17-4 PH Paslanmaz Çeliklerin Tornalamasında Farklı Kaplama Tiplerinin Kesme Kuvvetlerine Etkilerinin İncelenmesi

Year 2019, - Cilt:8 - IMSMATEC Özel Sayı, 1 - 11, 15.12.2019

Saltuk Alper Yaşar , Gültekin Uzun , İhsan Korkut

https://doi.org/10.17100/nevbiltek.633204

Abstract

Çökelme
sertleşmesi ile yaşlandırılmış paslanmaz çelikler, diğer paslanmaz çelik
türlerine göre daha üstün özelliklere sahiptir. Bu üstün özeliklerin en
önemlileri mekanik ve termal özelliklerdir. 17-4 PH paslanmaz çeliği; nükleer
endüstriden havacılık endüstrisine kadar birçok alanda tercih edilmektedir. Bu
çalışmada, 17-4 PH paslanmaz çeliğinin farklı kaplama türlerine sahip kesici
takımlar ile işlenmesi sırasında, işleme parametrelerinin esas kesme ve
ilerleme kuvvetlerine olan etkileri incelenmiştir. İşlenebilirlik çalışmaları,
CNC torna tezgahında gerçekleştirilmiş olup, dörder farklı kesme hızı, ilerleme
oranı ve kesme derinliği işleme parametreleri olarak belirlenmiştir. Kesici
takım olarak aynı geometriye sahip, PVD ve CVD kaplamalı takımlar kullanılmıştır.
Deneylerin uygulanması için seçilmiş değişkenlere Taguchi L₁₆
ortogonal dizini uygulanarak deney sayısı en aza indirgenmiştir. Elde edilen
sonuçların etkili bir biçimde yorumlanması, esas kesme ve ilerleme kuvvetleri
açısından en etkin parametrelerin belirlenmesi için varyans analizi (ANOVA)
uygulanmıştır. Yapılan deneysel çalışmaların sonucunda 17-4 PH paslanmaz
çelikleri için esas kesme ve ilerleme kuvvetleri açısından optimum kesme
parametrelerinin tayini gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, her iki kaplama
türünde ilerleme oranı ve kesme derinliği esas kesme ve ilerleme kuvveti
değerlerinde artışa neden olmuştur. Kesme hızının artışı ile her iki kaplama
türünde de esas kesme kuvveti değerlerinde %8,05 ile %25,24 arasında azalma
görülmüştür. Ancak PVD kaplamalı takımlarda artan kesme hızı ile ilerleme
kuvveti değerlerinde %0,97 ile %3,18 arasında azalma, CVD kaplamalı takımlarda
ise %2,78 ile %7,11 arasında artış olduğu belirlenmiştir. 

Keywords

17-4 PH, Paslanmaz çelik, Kesme kuvveti, ANOVA, İşlenebilirlik

Investigation of the Effects of Different Coating Types on Cutting Forces in Turning of 17-4 PH Stainless Steels

Abstract

 

Precipitation hardened stainless steels have more
superior properties than other stainless steel types. The most important ones
of these superior properties are its mechanical and thermal properties. From
nuclear industry to aviation industry, 17-4 PH stainless steels are favored in
many industries. In this study, during machining of 17-4 PH stainless steel
with different coated cutting tools, the effect of cutting parameters on main
cutting force and feed force was investigated. Machinability studies were
executed on CNC turning machine. Four different cutting speeds, four different
feed rates and four different cutting depths were determined as cutting parameters.
Geometrically identical PVD and CVD coated cutting tools were used. In order to
perform the study, Taguchi L₁₆ orthogonal array were applied to the
selected variables for optimizing the number of experiments. Analysis of
variance (ANOVA) was applied on behalf of commenting the obtained results
influentially and for determining the most effective parameters in terms of
main cutting forces and feed forces. As a result of the experimental studies,
optimum cutting parameters were determined with regards to main cutting force
and feed force. Increasing feed rate and cutting depth increase main cutting
force and feed force values during machining with both coating types. Moreover,
increasing cutting speed reduces main cutting force values between 8,05% and
25,24% during machining with both coating types. However, it was determined
that increasing cutting force decreases the feed force values between 0,97% and
3,18% machining with PVD cutting tools, increases feed force values between
2,78% and 7,11% machining with CVD cutting tools, consequently.

Keywords

17-4 PH, Stainless steel

References

• Trent E. M., Wright P. K., “Metal cutting” First Edition, Butterworths Press, London, 2000.
• Shaw M. C., “Metal cutting principles” Third Edition, Oxford University Press, Oxford, 2005.
• DeGarmo E. P., Black J. T., Kohser R. A., “Materials and processes in manufacturing” Prentice-Hall, New Jersey, 214–652, 1997.
• Berger M., “Development and tribological characterisation of magnetron sputtered TiB2 and Cr/CrN coatings” Uppsala University, Department of Materials and Science, Ph D. Thesis, 7-31, Sweden, 2001.
• Uzun G., Yağmur S., Korkut İ., Şeker U., “Hastelloy X süper alaşımının tornalanmasında kriyojenik işlem uygulanan PVD ve CVD kaplamalı takımların performansının incelenmesi” Gazi University Journal of Science Part C, 5(2), 231–239, 2017.
• Gürbüz H., Kafkas F., Şeker U., “Kesici takıma farklı yöntemle uygulanmış kaplamaların kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel olarak araştırılması” 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11) May 16-18, 27–32, Elazığ, 2011.
• Çelik E., Kıvak T., “17-4 PH paslanmaz çeliğin tornalanmasında minimum miktarda yağlamanın yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkileri” 7th International Symposium on Machining November 3-5, 214–221, İstanbul, 2016.
• Gholipour A., Shamanian M., Ashrafizadeh F., “Microstructure and wear behavior of stellite 6 cladding on 17-4 PH stainless steel” Journal of Alloys and Compounds, 509(14), 4905–4909, 2011.
• Wen P., Cai Z., Feng Z., Wang G., “Microstructure and mechanical properties of hot wire laser clad layers for repairing precipitation hardening martensitic stainless steel” Optics and Laser Technology, 75, 207–213, 2015.
• Singh R., “Stainless steels,” Applied Welding Engineering, First Edition, Butterworth-Heinemann, 65–73, Oxford, 2012.
• Mohanty A., Gangopadhyay S., Thakur A., “On applicability of multilayer coated tool in dry machining of aerospace grade stainless steel” Materials and Manufacturing Processes, 31(7), 869–879, 2016.
• Çiftçi İ., Kasap M., Şeker U., “Östenitik paslanmaz çeliklerin işlenebilirlik parametrelerinin belirlenmesi üzerine yapılmış deneysel çalışmalar” Z.K.Ü. Karabük Teknik Eğitim Fakültesi Teknoloji Dergisi, 3–4, 130–141, 1999.
• Sivaiah P., Chakradhar D., “Comparative evaluations of machining performance during turning of 17-4 PH stainless steel under cryogenic and wet machining conditions” Machining Science and Technology, 22(1), 147–162, 2018.
• Çetin Ş., Kıvak T., “Optimization of the machining parameters for the turning of 15-5 PH stainless steels using the taguchi method” Materials and Technology, 51(1), 133–140, 2017.
• Kıvak T., Uzun G., Ekici E., “An experimental and statistical evaluation of the cutting parameters on the machinability of Hadfield steel” Gazi University Journal of Science, 29(1), 9–17, 2016.
• Popovici T. D., Grigorescu M., “The dependence of cutting force upon 17-4 PH machining parameters 2 problem formulations 3 problem solutions” Advances in Production, Automation and Transportation Systems June 1-3, 125–128, 2013.
• Ay M., Kalyon A., “CNC torna tezgahında 17-4 PH paslanmaz çeliğin işleme parametrelerinin deneysel olarak belirlenmesi” 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), May 16-18, 197–201, Elazığ, 2011.
• Fernández-Abia A. I., Barreiro J., Fernández-Larrinoa J., López De Lacalle L. N., Fernández-Valdivielso A., Pereira O. M., “Behaviour of PVD coatings in the turning of austenitic stainless steels,” Procedia Engineering, 63, 133–141, 2013.