına yapışan takım parçalarına ait resimler Şekil 3.8’ de gösterilmektedir. Şekilden de görüldüğü gibi kaplamalı karbürden diğer takımlara nazaran daha büyük bir parça kopmakta, CBN takımda parça büyüklüğü bir miktar daha küçülmekte ve PCD takımlarda en küçük boyuta ulaşmaktadır. Aynı deneyde ayrıca kesici takım incelenmiştir. Kesici takımlara ait resimler Şekil 3.8’ de görülmektedir. Şekilden de görüldüğü gibi, kaplamalı

0 0,5 1 1,5 2 3,5 2,5 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ortalama serb est yü zey a şı nm as ı (mm )

Kesme süresi (dakika)

PCD CBN KC 850 PCD CBN KC850 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Tak ım ö m rü (dak )

karbür takımın üzerinde iş parçasından ayrılarak takıma yapışmış eriyikler, kalıntılar ve bu eriyiklerin koparılıp alınması ile akış yönüne paralel kanalların oluştuğu görülmektedir. Bu kanallar, daha büyük büyütmelerde incelendiğinde, kanalların pürüzsüz bir aşınma yüzeyine sahip oldukları görülmektedir. CBN ve özellikle PCD takımlarda ise aşınma önemli ölçüde azalmaktadır.

Hız çeliği kesici takımlar, 600 C˚’ de bile sertliklerini kaybetmeye başlarlar. Bu tip takımlar, sertlik kaybından dolayı plastik deformasyon gösterirler ve özellikle yüksek kesme hızlarında gerilme ve sıcaklık nedeniyle yüksek oranda aşınırlar. Titanyumun işlenmesi açısından takım malzemelerinin performansı Tablo 3.6’ da özetlenmektedir.

Şekil 3.7 Statik yapışma deneyi sonucunda elde edilen yüzeyler: (a) Kaplamalı karbür, (b) Kaplamalı karbürün düşey aşınma profili, (c) CBN, (d) PCD [35].

a)

b)

Şekil 3.8 Ani durdurma deneyleri sonucu elde edilen talaş ve talaşın altına yapışan takım parçaları: (a) Kaplamalı karbür, (b) CBN, (c) PCD (X 100) [123].

Tablo 3.6. Titanyumun işlenmesinde çeşitli kesici takımların performansı [127,129,130].

Kesici takım cinsi Takımın performansı

Seramik takımlar

¾ Isıl iletkenlikleri düşüktür. Malzemeden uzaklaşamayan ısı, takımdan da uzaklaşamaz ve ısıl tabanlı aşınma mekanizmaları önemli derecede etkili olur,

¾ Titanyum işlenirken, krater ve serbest yüzey aşınması ile oluşan kırılmanın, yüksek gerilmelerin ve değişken yüklerin gerektirdiği tokluk özelliği, seramiklerin en büyük eksikliğidir,

¾ Titanyumla tepkime eğilimleri oldukça yüksektir,

¾ Bu sebeplerden dolayı tavsiye edilmezler. Hız çeliği takımlar

¾ Oluşan yüksek ısı ve gerilmeler sonucu, kısa sürede plastik deformasyona uğramakta ve ardından kırılmaktadırlar.

¾ Aralıklı kesme işlemleri dışında tavsiye edilmezler.

Kaplamalı karbür takımlar

¾ Özellikle CVD olmak üzere, yukarıdaki deney sonuçları da düşünüldüğünde tavsiye edilmezler. Kaplama kısa sürede kopmaktadır.

Kaplamasız karbür takımlar

¾ Kaplamalı olanlara nazaran daha iyi sonuç vermektedirler. Bunun sebebi, kaplamalı karbürlerde takım ana malzemesinin kaplama ile birlikte kopmasıdır.

¾ Karbür takımlar arasında, özellikle K sınıfı tungsten karbür takımlar, % 6 kobalt eklenmesi ile genel amaçlı talaş kaldırma işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. ¾ Sementit karbürler iyi sonuç vermemektedir.

CBN ve PCD takımlar

¾ Aşınmalara karşı çok iyi direnç göstermektedirler. Fakat pahalı olmaları kullanımlarını kısıtlamaktadır. Ancak, ince işlemlerde yüksek yüzey kalitesi ve uç değiştirme sıklığının azalmasının istendiği durumlarda tercih edilmektedirler.

3.5.3. Kesme Parametrelerinin İşlenebilirliğe Etkisi