ÖSTEMPERLENMİŞ VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİ
Yücel KAHRAMAN
YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HAZİRAN 2014
GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİ” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Makina Eğitimi Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Danışman: Prof. Dr. İhsan KORKUT
İmalat Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ………
Başkan: Prof. Dr. Mahmut GÜLESİN
İmalat Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ………
Üye: Doç. Dr. Adnan AKKURT
Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi
Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ………
Tez Savunma Tarihi: 26/06/2014
Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.
………
Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
ETİK BEYAN
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Yücel KAHRAMAN 26/06/2014
ÖSTEMPERLENMİŞ VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN İŞLENEBİLİRLİĞİ
(Yüksek Lisans Tezi) Yücel KAHRAMAN
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Haziran 2014 ÖZET
Bu çalışmada, östemperleme ısıl işlemi ile mekanik özellikleri değiştirilmiş vermiküler grafitli dökme demirin işlenebilirliği incelenmiştir. Tüm numuneler 900oC’de 90 dakika östenitlenmiş ve ardından farklı sıcaklıklarda (315oC ve 375oC) ve sürelerde (60, 120 ve 180 dakika) östemperlenmiştir. İşlenebilirlik deneyleri ISO 8688-1’e göre seçilmiş kesme parametreleri ile CNC freze tezgahında kuru şartlarda gerçekleştirilmiştir. Farklı özelliklerdeki östemperlenmiş vermiküler grafitli dökme demirlerin işlenmesi sonucunda oluşan kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü ölçülerek karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda, düşük östemperleme sıcaklıklarında (315oC) daha ince bir ösferrit yapı elde edilirken yüksek sıcaklıklarda (375oC) daha kaba bir ösferrit yapı elde edilmektedir.
Östemperleme ısıl işlemi ile ösferrit morfolojisinin kontrol edilebildiği (ince veya kaba yapı), bunun sayesinde de kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğünün optimize edilebildiği belirlenmiştir. Isıl işlem yapılmamış döküm haldeki numunenin sertliğine göre, farklı östemperleme sıcaklığı ve sürelerinde ısıl işlem yapılan numunelerin sertliklerinde 1,7- 2,07 kat artış meydana gelmiştir. En yüksek sertlik değeri ise 315oC’de 60 dakika östemperleme işlem parametrelerinde elde edilmiştir.
Bilim Kodu : 708.3.028
Anahtar Kelimeler : Östemperleme, işlenebilirlik, vermiküler grafitli dökme demir, frezeleme, kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü
Sayfa Adedi : 141
Danışman : Prof. Dr. İhsan KORKUT
MACHINABILITY OF AUSTEMPERED VERMICULAR GRAPHITE CAST IRON (M. Sc. Thesis)
Yücel KAHRAMAN GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES June 2014
ABSTRACT
In this study, the mechanical properties of vermicular graphite cast iron were changed by austempering and it is machinability were investigated. The samples were austenitized at 900oC for 90 minutes and then austempered at different temperatures (315oC and 375oC) for (60 min, 120 min and 180 min). The machinability tests were carried out under dry conditions on a CNC vertical machining center with the cutting parameters selected in accordance with ISO 8688-1. Austempered vermicular graphite cast irons with different characteristics the formed cutting forces and surface roughness were measured and compared. As a result of experiments, austempering at low temperature (315oC) while obtaining a finer ösferrit structure at high temperature (375oC) osferrit more coarse structure was obtained. At the end of the tests, it turned out that the ausferrite morphology (fine or coarse structure) can be controlled with the austempering heat treatment as well as cutting forces and surface roughness were optimized, respectively. The hardness of the austempered samples incrase 1.7-2.07 times compared to the hardness values of the untreated cast iron samples. The highest hardness value was obtained for the austempering parameters of 315oC and 60 minutes.
Science Code : 708.3.028
Key Words : Austempering, machinability, compacted (vermicular) graphite cast iron(CGI), milling, cutting forces, surface roughness
Page Number : 141
Supervisor : Prof. Dr. İhsan KORKUT
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren danışmanım Sayın Prof. Dr. İhsan KORKUT’a, kıymetli bilgilerinden yararlandığım Sayın Yrd. Doç. Dr.
Yakup TURGUT’a, Sayın Araş. Gör. Dr. Gültekin UZUN’a ve Sayın Öğr. Gör. Dr. Ahmet MAVİ’ye, deneysel çalışmalar sırasında yardımlarını esirgemeyen değerli arkadaşım Emre AY’a teşekkür ederim.
Deneysel çalışmalarda kullandığım CNC tezgâh ve diğer ekipmanları ile çalışmaya katkıda bulunan Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümüne teşekkür ederim.
Ayrıca bugünlere gelmemde maddi-manevi en büyük emeği olan aileme teşekkürü borç bilirim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... xi
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... xii
RESİMLERİN LİSTESİ ... xvi
SİMGELER VE KISALTMALAR ... xvii
1. GİRİŞ ... 1
2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI ... 3
2.1. Yapılan Çalışmalar ... 3
2.2. Literatür Araştırmalarının Değerlendirilmesi ... 11
3. TALAŞLI KALDIRMA PRENSİPLERİ VE İŞLENEBİLİRLİK ... 13
3.1. Talaşlı İmalat İşlemi ... 13
3.2. Frezeleme İşleminde Talaş Kaldırma ... 14
3.3. Talaş Oluşum Mekaniği ... 16
3.4. Kesme Modelleri ... 17
3.5. Yüzey Pürüzlülüğü ... 19
3.5.1. İdeal yüzey pürüzlülüğü ... 21
3.5.2. Doğal yüzey pürüzlülüğü ... 21
3.5.3. Yüzey pürüzlülüğüne etki eden faktörler ... 21
3.5.4. Yüzey pürüzlülüğünün oluşması ... 22
3.5.5. Yüzey pürüzlülüğü ölçme teknikleri ... 23
Sayfa
3.6. Frezeleme İşleminde Oluşan Kesme Kuvvetleri ... 24
3.7. İşlenebilirlik ... 28
3.7.1. İşlenebilirliği etkileyen faktörler ... 29
3.7.2. Dökme demirlerin işlenebilirliği ... 39
4. VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLER ... 41
4.1. Dökme Demirlerin Genel Özellikleri ... 41
4.1.1. Gri dökme demir ... 42
4.1.2. Beyaz dökme demir ... 42
4.1.3. Küresel (nodüler ve sfero) dökme demir ... 43
4.1.4. Temper dökme demir ... 43
4.1.5. Vermiküler grafitli dökme demir ... 43
4.2. Vermiküler Grafitli Dökme Demirlerin Üretimi ... 46
4.3. Alaşım Elementlerinin Vermiküler Grafitli Dökme Demirlere Etkisi ... 47
4.4. Vermiküler Grafitli Dökme Demirlerin Üretiminde Yapıya Etki Eden Faktörler ... 50
4.4.1. Bekleme süresi ve döküm sıcaklığının etkisi ... 50
4.4.2. Soğutma hızının etkisi ... 51
4.4.3. Kimyasal bileşiminin etkisi ... 51
4.5. Vermiküler Grafitli Dökme Demirlerin Mikro yapısı ... 52
4.6. Vermiküler grafitli dökme demirlerin mekanik ve fiziksel özellikleri ... 53
4.6.1. Çekme dayanımı ... 54
4.6.2. Sertlik ... 55
4.6.3. Darbe dayanımı ... 57
4.6.4. Aşınma Direnci ... 58
4.6.5. Isıl İletkenlik ... 59
Sayfa
4.6.6. Elastisite modülü ve sönümleme kapasitesi ... 60
5. VERMİKÜLER GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERE UYGULANAN ÖSTEMPERLEME ISIL İŞLEMİ ... 63
5.1. Östemperleme Isıl İşlem Süreci ... 63
5.1.1. Östenitleme İşlemi ... 65
5.1.2. Östemperleme İşlemi (İzotermal Dönüşüm) ... 65
5.2. Östemperleme Isıl İşlemini Etkileyen Parametreler ... 70
5.2.1. Östenitleme Sıcaklık ve Süresinin Etkileri ... 70
5.2.2. Östemperleme Sıcaklık ve Süresinin Etkileri ... 71
6. MATERYAL VE DENEYSEL METOT ... 75
6.1. İş Parçası Malzemesi ... 75
6.2. Deney Numunelerinin Hazırlanması ... 75
6.3. Metalografik İnceleme ... 76
6.4. Isıl İşlemler ... 77
6.4.1. Östenitleme ... 77
6.4.2. Östemperleme ... 78
6.5. Malzemenin Sertlik Ölçümü ... 78
6.6. İşlenebilirlik Deneyleri ... 79
6.7. Kullanılan Kesici Takım ve Takım Tutucu ... 83
6.8. Tezgah ... 84
6.9. Kesme Kuvvetlerinin Ölçümü ... 85
6.10. Yüzey Pürüzlülüğünün Ölçümü ... 87
7. DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA ... 89
7.1. Östemperleme Sıcaklık ve Süresi Açısından Değerlendirme ... 89
7.1.1. Mikro yapıya etkisi ... 89
Sayfa
7.1.2. Sertliğe etkisi ... 91
7.2. Kesme Kuvvetleri Açısından Değerlendirme ... 93
7.2.1. İlerleme miktarının kesme kuvvetlerine etkisi ... 98
7.2.2. Kesme hızının kesme kuvvetlerine etkisi ... 105
7.3. Yüzey Pürüzlülüğü Açısından Değerlendirme ... 110
7.3.1. İlerleme miktarının kesme kuvvetlerine etkisi ... 114
7.3.2. Kesme hızının kesme kuvvetlerine etkisi ... 122
8. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 129
KAYNAKLAR ... 131
ÖZGEÇMİŞ ... 141
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 3.1. İşlenebilirliği etkileyen temel malzeme özellikleri ... 35 Çizelge 4.1. Vermiküler grafitli dökme demir standartları ... 45 Çizelge 4.2. Vermiküler grafitli dökme demir, Gri dökme demir ve küresel grafitli
dökme demirlerin genel mekanik özellikleri ... 54 Çizelge 4.3. Vermiküler grafitli dökme demirlerin tipik mekanik özellikleri ... 55 Çizelge 4.4. Değişik dökme demirlerin Charpy darbe dayanımlarının sıcaklığa bağlı
değişimi ... 57 Çizelge 4.5. Dökme demirlerin sönümleme kapasitelerinin karşılaştırılması ... 61 Çizelge 6.1. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin kimyasal
bileşimleri (% ağırlık) ... 75 Çizelge 6.2. Her bir deney için kesme parametreleri ... 80 Çizelge 6.3. Kesicinin geometrik özellikleri ... 84 Çizelge 6.4. Kistler 9257B tipi dinamometrenin ve Kistler 5070A tipi amplifier
teknik özellikleri ... 87 Çizelge 7.1. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demire ait sertlikler .... 91 Çizelge 7.2. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demire ait kesme
kuvvetleri ... 93 Çizelge 7.3. Deneylerde kullanılan vermiküler grafitli dökme demirin işlenmesi
sırasında ölçülen yüzey pürüzlülük değerleri ... 111
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 3.1. Çevresel frezeleme işleminde talaş kaldırma işlemi ... 14
Şekil 3.2. Simetrik aynı ve zıt yönlü frezeleme ... 15
Şekil 3.3. Asimetrik aynı ve zıt yönlü frezeleme ... 16
Şekil 3.4. Dik (orthogonal) kesme modeli ... 17
Şekil 3.5. Eğik kesme işleminin şematik olarak gösterilmesi ... 18
Şekil 3.6. Gerçek talaş oluşumu ... 19
Şekil 3.7. Yüzey kalitesini tayin eden faktörler ... 20
Şekil 3.8. Yüzey pürüzlülük geometrisi ... 20
Şekil 3.9. Yüzey pürüzlülüğünü etkileyen faktörler ... 22
Şekil 3.10. İlerleme ve takım uç yarıçapının yüzey pürüzlülüğüne etkisi ... 23
Şekil 3.11. Alın frezelemede oluşan kuvvetler ... 26
Şekil 3.12. Malzemelerin temel mekanik özelliklerinin karbon muhtevası ile değişimi (A) çekme dayanımı,(B) sertlik, (C) darbe dayanımı, (D) yüzde uzamayı ... 30
Şekil 3.13. Kesme hızı üzerine perlit yapının ve karbon miktarının etkisi ... 30
Şekil 3.14. Karbon miktarının işlenebilirliğe etkisi ... 31
Şekil 3.15. Çekme Dayanımı (TS)’ye karşılık, Sertlik (HB) ve Süneklikteki (D) değişimi ... 32
Şekil 3.16. Isıl iletkenlik ile işlenebilirlik değeri arasındaki ilişki ... 32
Şekil 4.1. Dökme demirlerin yapıları (şematik); a) Gri dökme demir b) Beyaz dökme demir c) Temper dökme demir d) Küresel dökme demir e) Vermiküler grafitli dökme demir ... 42
Şekil 4.2. Ferritik ve perlitik vermiküler grafitli dökme demirlere ait tipik bir gerilim– uzama eğrisi ... 55
Şekil 4.3.Vermiküler grafitli dökme demirin sertlik-Perlit ilişkisi ... 56
Şekil 4.4. Dökme demirlerde aşınma direnci ve % ağırlık kayıpları ... 59
Şekil Sayfa Şekil 4.5. Vermiküler grafitli dökme demirlerin ısıl iletkenliklerinin sıcaklıkla
değişimi ... 60
Şekil 5.1. Östemperleme ısıl işleminin şematik gösterimi ... 64
Şekil 5.2. Dönüşmemiş östenit alanındaki ( 1) tane sınırında (TS) beynitik (iğnesel) ferrit (α) tabakalarının oluşması ve tabakaların aralarında yüksek karbonlu östenitin (yk) oluşumu... 66
Şekil 5.3. Östemperleme süresine bağlı olarak fazların miktarlarındaki değişim ... 67
Şekil 5.4. Östemperleme süresine bağlı olarak yüksek karbonlu östenit (kararlı östenit) ve ferritin miktarlarının değişiminin şematik gösterimi ... 68
Şekil 5.5. Östemperleme sıcaklığının mekanik özelliklere etkisi ... 73
Şekil 6.1. Deneylerde kullanılan VGDD malzemenin boyutları ... 76
Şekil 6.2. Uygulanan ısıl işlemlerin şematik özeti ... 77
Şekil 6.3. Isıl işlem deney setinin ve sıcaklık kontrol sisteminin şematik gösterimi a) Tavlama ünitesi b) Östemperleme ünitesi ... 78
Şekil 6.4. Kesicinin şematik gösterimi ... 83
Şekil 6.5. Takım tutucu ölçüleri ... 84
Şekil 6.6. Kesme kuvvetleri ölçüm deney düzeneği ... 85
Şekil 6.7. Simetrik yüzey frezelemede kesme geometrisi ... 86
Şekil 7.1. Östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme ve 315oC, 375oC östemperleme sıcaklığında, farklı östemperleme sürelerinde sertliğin değişimi ... 92
Şekil 7.2. Kesme kuvveti vektörlerinin x-z düzlemindeki dağılımı ... 97
Şekil 7.3. 70 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için) ilerlemeye bağlı kesme kuvvetleri ... 99
Şekil 7.4. 87 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi uygulanmamış ham malzeme için) ilerlemeye bağlı kesme kuvvetleri ... 101
Şekil Sayfa Şekil 7.5. 98 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme
sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi
uygulanmamış ham malzeme için) ilerlemeye bağlı kesme kuvvetleri ... 103 Şekil 7.6. 112 m/dak kesme hızında her bir malzeme için (Farklı östemperleme
sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi
uygulanmamış ham malzeme için) ilerlemeye bağlı kesme kuvvetleri ... 104 Şekil 7.7. 0,025mm/dev ilerlemede her bir malzeme için (Farklı östemperleme
sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi
uygulanmamış ham malzeme için) kesme hızına bağlı kesme kuvvetleri ... 106 Şekil 7.8. 0,0375mm/dev ilerlemede her bir malzeme için (Farklı östemperleme
sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi
uygulanmamış ham malzeme için) kesme hızına bağlı kesme kuvvetleri ... 107 Şekil 7.9. 0,05mm/dev ilerlemede her bir malzeme için (Farklı östemperleme
sıcaklık ve süreleri uygulanan malzeme ve östemperleme işlemi
uygulanmamış ham malzeme için) kesme hızına bağlı kesme kuvvetleri ... 109 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 ... 115 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 ... 117 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 ... 119 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 ... 121 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 .... 123
Şekil Sayfa 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 .... 125 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 ... 127
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim Sayfa
Resim 6.1. Metkon gripo 2 polisaj cihazı ... 76 Resim 6.2. Deneylerde kullanılan CNC dik işleme merkezi ... 85 Resim 6.3. MAHR- Perthometer M1 taşınabilir yüzey pürüzlülük cihazı ... 88 Resim 7.1. Döküm haldeki vermiküler grafitli dökme demirin mikro yapı resmi
(östemperleme uygulanmamış), 100X ... 89 Resim 7.2. Döküm haldeki vermiküler grafitli dökme demirin nital ile dağlandıktan
sonraki mikro yapı resmi (östemperleme uygulanmamış), 100X ... 89 Resim 7.3. %2 nital ile dağlandıktan sonra 900oC’de 90 dak. östenitlenen ve ardından 315 oC’de a) 60 dak, b) 120 dak, c) 180 dak östemperlenen numunelerin mikro yapı resmi, 100X ... 90 Resim 7.4. %2 nital ile dağlandıktan sonra 900oC’de 90 dak. östenitlenen ve ardından 375oC’de a) 60 dak, b) 120 dak, c) 180 dak östemperlenen numunelerin
mikro yapı resmi, 100X ... 90
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklama
Fc Esas kesme kuvveti
Ff İlerleme kuvveti
Fr Radyal kuvvet
a Talaş derinliği
f İlerleme miktarı
V Kesme hızı
Ra Ortalama yüzey pürüzlülüğü
T Kesici takım ömrü
t Talaş derinliği
r Takım burun yarıçapı
φ Kayma düzlemi açısı
ls Kayma düzlemi uzunluğu
Kısaltmalar Açıklama
AISI American Iron and Steel Institute (Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü)
ASTM American Society for Testing and Materials (Amerika Malzeme Test Enstitüsü)
BUE Built Up Edge (Yığma Talaş)
CBN Cubic boron nitride (Kübik Bor Nitrür)
CGI Compacted Graphite Iron
CNC Computer Numerical Control (Bilgisayarlı Sayısal Denetim)
CVD Chemical Vapor Deposition (Kimyasal Buhar
Çökeltme)
Kısaltmalar Açıklama
DIN Deutsches Institut für Normung (Alman Standartlar Enstitüsü)
HB Brinell hardness (Brinel Sertlik)
ISO International Organization for Standardization (Milletlerarası Standardizasyon Teşkilatı)
KGDD Küresel Grafitli Dökme Demir
PCD Polycrystalline Diamond (Çok Kristalli Elmas) SAE Society of Automotive Engineers (Otomotiv
Mühendisleri Birliği)
ÖVGDD Östemperlenmiş Vermiküler Grafitli Dökme Demir
TS Türk Standartları
VGDD Vermiküler Grafitli Dökme Demir
1. GİRİŞ
Teknolojik gelişmelere paralel olarak araç ve gereçlerin üretilmesi için gerekli olan malzemelerin üretiminde de hızlı bir gelişme olmaktadır ve buna bağlı olarak da malzeme türlerinde her geçen gün artış gözlenmektedir. Endüstriyel olarak uygulamalarda geniş kullanım alanı bulan bir malzeme türü de vermiküler grafitli dökme demirlerdir (VGDD) (Stefanescu, 1988). Vermiküler grafitli dökme demirler, dökme demir ailesinin yeni bir üyesidir. Mekanik ve fiziksel özellikleri ile gri ve sfero dökme demirler arasında olduğu tespit edilmiştir (Murthy ve diğerleri, 1985).
VGDD’in yüksek dayanım, süneklik, tokluk gibi üstün mukavemet özelliklerinden dolayı otomotiv endüstrisinde, savunma ve ağır makina sanayisi vb. alanlarda yaygın olarak tercih edilen malzeme gruplarındandır. VGDD’lerin bu kadar yaygın tercih edilmesi nedeni;
kullanılacağı yerdeki mekanik ihtiyacı karşılayabilecek şekilde farklı ısıl işlemlerden geçirilerek ya da döküm esnasında bileşenlerin kontrolü ile farklı mekanik özellikler elde edilebilmekte ve ihtiyaca göre kolayca üretilmelerinden kaynaklanmaktadır.
VGDD’lerin mekanik özelliklerini daha da geliştirmek için uygulanan yöntemlerden biri de östemperleme ısıl işlemidir. Bu işlem sonrasından VGDD’lerin iç yapısında ferrit ve ösferritik (ferrit + östenit) matris yapı ortaya çıktığı bilinmektedir. Bu yapı sayesinde VGDD’lerin mukavemet ve tokluk açısından oldukça üstün özelliklere sahip oldukları vurgulanmaktadır (Aşkun, 2001).
Vermiküler grafitli dökme demirler; otomotiv endüstrisinde son 10 yıldır çok yaygın olarak kullanılmakta ve fren diskleri, eksoz manifoltları, motor kapağı ve dizel motor blokları gibi parçaların yapımında oldukça tercih edilen bir malzeme olduğu bilinmektedir.
Üstün mukavemet özelliklerine sahip bu malzeme, gri dökme demirle karşılaştırıldığında, yüksek basınçlı yanma odalarının imalatına daha elverişli olup daha verimli yanma ve düşük emisyon değerleri elde edilmesine imkan sağlamaktadır. Daha ince et kalınlığında makina parçası yapımı ve dolayısıyla daha hafif motorların imalatı söz konusu olmaktadır.
Bu avantajların yanı sıra, bu malzemenin işlenmesi esnasında, işlenebilirlik açısından çözüm bekleyen birçok problem de mevcuttur (Karabulut, 2012).
İşlenebilirlik, iş parçasının mekanik özellikleri, soğutma sıvısı ve işleme koşulları arasındaki ilişkilerin bir sonucudur. Dökme demirlerin işlenebilirliği, dökümün tipine ve mikro yapısına bağlıdır. Beyaz dökme demirin işlenebilirliği oldukça zor iken, ferritik dökümün işlenebilirliği daha kolaydır. Dökme demirin diğer çeşitleri olan vermiküler grafitli dökme demir, Küresel Grafitli Dökme Demir (KGDD), alaşımlı dökme demir ve temper dökme demirlerin işlenebilirlikleri, beyaz döküm ile ferritik döküm arasındadır (Kennametal, 2005).
Talaşlı imalat işlemlerinde kullanılan kesici takımlar, talaşlı imalat işlemlerinin maliyeti ve ürün kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Talaşlı imalat işlemlerinin maliyetinin düşük olması için kesici takımların yeterince uzun bir süre keskinliğini korumaları ve kesme hızının, ilerleme hızının ve talaş derinliğinin yüksek olması istenir. Kesici takımlar, kesme işlemini etkin bir şekilde yapabilmeleri için talaşlı imalat esnasındaki yüksek gerilme, sıcaklık ve sürtünme etkilerine uzun süre dayanacak kabiliyette olmalıdır (Şeker, 1997).
Bu çalışmanın amacı, östemperlenmiş vermiküler grafitli dökme demirin (ÖVGDD) frezeleme yöntemi ile işlenebilirliğinin deneysel olarak araştırılmasıdır. Malzemeye uygulanan farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinin, kesme kuvvetleri ile yüzey pürüzlülüğü üzerine olan etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla vermiküler grafitli dökme demir numuneler iki farklı sıcaklıkta (315, 375oC) ve üç farklı bekleme süresinde (60, 120, 180 dakika) östemperleme işlemine tabi tutulmuştur. Kesme işlemi için sementit karbür kesici takımlar kullanılmıştır. CNC freze tezgâhında, kesici uç kataloğu ve literatüre göre belirlenen kesme parametreleri ile yapılan frezeleme işlemleri esnasında oluşan kesme kuvvetleri ve işlenen yüzeylerin ortalama yüzey pürüzlülük değerleri ölçülerek analiz edilmiştir. Deneyler dört farklı kesme hızı (70, 87, 98 ve 112 m/dak), üç farklı ilerleme miktarı (0.025, 0.0375, 0.05 mm/dev) ve sabit talaş derinliğinde (0.5 mm) kuru şartlarda yapılmıştır.
2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
2.1. Yapılan Çalışmalar
Vermiküler grafitli dökme demirlerin işlenebilirliği ve östemperleme ısıl işlemi ile ilgili olarak yapılan çalışmaların genel içeriği aşağıda özetlenmiştir.
Mavi (2008), VGDD’lerin işlenebilirliğini araştırmak için VGDD’ den imal edilen numuneler ile talaş kaldırma deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılan kesme parametreleri ISO 3685’e uygun olarak seçilmiştir. Talaşlı imalat esnasında elde edilen sonuçlar kesme kuvvetleri açısından değerlendirilmiştir. Deneylerde 9 μm kalınlığında CVD kimyasal buhar çökeltme metoduyla TiCN - Al2O3 - TiN kaplamalı, ISO K10 sınıfı uç geometrisinde kaplamalı sinterlenmiş karbür kesici uçlar kullanılmıştır. Deneyler dört farklı kesme hızında (150, 170, 190 ve 210 m/min), üç farklı ilerleme miktarında (0,20, 0,25 ve 0,30 mm/rev) ve sabit talaş derinliği (2 mm) ile soğutma sıvısı kullanılmadan tornalama metoduyla yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda işlenebilirlik kriterleri olan kesme kuvvet değerleri ölçülmüş ve seçilen kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, en iyi yüzey pürüzlülüğü değerleri perlitik vermiküler grafitli dökme demirlerde ve en yüksek kesme hızlarında elde edilmiştir. Kesme kuvveti yönünden değerlendirildiğinde ise, en büyük kuvvet Ferritik+Perlitik vermiküler grafitli dökme demirde ölçülmüştür.
Seyfi (2006), farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinde elde edilen mikro yapılara bağlı mekanik özellikleri belirlenmiş numuneler üzerinde talaş kaldırma deneyleri uygulanarak işlenebilirlik parametrelerinden kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü kriterlerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Numunelere, 900oC ‘de 60 dakika östenitlemeden sonra 280oC, 360oC ve 420oC‘de 30, 60, 90, 120 ve 200 dakika süreyle tuz banyosunda östemperleme ısıl işlemi uygulanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda KGDD malzemesinin yapı ve özelliklerinin ısıl işlemle büyük oranda geliştirilebildiği saptanmıştır. Numuneler kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü bakımından değerlendirildiğinde düşük sıcaklıkta (280oC) ve (30 dak) kısa östemperleme sürelerinde daha iyi sonuçların elde edildiği tespit edilmiştir. Kesme hızı bakımından sonuçlar değerlendirildiğinde ise 125 m/min‘de genellikle daha homojen sonuçlar elde edildiği gözlemlenmiştir.
Şeker ve Hasırcı (2005) yaptıkları çalışmada, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin işlenebilirliğini, yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetlerine bağlı olarak incelemişlerdir. Döküm halde ve farklı Ni ile Cu ilavesine sahip altı farklı numune grubu deneylerde kullanılmıştır. Çalışmalarda kullanılan deney numuneleri 900oC‘de 90 dakika östenitlendikten sonra 370oC’de 60, 90, 180 ve 200 dakika östemperlenmiştir. En düşük kesme kuvveti değeri döküm haldeki numunelerden elde edilmiş buna karşılık en yüksek yüzey pürüzlülüğü değeri de yine bu grupta elde edilmiştir. En iyi kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü değeri %0,7 Ni ve %0,7 Cu ilave edilmiş numunelerde gözlemlenmiştir.
Kırcali ve Çakır (2006) tarafından yapılan çalışmada, üç farklı östemperleme sıcaklığı (300, 350 ve 400oC) için kesme parametreleri belirlemişlerdir. Numuneler takım ömrü testi ile 1 ve 2 saat süre işleme tabi tutulmuştur. Çalışmada kaplanmış karbür uçlardaki aşınma, kesme kuvvetleri ve ortalama yüzey pürüzlülük değerleri araştırılmıştır. İşlem esnasında hiçbir soğutma sıvısı kullanılmamıştır. Sonuç olarak östemperleme sıcaklığının azalması ile takımların aşınmasında artış gözlemlemişlerdir.
Zimba ve diğerleri (2003) yaptıkları çalışmada, alaşımsız küresel grafitli dökme demiri 900oC ‘de 60 dk östenitledikten sonra % 50 NaNO2 ve % 50 NaNO3 oluşan tuz banyosunda 325oC, 350oC, 375oC sıcaklıklarda östemperleme işlemi uygulanmıştır. Bu numuneler aşınma test cihazında 6 mm çapında 800HV sertliğine sahip çelik bir bilyaya karşı 0.05 m/s lineer hızda 40 ile 140 N arasında değişen yük altında çalıştırılarak numunelerin tribolojik davranışlarını belirlemişlerdir. En büyük aşınma miktarının en büyük yükte meydana geldiğini tespit etmişlerdir. Ayrıca östemperleme sıcaklığının artması ile malzeme sertliğinin azaldığını belirtmişlerdir.
Phillips (1982), ferritik ve perlitik vermiküler grafitli dökme demir ile ferritik, perlitik gri ve küresel grafitli dökme demirlerin işlenebilirliklerini karşılaştırmıştır. Tornalama işlemleriyle yapılan deneylerde değişik kesme hızları, ıslak ve kuru şartlarda, kaplanmış tungsten karbür ve sıcak preslenmiş alüminyum oksit kesici takımlar kullanmıştır.
Kaplanmış tungsten karbür cinsi kesici uç, alüminyum oksit kesici uca göre daha fazla takım ömrü sergilemiştir. Ferritik vermiküler grafitli dökme demirin işlenebilirliğinin perlitik vermiküler grafitli dökme demire göre daha iyi olduğunu tespit etmiştir.
Borghigiani ve Marinari (1982), vermiküler grafitli dökme demirlerin sertlik değerlerinin, küresel grafitli dökme demirler ile gri dökme demirlerin arasında olduğunu, perlit matrisli vermiküler grafitli dökme demirlerin, ferrit matrisli vermiküler grafitli dökme demirlerden daha sert olduğunu ifade etmiştir. Vermiküler grafitli dökme demirlerin sertlikleri, mikro yapıya bağlı olmasına rağmen; çekme dayanımı aynı olan gri dökme demirden daha düşük olduğunu rapor etmiştir.
Stefanescu (1988), VGDD‘in işlenebilirliğinin gri dökme demir ile küresel grafitli dökme demir arasında olduğunu söylemiştir. VGDD‘in morfolojisi, malzemeyi işleme anında talaş kaldırmak için yeteri kadar kırılgan yapmaktığını, bundan dolayı toz talaş çıkışını engellemenin zor olduğunu rapor etmiştir.
Ucun ve diğerleri (2005), küresel grafitli dökme demirin sementit karbür kesici takımlar ile yüzey frezeme işleminde takım aşınmasını incelemişlerdir. Yüzey frezeleme işleminde freze başlığına tek kesici takım bağlanmış, soğutma sıvısı ise kullanılmamıştır. Talaş kaldırma işleminde kesme hızı, ilerleme, talaş derinliği gibi kesme parametreleri ele alınmıştır. Bu parametrelere bağlı olarak sementit karbür kesici takımda oluşan aşınma davranışları incelenmiş ve takım ömrü değerleri elde edilmiştir. Ayrıca, meydana gelen aşınmalar metalografik analiz ile elektron mikroskobunda (SEM) incelenmiştir. Aşınmanın kesici takımın uç radüsün de meydana geldiği belirtilmiştir. Aynı talaş derinliklerinde, kesme hızının artmasıyla aşınmanın arttığı gözlenilmiştir. Deneylerde, kullanılan kesme hızlarından daha büyük hızlar kullanıldığında, kesici takım ucunda mikro çatlaklar gözlenmiş ve belirli bir süre sonra kırılmıştır.
Hasırcı (2000), küresel grafitli dökme demirlerde (KGDD) alaşım elementleri (Cu ve Ni) ilavesi ve östemperleme süresinin mikro yapı ve çekme özelliklerine etkilerini incelemiştir.
Bu amaçla temel alaşım elementleri % 3,5-3,7 C ve % 2,6-2,8 Si içeren ferritik matrise sahip (alaşımsız) numuneler üretilmiştir. Cu ve Ni elementi miktarlarının mikro yapı ve mekanik özellikler üzerine etkisini araştırmak amacıyla temel alaşıma değişik miktarlarda (% 0.6, 0.65 ve 7) ve Ni ( % 0.5, 0.7 ve 1 ) ilavesi yapılarak 5 farklı numune üretmiştir. Bu numuneler daha sonra östenitleme sıcaklığı olan 900oC’de 90 dakika bekletildikten sonra 370oC’de değişik sürelerde (60, 90, 120, 150, 180 ve 200 dakika) östemperlenmiş ve çekme deneyine tabi tutulmuştur. Östemperleme ısıl işlemi sonucunda genel olarak ösferrit adı verilen matris yapı elde edilmiştir. Genel olarak numunelerde östemperleme süresinin
daha fazla artmasıyla birlikte sementit oluşumu sonucu darbe dayanımı ve uzamada azalma olurken çekme ve akma dayanımı ile sertlikte artışın olduğunu belirtmiştir.
Kırcali (2006), farklı matris yapılara sahip küresel grafitli dökme demirler üzerinde çekme ve işlenebilirlik testleri yapmıştır. Test numunesinde temperlenmiş martenzitik bir yapı elde edebilmek için numuneler ön ısıtmadan sonra 900oC’de 1 saat östenitlenerek, 80oC’ye yağda soğutulmuş ve daha sonra 400oC’de 1 saat temperlemiştir. Temperleme sonrası numuneler havada soğumaya bırakılmıştır. Yapılan testler KGDD’lerde sertlik artışıyla birlikte çekme dayanımının arttığı, sünekliğin ise azaldığı belirlenmiştir. Test numuneleri arasında takımı en çok aşındıran malzeme grubu temperlenmiş martenzitik mikro yapıdaki malzemeler olmuştur ve takım kısa bir süre sonra kırılarak ömrünü tamamlamıştır. Takımı en az aşındıran malzemeler ise düşük sertliğe sahip ısıl işlem görmemiş döküm haldeki malzemeler olduğu gözlenmiştir. Perlitik / Ferritik yapıya sahip numunelerde perlit miktarının sertliği arttırdığı ve buna bağlı olarak takım aşınmasının arttırdığını gözlemlemiştir. Takım aşınmasının artışına bağlı olarak yüzey pürüzlülük değerlerinde artış gözlemlemiştir.
Özcan (2003) yaptığı çalışmada, kalay miktarı ve izotermal değişim sıcaklığının östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin çekme mukavemeti, uzama ve sertlik değerleri üzerindeki etkilerini araştırmıştır. Numuneler 925oC’de 1 saat östenitlendikten sonra 350oC, 375oC, 400oC ve 420oC’deki tuz banyolarında 60 dakika östemperlenmiştir.
Yüzde uzama değerlerinin % 0,1 Sn‘da minimuma indiği, bu değerden sonra da çok az yükseldiği belirtilmiştir. Artan izotermal değişim sıcaklığıyla çekme mukavemeti ve sertlik değerleri azalırken uzamanın arttığını gözlemlenmiştir.
Gök (2006), perlitik yapıya sahip KGDD malzeme için iki farklı sıcaklıkta östemperleme işlemi yapmıştır. Küresel Grafitli Dökme Demirler önce 900oC’de 60 dakika sürede östenitlendikten sonra, 250oC ve 325oC’de 60 dakika östemperleme yapılmıştır.
İşlenebilirlik testleri için CBN (Cubic Boron Nitride) ve sementit karbür kesici takım uçları kullanılmıştır. Belirlenen kesme şartlarında takım üzerine etkiyen kesme kuvvetleri ölçülmüş ve her bir kesme parametresi için elde edilen yüzey pürüzlülük değerleri kaydedilmiştir. Ayrıca kesici takımların yanak aşınmaları tespit edilmiş ve Taylor teoremine göre takım ömürlerini bulunmuştur. Yapılan östemperleme ısıl işlemi KGDD malzemenin mekanik özelliklerinde bir artışa neden olduğu için genel olarak kesme
kuvvetlerinin arttığını gözlemlemiştir. Özellikle düşük östemperleme sıcaklıkları kesme kuvvetlerinin artmasında daha etkili olduğunu belirtmiştir. 325oC’de östemperlenen KGDD malzeme hem kesme kuvvetlerinde hem de aşınma testlerinde çok kararlı bir seyir izlemediği sonucuna varılmıştır. Bunun da nedeninin bu sıcaklığın alt beynit ile üst beynit arasında geçiş sıcaklığına çok yakın olmasından kaynaklandığını belirtmiştir.
Kırcali ve Çakır (2006) yaptıkları çalışmada, östemperleme sıcaklık ve zamanının malzeme özellikleri üzerine etkilerini incelemişlerdir. ÖKGDD’in işlenebilirliğini takım ömrü, takım aşınması, kesme kuvvetleri ve yüzey kalitesi kriterlerine göre değerlendirmişlerdir. Deneylerde 300oC, 350oC ve 400oC’de 1-2 saat östemperlenmiş numuneler kullanılmıştır. Deneyler sırasında takım ömrününün yanı sıra kesme kuvvetleri, serbest yüzey aşınması ve yüzey pürüzlülüğü değerleri ölçülmüş ve farklı içyapılara sahip ÖKGDD’lerin işlenebilirlik performanslarını incelemişlerdir. Farklı sıcaklık ve sürelerde östemperlenen KGDD çubukların işlenebilirlik deneyleri yapılmıştır. Farklı ÖKGDD’in numunenin işlenmesiyle takım ömürleri araştırılmış iş parçasının sertliğiyle takım aşınması arasında bir ilişki kurulmuştur. İş parçasının sertliği arttıkça takım aşınmasının arttığını gözlemlenmişlerdir.
Çetin ve Gül (2009), östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin abrasif aşınma davranışına östemperleme süresinin ve aşındırıcı parçacık boyutunun etkisini araştırmışlardır. Alaşımlı ve alaşımsız küresel grafitli dökme demir numuneler, 850oC’de 120 dakika östenitlenmiş ve 400oC’de 60, 120 ve 240 dakika süreyle östemperlenmiştir.
Alaşımlı ve alaşımsız numuneler 120 dakikalık östemperleme süresinde, 240 dakikalık östemperleme süresine göre en yüksek aşınma direnci sergilediği gözlemlenmişlerdir.
Kayalı ve Yalçın (2009) yaptıkları çalışmada, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin (ÖKGDD) mikro-aşınma davranışına östemperleme sıcaklığının etkisi araştırmışlardır. 900oC’de 60 dakika östenitlenen numuneler, 250, 300, 350 ve 400oC’lerde 60 dakika östemperlemeyi takiben oda sıcaklığına soğutulmuş ve bol su ile yıkanarak kurutulmuştur. Östemperleme ile mikro-aşınma direnci önemli ölçüde artış gözlenmiştir.
Artan östemperleme sıcaklığı ile aşınma direncinin azaldığı aşınmanın ağırlıklı olarak adezyon türünde gerçekleştiği gözlenmiştir.
Kaçal ve Gülesin (2009), küresel grafitli dökme demirlerin (KGDD) yüksek kesme hızlarında son tornalama işlemlerinde kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri istatistiksel olarak incelemişlerdir. Isıl işlem görmemiş GGG40 KGDD’den hazırlanan numunelere, seramik ve CBN kesiciler kullanarak yapılan kesme deneylerinden elde edilen verilerin varyans analizleri yapılmıştır. Analizler için kesme hızı, ilerleme ve kesici takım değişken parametreler (kontrol faktörleri) olarak belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre; kesici takım açısından (Fc) esas kesme kuvvetinde bir fark görülmemiştir. Kesme hızı en çok pasif kuvvet (Fp) üzerinde etkili olmuştur.
Seramik kesici ile daha iyi yüzey pürüzlülüğü değerleri elde edilmiştir.
Karabulut (2012), vermiküler grafitli dökme demirin frezelemede işlenebilirliğini ve mekanik özelliklernii araştırmıştır. Araştırma sonuçları Yapay Sinir Ağları (YSA) ve regresyon analizi ile modellenmiştir. İşlenebilirlik parametreleri olarak farklı giriş açıları, kesme hızları ve maksimum talaş kalınlığı seçilmiştir. Deneylerde TiCN ve Al2O3 kaplamalı karbür uç ve silisyum nitrür esaslı seramik kesici uç kullanılmıştır. Her iki kesici uç için farklı giriş açılarında, kesme parametrelerinin; kesici takım aşınması, kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Karbür kesici uçlarda, en düşük kesici takım aşınması (VB=0,12 mm) , 45° ’lik yanaşma açısında 215 m/dak kesme hızında ve 492 mm/dak tabla ilerlemesinde gerçekleşmiştir. En yüksek kesici takım aşınması (VB=0,87 mm), 88° yanaşma açısında 290 m/dak kesme hızında ve 704 mm/dak tabla ilerlemesinde görülmüştür. Maksimum ve minimum kesici takım aşınması arasında
%725,0 oranında bir fark oluşmuştur. Yanaşma açısının değeri 45°, 60°, 75°, 88° ye doğru yükseldikçe kesici takım ömrü azalmıştır. Seramik kesici uçlarla yapılan deneysel çalışmada en düşük kesici takım aşınması (VB= 0,11 mm), 45°’lik yanaşma açısında 400 m/dak kesme hızında ve 400 mm/dak tabla ilerlemesinde gerçekleşmiştir. En yüksek kesici takım aşınması (VB=1,1 mm), 88° yanaşma açısında 530 m/dak kesme hızında ve 540 mm/dak tabla ilerlemesinde olmuştur. Maksimum ve minimum kesici takım aşınması arasında %9,0 oranında bir fark oluşmuştur. Soğutma sıvısı kullanılarak yapılan deneylerde, 45° ve 60° ’lik giriş açılarında %1,0 -%15,33 oranında kesme kuvvetlerinde azalma olmuştur. 75° ve 88° ’lik giriş açılarında %1,0 ile %16,0 kesme kuvvetlerinde artma olmuştur. Karbür kesici uçlarda, yanaşma açısının değeri 45° ’den 88° ’ye doğru arttıkça yüzey pürüzlülük değeri iyileşmiştir. Seramik kesicilerde karbür kesici uçlarda oluşan yüzey pürüzlülük değerlerinin aksine, kesici takım yanaşma açısının değeri 45°’den 88° ’ye doğru arttıkça yüzey pürüzlülük değerinin de arttığı gözlenmiştir.
Yazman (2006), kaplamasız ve yüksek kesme hızlarında kaplamalı kesici takımlar kullanılarak kesme parametrelerinden, kesme hızı, talaş derinliği değişken değerlerde alınarak ÖKGDD’lerin işlenmesinde en uygun koşulların belirlenmesi amaçlamıştır.
ÖKGDD’lerin işlenebilirliğinin değerlendirilmesinde, kesici takım aşınması, kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü, talaş morfolojisi ve yığıntı talaş oluşumu gibi kriterleri baz almıştır. KGDD numuneler ilk olarak 900 oC’de 90 dakika östenitlendikten sonra, tuz ergiyinde 380oC’de 90 dakika östemperle işlemi yapılmıştır. İşlenebilirlik deneyleri sonucunda, kaplamalı takımlarla yüksek kesme hızlarında yapılan talaş kaldırma işlemlerinde aşınma ve yüzey pürüzlülüğü açısından kaplamasız takımlara göre daha iyi bir performans elde edilmesine rağmen, kaplamalı takımlarda ani uç kırılmaları gözlemlenmiştir. Düşük kesme hızlarında meydana gelen yığıntı talaş kesme kuvvetlerini ve yüzey pürüzlülüğünü olumsuz yönde etkilediği belirtilmiştir. Talaş derinliğinin artmasıyla kesme kuvvetlerinde artış gözlenmiş olup, talaş derinliğinin yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına fazla bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Kaplamalı takımlarla yapılan deneylerde talaş derinliği arttıkça yüzey pürüzlülüğü iyileştiğini, bunun tam tersi olarak kaplamasız takımlarla yapılan deneylerde talaş derinliği arttıkça yüzey pürüzlülüğünde artış gözlemlenmiştir.
Ovalı ve Mavi (2011) yaptıkları çalışmada, ferritik küresel grafitli dökme demir (GGG40) kullanmışlardır. Malzemeye östemperleme ısıl işlemi yapılmış numunelerin yüzey form özellikleri, yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirilmiştir. Ösferrit hacim oranın artan ara kritik östenitleme sıcaklığı ile artığı açıkça gözlenmiştir. Artan ösferrit hacim oranı ile birlikte yüzey pürüzlük değerinin azaldığı ve ara kritik tavlama sıcaklıklarından östemperlenmiş numuneler içersinde en iyi yüzey pürüzlülük değerinin 830oC’den östemperlenmiş numunede elde edildiği belirtilmiştir. Tüm numuneler içerisinde ise en iyi yüzey form özelliğinin geleneksel östemperleme ısıl işlemi ile elde edildiği görülmüştür.
Bunun sebebi de ara kritik östenitleme numunelerinin yapısında bulunan ötektoid öncesi ferrit olarak düşünülmektedir.
Gök ve diğerleri (2007) yaptıkları çalışmada, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirin (ÖKGDD) sinterlenmiş karbür kesici takımlar ile işlenmesinde takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetleri deneysel olarak incelenmişlerdir. Dökme demir numuneleri ilk olarak tuz banyosunda 900oC’de 60 dakika süreyle östenitlemeye tabi
tutulmuş ve sonra 250oC ve 325oC’lerde 60 dakika süre ile östemperleme işlemi yapılmıştır. Kesme kuvvetleri üç boyutlu Kistler dinamometresi ile ölçülmüştür.
Tornalama testi, sabit ilerleme, kesme derinliği ve 75 ile 250 m/dk arasında değişen kesme hızlarında yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, düşük östemperleme sıcaklıklarının kesme kuvvetlerinin artmasına neden olurken, daha iyi yüzey pürüzlülüğü elde edildiğini gözlemlenmiştir. Takımda genellikle yan yüzey yanak aşınması meydana gelmiştir. Azalan östemperleme sıcaklığı ile takım ömrünün azaldığı belirtilmiştir. Ayrıca azalan östemperleme sıcaklığınında takım aşınmasının artmasına neden olduğu vurgulanmıştır.
Okay ve diğerleri (2010), östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin aşınma davranışı üzerinde fiziksel buhar birikim metodu ile TiN kaplamanın etkisi araştırmışlardır.
Bu amaçla, 900oC‘de 60 dakika östenitleme, daha sonra 360°C’de 30 ve 90 dakika östemperleme işlemi uygulamışlardır. Isıl işlemden sonra numunelere PVD yöntemi ile TiN kaplanmıştır. Deneysel sonuçlar, ısıl işlem şartlarına bağlı olarak küresel grafitli dökme demirin perlitik yapısının ösferrite dönüştüğü gözlemlenmiştir. Numunelerin aşınmasının, TiN kaplamanın etkisi ile 3-4 kat azaldığı belirtilmiştir.
Kuş (2007) yaptığı çalışmada, GGG40 ferritik küresel grafitli dökme demirin aşınma direncini iyileştirmek amacıyla farklı sıcaklıklarda östemperleme ısıl işlemi yapılmıştır.
Östemperlenmiş ve döküm haldeki numunelerin aşınma deneyleri, 2000m kayma mesafesinde, 1.54 m/s sabit kayma hızında, farklı yüklerde, kuru sürtünme koşulları altında pin-disk deney setinde gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, östemperleme ısıl işleminin küresel grafitli dökme demirin aşınma direncini, çekme ve akma dayanımını artırdığı tespit edilmiştir. Mikro yapının östemperleme sıcaklığına önemli derecede bağlı olduğunu, östemperleme sıcaklığının yükselmesi ile aşınma direncinin azaldığı tespit edilmiştir.
Akray (2007), GGG40 kalite küresel grafitli dökme demirlere uygulanan çeşitli işlemlerin, malzemenin mikro yapısı, sertlik ve aşınma direnci gibi mekanik özellikleri ile korozyon özelliklerine etkisini incelemiştir. Bu amaçla, döküm halindeki alaşıma, östemperleme, borlama ve borlama-östemperleme işlemleri uygulamıştır. Östemperleme işlemi, 900oC’de 90 dakika östenitleme sonrası malzemenin, 250-400oC sıcaklıklarda 5 ile 640 dakika arasındaki 8 farklı süre tutulması şeklinde uygulanmıştır. Borlama işlemi için malzemelerin ticari Ekabor-3 içerisine gömüldükten sonra 900oC’de 90 dakika tutulduğu kutu borlama işlemi kullanmıştır. Östemperleme işlemi sonucu, mikro yapının
östemperleme sıcaklığına bağlı olarak değişen morfoloji ve oranlarda beynitik ferrit ve kalıntı östenitten ibaret olduğu, optimum koşullarda yapılan östemperleme ile aşınma direncinin döküm haline göre 4,5 kat arttığı tespit edilmiştir. Benzer şekilde borlama işlemi sonucu aşınma direnci, döküm haline göre 5 kat, borlamayı takiben yapılan östemperleme ile de 6,5 kat arttığı gözlemlemiştir.
Kılıçlı (2004) yapmış olduğu bu çalışmada, kritik sıcaklıklarda östemperlemenin alaşımsız küresel grafitli dökme demirin mikro yapı ve çekme özellikleri üzerine etkisi incelemiştir.
Bu amaçla numuneler 795oC, 805oC ve 815oC kritik sıcaklıklarda 20 dk tavlamanın ardından 365oC'de 30, 60, 90, 120, 150 ve 180 dakika süre ile östemperlenmiştir. İnce ösferritik morfolojiye sahip numuneler elde etmek amacıyla bir grup numuneler 900 oC'den su verilmiş ve daha sonra kritik tavlama sıcaklıklarından östemperlenmiştir. Mekanik özellikleri karşılaştırmak amacıyla bir grup numuneler geleneksel olarak östemperlenmiştir (900oC'de tavlama +365oC'de farklı sürelerde östemperleme). Sonuçlar artan kritik tavlama sıcaklığı ile birlikte ösferrit hacim oranının arttığını göstermiştir. Ösferrit hacim oranı artışı ile akma ve çekme dayanımı artmış, % uzama ve kesit alanı daralması azalmıştır. Ancak kaba ösferritik yapıya sahip numunelerde, çekme özelliklerindeki bu değişim ince ösferritik yapıya sahip numunelere göre daha az olmuştur. Artan kritik tavlama sıcaklığı ve östemperleme süresi ile yeni ferrit hacim oranı da artmıştır. Kaba ösferrit morfolojisine sahip numunelerde 90-150 dk aralığında, ince ösferrit morfolojisine sahip numunelerde ise 60-120 dk aralığında optimum çekme dayanımı % uzama kombinasyonları sağlanmıştır.
ASTM standart küresel grafitli dökme demirlerin çekme özellikleri ile karşılaştırıldığında,
% uzama olarak geleneksel östemperleme ısıl işlemi uygulanmış, ferritik ve perlitik küresel grafitli dökme demir sınıflarına göre daha fazla, bununla beraber dayanımları geleneksel östemperleme ısıl işlemi uygulanmış küresel grafitli dökme demirlerden daha düşük, ancak ferritik ve perlitik küresel grafitli dökme demirlerden daha fazla olduğu gözlemlemiştir.
2.2. Literatür Araştırmalarının Değerlendirilmesi
Literatür araştırması sonucunda vermiküler grafitli dökme demirlerin mekanik özellikleri, mikro yapısı ve aşınma davranışı üzerinde birçok araştırma yapılmıştır. Buna karşın östemperlenmiş vermiküler grafitli dökme demir malzemelerin frezede işlenebilirliği ile ilgili sınırlı sayıda yayın ve çalışmaya rastlanmıştır.
Bu çalışmada, farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinin VGDD malzemelerin işlenebilirliği, bağımsız kesme parametreleri (kesme hızı, ilerleme miktarı ve sabit kesme derinliği) kullanılarak deneysel olarak araştırılmıştır. Farklı östemperleme sıcaklık ve sürelerinin vermiküler grafitli dökme demirlerin işlenmesi sırasında kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri ile yüzey pürüzlülüğüne etkisinin araştırılması ve en uygun kesme parametrelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
3. TALAŞ KALDIRMA PRENSİPLERİ VE İŞLENEBİLİRLİK
3.1. Talaşlı İmalat İşlemi
Birçok mekanik parçanın son olarak şekillendirilmesi talaşlı işlemler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Sıcak şekillendirme, soğuk şekillendirme ve döküm işlemleri gibi hacim şekillendirme işlemlerinde arzu edilen; şekil, boyut ve yüzey kalitesi açısından iyi imalatlar elde etmek için genellikle metal talaş kaldırma işlemleri uygulanmaktadır. Talaş kaldırma işlemleri kesme ve taşlama olmak üzere başlıca iki kategoride sınıflandırılabilir.
Kesme işlemleri malzemeden geleneksel talaş kaldırma işlemleridir. Daha sonraki taşlama işlemleri ise parçanın tam boyutlarına gelmesini ve iyi yüzey kalitesi elde edilmesini sağlar. En yaygın kesme işlemleri tornalama, frezeleme, delik delme ve bunları takiben honlama, broşlama, form kesme gibi özel işlemlerdir. Tüm metal kesme işlemleri mekanik prensipleri aynı olmakla birlikte bunların geometri ve kinematikleri birbirilerinden farklı olabilir (Ovalı ve Mavi, 2011).
Talaş kaldırma, istenilen boyut ve biçimdeki parçaların üretmek amacıyla iş parçasından küçük parçalar kopartmak olarak tanımlanabilir. İş parçası üzerinden takım kesici kenarı aracılığıyla, talaş oluşturmak için bir kısım malzeme kaldırılacaktır. Talaş kaldırmak için gerekli olan mekanizma; kesici kenarın hemen önündeki iş parçası üzerinde bölgesel kayma deformasyonunun gerçekleşmesidir. Kesme sırasında, iş parçası ve takım arasındaki bağıl hareket takım yakınındaki iş parçasını bastırarak ilk deformasyon olarak adlandırılan kayma deformasyonuna sebep olarak talaşı oluşturur (Şahin, 2003)
Talaş kaldırma olayının fiziksel açıdan incelenmesi, talaş kaldırma teorisinin temelini oluşturmaktadır. Aşınma, ömür, sıcaklık, kuvvet, enerji, sürtünme vb. gibi diğer incelemeler talaş kaldırma teorisine dayanmaktadır. Geçen yüzyılın sonlarına doğru başlayan talaş kaldırma ile ilgili araştırmalar, 1940‘lara kadar artan bir hızla devam etmiş bu tarihten sonra özellikle sanayileşmiş ülkelerde önemli bir gelişme göstermiştir. Çok zor ve karmaşık bu olayı açıklamak için teorik modellere dayanarak değişik pek çok teori ortaya atılmıştır (Sayit, 2007).
3.2. Frezeleme İşleminde Talaş Kaldırma
Frezeleme işleminde, kesici takımın kendi ekseni etrafında dönmesi ve parçanın ilerleme hareketi yapması sonucu talaş kaldırma işlemi gerçekleşir. Talaş kaldırma işlemi takım ve iş parçası arasındaki izafi hareketlerin sonucu olarak meydana gelir. Bunlar sırasıyla kesme hareketi, ilerleme hareketi ve yardımcı hareketlerdir. Frezeleme işleminde kesme hareketi takımın dönmesiyle meydana gelir. Frezeleme işlemi diğer talaşlı imalat yöntemlerinden farklı olarak kesici takımda bulunan diş sayısına bağlı olarak prodüktivitesi oldukça yüksek bir talaşlı imalat yöntemidir. İş parçası yüzeyinin işlenmesine göre frezeleme işlemleri, çevresel ve alın frezeleme olarak iki grupta incelenir.
Çevresel frezeleme, ekseni yatay durumda bulunan ve silindirik bir frezenin çevresindeki dişlerle talaş kaldırma biçimidir. Bu yöntemde kesici takımın her bir dişi bağımsız olarak düşünüldüğünde talaş kaldırma işlemi, tornalamada olduğu gibi meydana gelir. Ancak burada iş parçası ilerleme hareketi yapar ve dişler belirli bir eksen etrafında döner. Bu nedenle işlem sırasında talaş kesit alanı devamlı değişir. Bunun için tornalama işlemine göre daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Şekil 3.1’de çevresel frezeleme şekli gösterilmektedir.
Şekil 3.1. Çevresel frezeleme işleminde talaş kaldırma işlemi
Alın frezeleme, kesici takım ekseni işleme yüzeyine diktir. Kesme işlemi kesici dişlerin yan kenarları ile gerçekleşir. Alın frezeleme işleminde kesici takımın boyutu önemli bir faktördür. Eğer işlenen yüzeyin genişliği kesici takımın çapından küçük ise, frezelemeye simetrik ya da asimetrik olarak yapılır. Şekil 3.2’de görüldüğü gibi simetrik frezelemede,
kesici takım ekseni ile iş parçası ekseninin çakışması durumunda yapılan talaş kaldırma olayıdır. Eğer iki eksen çakışmıyorsa asimetrik frezeleme gerçekleşir. Asimetrik frezeleme Şekil 3.3’de görülmektedir. Kesici takımın çapı iş parçasının işlenen yüzey genişliği (iş parçasının genişliği) ile aynı ise bu işleme tam kavrama, eğer iş parçası genişliği daha küçük ise bu işleme kısmi kavramalı frezeleme adı verilmektedir (Özkan, 2000).
Frezeleme işlemi, kesici takımın dönme yönü ve iş parçasının ilerleme yönüne göre ikiye ayrılmaktadır. Bunlar, zıt yönlü ve aynı yönlü olarak adlandırılmaktadır.
Şekil 3.2. Simetrik aynı ve zıt yönlü frezeleme
Zıt yönlü frezeleme, takım dönüşü ile ilerleme yönünün ters durumunda olduğu işleme yöntemidir. Bu yöntemde kesme işlemi, aşağıdan yukarıya doğru yapılmaktadır. Bu sırada meydana gelen talaş kalınlığı ise, sıfırdan maksimum değere doğru artmaktadır. Bu yöntemde kesme kuvvetlerinin, kesme başlangıcında sıfır olması ve giderek artması bir avantajlı durumdur. Fakat iş parçasını tezgâh tablasından kaldırmaya çalışması ise, mahzurlu bir durumdur.
Şekil 3.3. Asimetrik aynı ve zıt yönlü frezeleme
Aynı yönlü frezeleme ise, takımın dönüş yönü ile ilerleme yönünün aynı olduğu işleme yöntemidir. Burada kesme işlemi yukarıdan aşağı doğru olduğundan talaş kalınlığı ise, maksimum değerden sıfıra doğru azalmaktadır (Taylan, 2006).
3.3. Talaş Oluşum Mekaniği
Bir malzemeden talaş kaldırmak için kesici takımın iş parçası malzemesinden daha sert olması, belirli bir kesme geometrisine sahip olması, uygun kesme parametreleri ve iş parçasının üzerine belirli bir yük uygulaması gerekmektedir. İş parçası üzerinde uygulanan yük ilerleme doğrultusunda malzemeyi deforme etmeye çalışacaktır. İş parçası belirli bir bölgeye kadar deforme olduktan sonra bünyesinden malzeme kaybedecektir. İşte bünyeden kaybedilen bu malzemeye talaş denilmektedir. Talaş kaldırma sırasında kullanılan kesme parametreleri talaş oluşumunu doğrudan etkilemektedir. Bu faktörleri aşağıdaki gibi sıralamak mümkün (Şahin, 2003).
Kesici takım ömrü, T (dak),
Kesme hızı, V (m/dak)
Talaş derinliği, t (mm),
İlerleme miktarı, f (mm/dev),
Takım geometrisi,
Titreşim durumu,
Soğutma sıvısı,
Takım/iş parçası malzeme çifti,
Takım burun yarıçapı, r (mm),
Kesici kenar talaş kaldırma işlemi esnasında, iş parçası malzemesinin bir bölümünü deforme eder ve talaşı ayırır. Talaş olarak ayrılacak malzeme tabakası üzerindeki gerilmeler bu tabaka kesici kenara yaklaştıkça artar. Artan gerilmeler malzemenin akma sınırını geçtiği anda plastik deformasyon meydana gelir. Oluşan talaş biçimi iş parçası malzemesine kesme parametresine ve kesici geometrisine bağlı olarak farklılık gösterir (Çakır, 1999).
3.4. Kesme Modelleri
Talaşlı imalat işleminin mekaniği ve talaş oluşumu üzerine yapılan analizlerde genellikle iş parçası olarak metaller dikkate alınmıştır. Bununla birlikte, metal dışı olan malzemelerin işlenmesinde de benzer kurallar uygulanabilir. Talaşlı imalat işlemi gerçekte üç boyutlu ve oldukça karmaşık olduğu için talaşlı imalat işleminin mekaniğinin tanımlanmasında iki boyutlu dik kesme (orthogonal) modeli kullanılır (Şekil 3.4). Bu yaklaşım basit olmakla birlikte talaşlı imalat mekaniğini yeterli doğrulukta tanımlar. İki boyutlu dik kesme modeli talaşlı imalat işleminin analizinde önemli bir rol oynar. Bu modele göre, iş parçasının kesici takımı zorlamasıyla kayma düzleminde iş parçasının kayma gerilmesinin aşılmasıyla talaş oluşumu gerçekleşir (Groover, 1996).
t1: deforme olmamış talaş kalınlığı ls: kayma düzlemi uzunluğu t2: deforme olmuş talaş kalınlığı φ: kayma düzlemi açısı w: iş parçası genişliği γ : kesici takım talaş açısı Şekil 3.4. Dik (orthogonal) kesme modeli (Groover, 1996)
Talaş oluşumu, iş parçasının kesici takım önündeki bölgesel deformasyonu ile gerçekleşir.
İş parçası ve kesici takım arasındaki nispi hareket sonucu iş parçasında oluşan gerilme, iş parçasını birinci deformasyon bölgesinde plastik deformasyona uğratarak talaş oluşumunu gerçekleştirir. Oluşan talaş, kesici takımın talaş yüzeyi üzerinden geçerek atılır. Birinci kayma (deformasyon) düzleminde oluşan talaş, kesici takımın talaş yüzeyi üzerinden geçerken veya yapışma sonucu ikinci defa deformasyona uğrar ve kesme bölgesinden atılır (Groover, 1996).
Eğik kesmede, kesici takımın kesici kenarı kesme hız vektörüne eğimlidir (Şekil 3.5). Bu eğim, talaşın akış yönünü ve böylece de takımın performansını önemli şekilde etkilemektedir (Kalpakjian,1991). Vargelleme, delme, frezeleme ve tek noktadan kesme işlemi yapılan tornalama gibi işlemler eğik kesme işlemleridir.
Şekil 3.5. Eğik kesme işleminin şematik olarak gösterilmesi (Kalpakjian,1991)
Dik (orthogonal) kesme işleminde ise kesici takımın kesici kenarı kesme hız vektörüne diktir. Şekil 3.5’teki i açısı 0° olduğunda işlem dik kesme işlemi olur. Eğik kesme işlemi esnasında oluşan bileşke kuvvet üç bileşene (x, y ve z yönlerinde) ayrılırken dik kesme işleminde y yönündeki kuvvet bileşeni sıfır olur. Dolayısıyla dik kesme işleminde bileşke kuvvet yalnızca x ve z yönlerinde iki bileşene ayrılır. Dik kesme işleminde ayrıca kayma işleminin tek bir düzlemde gerçekleştiği (kayma işlemi gerçekte ise dar bir kayma bölgesinde gerçekleşir), kesici ucun mükemmel sivri olduğu ve kesici takım boşluk yüzeyi ile yeni işlenen yüzey arasında bir sürtünme olmadığı varsayılır. Şekil 3.4’de görüldüğü
gibi iş parçası kesici takım önünden V hızında geçer. V, kesme hızıdır. Kesilmemiş talaş kalınlığı t1’dir. Talaşta Vc hızı ile kesici takım talaş yüzeyi üzerinden geçer. Bu durumda kayma Vs hızında ve kayma açısı φ’da gerçekleşir (Kalpakjian,1991).
Gerçekte talaş oluşumu ince bir bölgede gerçekleşir (Şekil 3.6). Talaş oluşumu plastik deformasyonun önemli derecede rol oynadığı bir işlemdir. Talaşlı imalat işleminde talaş oluşumu, iş parçasının kesici takım önündeki bölgesel deformasyonu ile gerçekleşir. İş parçası ve kesici takım arasındaki bağıl hareket sonucu, iş parçasında oluşan gerilme iş parçasını birinci deformasyon bölgesinde plastik deformasyona uğratarak talaş oluşumunu gerçekleştirir. Oluşan talaş, kesici takımın talaş yüzeyi üzerinden geçerek atılır. Birinci kayma (deformasyon) düzleminde oluşan talaş kesici takımın talaş yüzeyi üzerinden geçerken kayma veya yapışma sonucu ikinci defa deformasyona uğrar ve kesme bölgesinden atılır (Groover, 1996).
Şekil 3.6. Gerçek talaş oluşumu (Groover, 1996)
3.5. Yüzey Pürüzlülüğü
Talaş kaldırarak şekillendirme sırasında; seçilen yönteme, kesici cinsine ve işleme şartlarına bağlı olarak fiziksel, kimyasal, ısıl faktörlerin ve kesici-iş parçası arasındaki mekanik hareketlerin etkisi ile işlenen yüzeylerde genellikle istenmediği halde işleme izleri oluşmaktadır. Nominal yüzey çizgisinin altında ve üstünde düzensiz sapmalar meydana getiren bu duruma yüzey pürüzlülüğü denilmektedir (Güllü, 1995).
Yüzey pürüzlülüğünün uluslar arası kabul görmüş simgesi Ra olarak gösterilmekte ve pürüzlülük eğrisinin merkez çizgiden sapmasının aritmetik ortalaması olarak tanımlanmaktadır (Smith, 2008). Ra'nın hesaplanılmasında kullanılan matematiksel eşitlik Eş. 3.1’de verilmiştir.
0
1 ( )
L
Ra z x dx
L
(3.1)
Burada, Ra ortalama yüzey pürüzlülüğü, L örnek alma uzunluğu, Z ortalama pürüzlülük yüksekliği, x profil yönü olarak tanımlanmaktadır.
Talaş kaldırma ile işlenen yüzeylerde, dalgalılık ve pürüzlülük olmak üzere iki türlü düzensizlik meydana gelir (Şekil 3.7). Dalgalılık, geometrik sapmalar grubuna girdiğinden yüzey kalitesini yüzey pürüzlülüğü tayin eder. Standart yüzey pürüzlülüğü değerlendirme kriterleri, yüzeye dik olan bir kesitte belirli bir numune uzunluğu boyunca, belirli bir referans profiline ve profil ortalama çizgisine göre tayin edilir (Şekil 3.8).
Şekil 3.7. Yüzey kalitesini tayin eden faktörler
Şekil 3.8. Yüzey pürüzlülük geometrisi
