Yüzey Pürüzlülüğü Açısından Değerlendirme

Dökülmüş halde bulunan östemperleme işlemi uygulanmamış numune ve farklı östemperleme sıcaklıkları ve sürelerinde üretilen numunelerin üzerinde yapılan işlenebilirlik deneyleri sırasında ölçülen kesme hızı ve ilerleme miktarına bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğü Ra’daki değişim Çizelge 7.3’te verilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, her bir kesici takımla talaş kaldırma işlemi sonucunda elde edilen işlenmiş yüzey üzerinde üç farklı bölgede yapılmış ve aritmetik ortalaması alınarak ortalama yüzey pürüzlülük değerleri belirlenmiştir.

Çizelge 7.3 incelendiğinde ısıl işlem görmemiş VGDD’in yüzey pürüzlülük değeri, östemperleme ısıl işlemi uygulanmış malzemelerin yüzey pürüzlülük değerlerine göre oldukça yüksektir. Bunun nedeni olarak ısıl işlem yapılmamış VGDD’in işlenmesi esnasında standart talaş tiplerinin haricindeki toz talaş ile karşılaşılmasıyla açıklanabilir.

Isıl işlem yapılmamış VGDD‘in morfolojisi, malzemeyi işleme anında talaş kaldırmak için yeteri kadar kırılgan yapmadığını, bundan dolayı toz talaş çıkışını engellemenin zor

olduğunu bilinmektedir (Stefanescu, 1988). Östemperleme ısıl işleminin VGDD malzemelerin yüzey kalitesini ortalama 5,5 kat iyileştirdiği gözlemlenmiştir (Çizelge 7.3).

Çizelge 7.3. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesi sırasında ölçülen yüzey pürüzlülük değerleri

Çizelge 7.3. (Devam) Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesi

Çizelge 7.3. (Devam) Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesi

Çizelge 7.3. (Devam) Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesi

Farklı mikroyapılara sahip VGDD’ler arasında ilerleme miktarı arttıkça ortalama yüzey yüzey pürüzlülüğünün arttığı grafiklerde görülmektedir. İlerleme miktarının artmasıyla ortalama yüzey pürüzlülüğündeki oluşan bu artış literatürdeki çalışmalarla paralellik göstermektedir (Mavi, 2008; Yavuz, 2006).

Ham malzeme için ve farklı östemperleme sıcaklık ve süresine sahip numuneler üzerinde yapılan işlenebilirlik deneyleri sırasında ölçülen yüzey pürüzlülük değeri R_a’ın, ilerleme miktarına bağlı olarak değişimleri Şekil 7.10, Şekil 7.11, Şekil 7.12 ve Şekil 7.13’de gösterilmiştir.

70 m/dak kesme hızında farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için ilerleme miktarına bağlı kesme kuvvetlerindeki değişimler Şekil 7.10’da gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.10. 70 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü, a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Literatürde yapılan çalışmalarla paralel olarak Şekil 7.10’da östemperleme ısıl işlemi uygulanmamış (ham malzeme) VGDD’lerde yüzey pürüzlülük değeri, östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerin yüzey pürüzlülük değerine göre yüksek olduğu görülmektedir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Gök ve diğerleri, 2007; Hayrynen, 1998;

Kırcali, 2006; Ovalı ve Mavi, 2011; Seyfi, 2006; Şeker ve Hasırcı, 2005). Bu durum ısıl işlem görmemiş numunelerin daha düşük mekanik özelliklere sahip olması ve talaş kaldırma esnasında karşılaşılan toz talaş tipi ile açıklanabilir (Stefanescu, 1988).

Artan ilerleme miktarına bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülük değerinin arttığı Şekil 7.10‘daki grafikte görülmektedir. İlerleme miktarının artmasıyla ortalama yüzey pürüzlülüğünin artması beklenen bir durumdur (Güllü ve Özdemir, 2003; Mavi, 2008;

Yavuz, 2006). Ham malzemede ise ilerleme oranı arttıkça yüzey pürüzlülük değeri düşüş eğilimi göstermiştir.

Farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinde ısıl işlem uygulanan VGDD‘ler arasında kesme parametrelerine bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğündeki değişimlerde, 0,025 mm/dev ilerleme miktarından 0,0375 mm/dev ilerleme miktarına artırıldığında karmaşık eğilimler söz konusu iken, ilerlemenin 0,05’e çıkarılmasıyla daha düzenli eğilimler gözlenmiştir. Bu durum düşük kesme hızlarında mikro yapının oluşturabileceği BUE eğilimi ile açıklanabilir (Mavi ve Korkut, 2012). 70 m/dak kesme hızında en yüksek yüzey pürüzlülük değeri 375^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 0,05 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür. En düşük yüzey pürüzlülük değeri 315^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 0,025 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür.

En iyi yüzey pürüzlülük değerleri, düşük sıcaklıkta östemperleme ısıl işlemi uygulanmış VGDD malzemelerde elde edilmiştir. Bunun nedeni olarak, östemperleme işlemi malzemeye belirli bir sertlik kazandırdığından, kesme esnasında kesici takım ve iş parçası arasında meydana gelen plastik deformasyon daha az olmaktadır. Bu sayede talaş, malzeme yüzeyine sıvanmamış ve daha düzgün yüzey yapısı elde edilmektedir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Gök ve diğerleri, 2007; Hayrynen, 1998; Ucun ve diğerleri, 2005).

87 m/dak kesme hızında farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için ilerleme miktarına bağlı kesme kuvvetlerindeki değişimler Şekil 7.11’de gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.11. 87 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü, a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Şekil 7.11 incelendiğinde, döküm haldeki numunelerin yüzey pürüzlülük değerlerine göre östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerin yüzey pürüzlülük değerlerinde daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Yüzey pürüzlülükleri açısından östemperlenmiş numunelerde birbirine yakın değerler elde edilmiştir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Gök ve diğerleri,

2007; Kırcali, 2006; Ovalı ve Mavi, 2011; Seyfi, 2006; Stefanescu, 1988; Şeker ve Hasırcı, 2005).

87 m/dak kesme hızında ham malzemede, ilerleme miktarı arttıkça yüzey pürüzlülük değerinde azalma meydana gelmiştir. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri (Ra= 2,75 μm) 0,025 mm/dev ilerleme miktarında, en düşük yüzey pürüzlülük değeri (Ra= 2,550 μm) ise 0,05 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür.

87 m/dak kesme hızında östemperlenmiş numunelerde, ilerleme miktarının artmasıyla genel olarak ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri de artmıştır. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri 375^oC östemperleme sıcaklığı ve 60 dakika bekleme süresinde 0,05 mm/dev ilerleme miktarında işlenmiş numunede ölçülmüştür. En düşük yüzey pürüzlülük değeri ise 315^oC östemperleme sıcaklığı ve 60 dakika bekleme süresinde 0,0375 mm/dev ilerleme miktarında işlenmiş numunede görülmüştür. Düşük sıcaklıklarda yapılan östemperleme ısıl işlemi, işlenen parça yüzeyinde olumlu bir etkiye sahiptir. Yüksek östemperleme sıcaklıklarında ise, yüzey pürüzlülüğü artmaktadır (Karabulut, 2012; Ucun ve diğerleri, 2005).

98 m/dak kesme hızında farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için ilerleme miktarına bağlı kesme kuvvetlerindeki değişimler Şekil 7.12’de gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.12. 98 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü, a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Şekil 7.12 incelendiğinde görülen en çarpıcı sonuç, östemperleme ısıl işlemi ile birlikte döküm haldeki VGDD malzemelerin yüzey pürüzlülüğünde çok önemli bir iyileşmenin gerçekleşmesidir. Döküm halde östemperleme işlemi uygulanmamış numunenin kötü bir

yüzey pürüzlülüğü sergilediği görülmektedir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Güllü ve Özdemir, 2003; Gök ve diğerleri, 2007; Hayrynen, 1998; Kırcali, 2006; Ovalı ve Mavi, 2011; Seyfi, 2006; Stefanescu, 1988; Şeker ve Hasırcı, 2005).

98 m/dak kesme hızında ham malzemede en yüksek yüzey pürüzlülük değeri (Ra= 2,174 μm) 0,05 mm/dev ilerleme miktarında, en düşük yüzey pürüzlülük değeri (Ra= 2,059 μm) ise 0,025 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür (Şekil 7.12).

Östemperleme ısıl işlemi yapılmış numunelerde, düşük sıcaklıklarda yapılan östemperleme işlemi işlenen parça yüzeyinde olumlu bir etkiye sahiptir. Yüksek östemperleme sıcaklıklarında ise, yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri (R_a=0,537 μm) 375^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 0,025 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür. En düşük yüzey pürüzlülük değeri (R_a= 0,301 μm) ise 315^oC östemperleme sıcaklığı ve 60 dakika bekleme süresinde 0,0375 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür.

112 m/dak kesme hızında farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için ilerleme miktarına bağlı kesme kuvvetlerindeki değişimler Şekil 7.13’de gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.13. 112 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü, a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Yüzey pürüzlülüklerindeki değişimler incelendiğinde, daha önce belirtildiği gibi benzer etkilerin burada da etkili olduğu görülmektedir. En kötü yüzey kaliteleri döküm numunelerde elde edilmiştir. Bu durum yüzey pürüzlülüğünün, mekanik özellikleri etkileyen faktörler tarafından belirlendiğinin açık ifadesidir (Gök ve diğerleri, 2007;

Hayrynen, 1998; Kırcali, 2006; Ovalı ve Mavi, 2011; Seyfi, 2006; Stefanescu, 1988; Şeker ve Hasırcı, 2005).

Döküm haldeki numunenin yüzey pürüzlüğü incelendiğinde, ilerleme miktarı arttıkça yüzey pürüzlülük değerinde artış eğilimi göstermiştir. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri (Ra=1,826 μm) 0,05 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür. En düşük yüzey pürüzlülük değeri (Ra=1,592 μm) ise 0,025 mm/dev ilerleme miktarında ölçülmüştür (Şekil 7.13).

Şekil 7.13’te östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerde yüzey pürüzlülük değerinin döküm haldeki numunelere göre daha düşük çıktığı görülmektedir. Yüzey pürüzlülük değerlerinde önce 0,0375 mm/dev ilerleme miktarına kadar artış daha sonra 0,05 mm/dev ilerleme miktarında düşüş olmasının en önemli nedeni, işleme esnasında ortaya çıkan mekanik etkiler ve buna bağlı olarak oluşan ısıdır. Talaş kaldırma sırasında deformasyon meydana gelmektedir. Sıcaklıktaki artış ile birlikte deformasyon miktarı artmakta ve deformasyon kolaylaşmaktadır ve yüzey kalitesi iyileşmektedir.

7.3.2. Kesme hızının yüzey pürüzlülüğüne etkisi

Döküm halde numune ve farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinde üretilen numunelerin işlenebilirlik deneyleri sırasında ölçülen ortalama yüzey pürüzlülük değeri Ra’nın kesme hızı ve ilerleme miktarına bağlı olarak değişimleri Şekil 7.14, Şekil 7.15 ve Şekil 7.16’da verilmiştir.

0,025 mm/dev ilerleme miktarında farklı mikroyapılara sahip VGDD‘ler arasında kesme parametrelerine bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğündeki değişim Şekil 7.14‘deki grafikte gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.14. 0,025 mm/dev ilerleme her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Şekil 7.14. incelendiğinde genel olarak kesme hızının artışı ile numunelerin yüzey pürüzlülüğünde iyileşme görülmektedir. Bu durum yüksek hızlarda artan sıcaklığa bağlı olarak, iş parçası malzemesinin, kesici kenar ve uç radyüsü çevresinde rahat bir şekilde deforme edilmesi ve bu yüksek sıcaklıklarda oluşan akma bölgesine bağlı olarak açıklanabilir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Gök ve diğerleri, 2007; Hayrynen, 1998;

Günay, 2003; Kurt, 2006; Mavi, 2008; Seyfi, 2006).

0,025 mm/dev ilerleme miktarında en yüksek yüzey pürüzlülük değeri daha önce yapılan çalışmalara parelel olarak ısıl işlem görmemiş döküm haldeki VGDD’lerde görülmektedir.

Bu durum ısıl işlem görmemiş numunelerin daha düşük mekanik özelliklerinin sahip olması ve karşılaşılan toz talaş morfolojisi ile açıklanabilir (Kırcali, 2006; Mavi, 2008;

Stefanescu, 1988). Döküm haldeki numunede en iyi yüzey pürüzlülüğü 112 m/dak kesme hızında Ra = 1,591 μm olarak elde edilmiştir. Kesme hızı %60 artırıldığında genel olarak yüzey pürüzlülüğünün %40 iyileştiği gözlenmektedir.

Östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerde genel olarak kesme hızının artışı ile yüzey pürüzlülüğü iyileşmektedir. Yine de birkaç sonuçta farklılık bulunmaktadır. Bu sonuçlar genellikle numunelerin yapılarında bulunan kusurlar nedeniyle meydana geldiği düşünülmektedir. En düşük yüzey pürüzlülük değeri 315^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 70 m/dak kesme hızında ölçülmüştür. 0,025 mm/dev ilerlemede en yüksek yüzey pürüzlülük değeri ise 375^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 98 m/dak kesme hızında ölçülmüştür (Şekil 7.14). Genel olarak düşük sıcaklıklarda (315^oC) yapılan östemperleme işlemi işlenen parça yüzeyinde olumlu bir etkiye sahiptir. Yüksek östemperleme sıcaklıklarında (375^oC) ise, yüzey pürüzlülüğü artmaktadır (Hayrynen, 1998; Gök ve diğerleri, 2007; Kırcali, 2006; Ovalı ve Mavi, 2011;

Seyfi, 2006; Stefanescu, 1988; Şeker ve Hasırcı, 2005).

0,0375 mm/dev ilerleme miktarında farklı mikroyapılara sahip VGDD‘ler arasında kesme parametrelerine bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğündeki değişim Şekil 7.15‘deki grafikte gösterilmiştir.

.

(a)

(b)

Şekil 7.15. 0,0375 mm/dev ilerleme her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

Östemperleme ısıl işlemi uygulanmamış (ham malzeme) VGDD’lerde yüzey pürüzlülük değeri, östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerin yüzey pürüzlülük değerine göre yüksek olduğu Şekil 7.15’te görülmektedir (Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Hayrynen, 1998; Kırcali, 2006; Mavi, 2008).

Şekil 7.15‘deki grafikler incelendiğinde, genel olarak kesme hız arttıkça yüzey pürüzlülüğünde iyileşmektedir. Literatüre göre yüksek kesme hızlarının yüzey kalitesinin iyileştirilmesinde faydalı olduğu bilinmektedir (Günay, 2003; Kırcali, 2006; Mavi, 2008;

Seyfi, 2006; Stefanescu, 1988; Şeker ve Hasırcı, 2005).

315^oC östemperleme sıcaklığındaki numunelerde en düşük yüzey pürüzlülük değeri (Ra=0,301 μm) 60 dakika bekleme süresindeki numunede 112 m/dak kesme hızında ve en yüksek yüzey pürüzlülük değeri (Ra=0,482 μm) ise 120 dakika bekleme sürelerinde 98 m/dak kesme hızında gözlenmiştir. 375^oC östemperleme sıcaklığındaki numunelerde ise en düşük yüzey pürüzlülük değeri (Ra=0,33 μm) 60 dakika bekleme süresindeki numunede 98 m/dak kesme hızında ve en yüksek yüzey pürüzlülük değeri (Ra=0,560 μm) ise 120 dakika bekleme sürelerinde 70 m/dak kesme hızında gözlenmiştir.

0,05 mm/dev ilerleme miktarında farklı mikroyapılara sahip VGDD‘ler arasında kesme parametrelerine bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğündeki değişim Şekil 7.16‘daki grafikte gösterilmiştir.

(a)

(b)

Şekil 7.16. 0,05 mm/dev ilerleme her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme) ilerlemeye bağlı ortalama yüzey pürüzlülüğü a) Tüm Numuneler, b) Sadece östemperlenmiş numuneler

0,05 mm/dev ilerleme miktarında döküm haldeki numunenin, östemperleme ısıl işlemi yapılmış numunelerin yüzey pürüzlülüklerine göre kötü bir yüzey pürüzlülük değeri elde edilmiştir. Bunun nedeni daha önce yapılmış çalışmalarda olduğu gibi östemperleme ısıl işleminin VGDD malzemelerin yüzey pürüzlülüğü çok önemli ölçüde iyileştirdiğidir.

(Ahmadabadi ve diğerleri, 1997; Günay, 2003; Hayrynen, 1998; Kurt, 2006; Mavi, 2008;

Seyfi, 2006).

0,05 mm/dev ilerleme miktarında östemperleme ısıl işlemi uygulanmamış (ham malzeme) VGDD’lerde yüzey pürüzlülük değeri, östemperleme ısıl işlemi uygulanmış numunelerin

yüzey pürüzlülük değerine göre yüksek olduğu daha önce yapılan çalışmalarla paralellik göstermektedir. Bu durum ısıl işlem görmemiş numunelerin daha düşük mekanik özelliklere sahip olması ile açıklanabilir. Kesme hızının artışı ile genel olarak yüzey pürüzlülüğünde iyileşme görülmektedir.

0,05 mm/dev ilerleme miktarında östemperlenmiş numuneler için değerlendirilecek olursak, en düşük yüzey pürüzlülük değeri 315^oC östemperleme sıcaklığı ve 60 dakika bekleme süresinde 98 m/dak kesme hızında ölçülmüştür. En yüksek yüzey pürüzlülük değeri 375^oC östemperleme sıcaklığı ve 120 dakika bekleme süresinde 70 m/dak kesme hızında ölçülmüştür.

Kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğünün, çeşitli kriterlere bağlı olarak değiştiği bilinen bir gerçektir. Bunlardan bazıları; kesme hızı, ilerleme miktarı, talaş derinliği, malzemenin yapısı ve mekanik özellikler olarak sayılabilir. Bu çalışmada östemperleme ısıl işlemi ile VGDD malzemesinin yapı ve özellikleri değiştirilmiştir (Çizelge 7.2). Bu değişimler bazı numunelerin işlenebilirliğine olumlu yansımaktadır. Ancak östemperleme ısıl işlemi ile malzemelerin sertlik ve dayanımları artarken bu çalışmanın genelinde olduğu gibi, döküm durumuna göre ÖVGDD’lerin kesme kuvvetleri artmıştır. Bu sonuç, talaş kaldırma işleminin zorlaştığı anlamına gelmektedir.

Düşük östemperleme sıcaklıklarında (< 350^oC) ince ösferritik yapı oluşmakta ve martenzit miktarı artmaktadır buda malzemenin sertliğinin artmasına sebep olmakta ve işlenebilirliği olumsuz yönde etkilemektedir. Yüksek östemperleme sıcaklıklarında (> 350 ^oC) kaba ösferritik yapı oluşmakta malzemenin ve malzemen sertliği nispeten düşmektedir. Buda işlenebilirlik üzerine olumlu bir etki sağlamaktadır. Bununla birlikte yüksek östemperleme süresinde karbür oluşumu gerçekleştiğinden dayanım ve süneklik azalmakta, düşük östemperleme sürelerinde ise kararsız ya da yarı kararlı östenit oluşmakta ve oda sıcaklığına soğutma sırasında bu yapı martenzite dönüşmektedir, buda yine malzemenin işlenebilirliğine olumsuz yönde etki etmektedir (Yazman, 2006).