Paslanmaz Çelik Dökümlerin Talaşlı İşlenebilirliği

Günümüz piyasasında 1,5 milyon ton civarında paslanmaz çeliğe ihtiyaç vardır. Bu üretimin yandan fazlası, makine parçalarının imalatı sırasında herhangi bir talaşlı imalat işlemi ile yok olmaktadır. Bazı imalat yöntemleri ile bu kayıp azaltılabilmesine rağmen (dövülerek şekillendirme) yine de bu malzeme kaybı çok önemli olmaktadır ve imalat endüstrisinde işlenebilirlik ile de doğrudan ilişkilidir. Bundan dolayı paslanmaz çeliklerin işlenebilirliğinde herhangi bir iyileşme endüstriyel rakipler arasında büyük bir etkiye sahiptir.

Bu amaç için kullanılan farklı yöntemler içinde kükürt ilavesi en iyi bilinen yöntemdir. Bununla birlikte iyi işlenebilirlik sıcak ve soğuk dövülme, korozyon direnci, kaynak edilebilirlik gibi bazı özelliklerin değiştirilmesi ile elde edilebilir.

Talaş kaldırma sırasında parça malzemelerinin davranışları farklıdır. Bu farklılıklar talaş kaldırma ile işlenme kabiliyeti veya sadece işlenme kabiliyeti ile ifade edilir. Malzemelerin işlenme kabiliyeti genellikle kesme hızına bağlı olarak değerlendirilir. Buna göre takımın belirli bir ömrü için en yüksek kesme hızı ile işlenen bir malzemenin en iyi işlenme kabiliyetine sahip olduğu söylenebilir. Böyle bir malzemenin direk olarak kesme hızının değeri veya izafi 100 ile ifade edilir. Diğer malzemelerin işlenme kabiliyetleri, bu malzemeye göre kesme hızlarının oranı (v/v₀) veya 100'e göre oranı (v/100) olarak ifade edilir. Burada v₀ en iyi işlenme kabiliyetine sahip malzemenin kesme hızıdır.

Malzemelerin işlenme kabiliyetleri kimyasal bileşenlere, yapı, süneklik, sertlik ve mukavemet gibi mekanik özelliklere bağlıdır. 

Çeliklerin en önemli bileşeni olan karbonun etkisi şu şekilde özetlenebilir. %0,2 karbon içeren çeliklerin işlenme kabiliyeti maksimumdur. Bu değere göre karbon değeri azaldıkça veya arttıkça çeliklerin işlenme kabiliyeti azalmaktadır. Bu bakımdan en büyük etki ostenitik çelikte bulunan (Mn) ve (Ni) gibi alaşım elementlerininkidir. Bunları wolfram (W) ve daha az etki ile silisyum (Si), molibden ( Mo ) ve perlitik çelikte bulunan manganez ve nikel izlemektedir. Kobalt (Co) ve bakır (Cu), malzemelerin işlenme kabiliyetlerini etkilememekte, krom (Cr), alüminyum (Al) ve vanadyum (V) gibi elementlerin etkileri ise tam olarak bilinmemektedir. Ancak kükürt, fosfor ve normal olarak çeliğin bünyesinde bulunmayan kurşun (Pb), bu özelliği iyileştirir. Bu nedenle işlenebilirliği iyileştirebilmek için bünyelerine bir miktar kükürt, fosfor ve kurşun katılan çelikler vardır; bu nedenle bunlara otomat çelikleri denir. Bu çeliklerin içerisinde, % (0,07...0,065) C, % (0,18...0,4) S, % (0,6..1,5) Mn, % (0,05...0,4) Si ve kırılgan talaş çıkarmak için ve çok iyi yüzey kalitesi elde etmek için % (0,15...0,3) Pb bulunur. Isıl işlemlerden sonra elde edilen mikro yapı malzemelerin işlenebilirliğini etkiler. Bu bakımdan ferritik bir yapı, en yüksek işlenme kabiliyetine sahiptir. Perlitik (taneli, lamelli), sorbit ve trosit gibi yapılarda bu özellik gitgide azalır. 

Malzemelerin sertliği arttıkça, işlenme kabiliyetleri azalır. Yüksek alaşımlı ve paslanmaz çeliklerin işlenme kabiliyeti çok düşüktür. Bu, bir yandan bu tür çeliklerin bünyesinde talaş kaldırma kabiliyetini olumsuz yönde etkileyen manganez, nikel, wolfram gibi alaşım elementlerinin bulunması, diğer taraftan da bunların sert ve mukavemet değerlerinin yüksek olmasına bağlıdır. 

Süneklik genel olarak bir malzemenin işlenme kabiliyetini iyileştirmez. Sünek bir malzemenin talaşı takıma yapışır ve körlenmesini çabuklaştırır. Öte yandan sertlik ise takımın aşınmasını hızlandırır. Dolayısıyla süneklik ile sertlik arasındaki bir yapı, işlenme kabiliyeti bakımından en uygunu olacaktır. Bunun en iyi örneği çelikte görülebilir. Karbon miktarı az olan çelikler (C < %0,2) sünektir; bu çeliklerin işlenme kabiliyeti düşüktür. Aynı şekilde karbon miktarı % 0,2'den fazla olan çelikler ise sert ve dolayısıyla işlenme kabiliyetleri bakımından kötü bir örnek gösterir. Çeliklerin en yüksek işlenme kabiliyetine sahip olanları, süneklik ile sertlik arasında bir sınır teşkil ederek yaklaşık % 0,2 karbon içerenleridir. Demir olmayan hafif metaller genellikle kolay işlenir. Örneğin alüminyumun işlenme kabiliyeti karbon çeliklerine göre 5 veya 6 kez daha büyüktür.

Önerilen Makale: Çelik çubuk malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için altıgen çelik çubuk fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Değişik özellikteki çok çeşitli malzemeler üzerinde, kesici takımlar ve geometrilerinin performanslarının ölçümü takım tasarımı ve geliştirilmesi açısından çok önemlidir. Modem işleme metotları takım değiştirme zamanını ve maliyetini en aza indirmeyi ve seri üretim alanlarında çok yönlü kullanmayı gerektirir. Deneysel testlerin büyük bir bölümü bu hedefe ulaşmak için gerçekleştirilir ve işlenebilirlik deneyleri ile bu durum ortaya çıkarılmaya çalışılır. Bu testler, iş parçası malzemeleri, kesici takımlar ve kesme işlemleri ve bunların karakteristikleri dikkate alınarak gerçekleştirilir. 

Kesici Takım Malzemeleri 

Kesici takımlarının gelişimi, yüzyılın başlarında ilk olarak yüksek hız çeliği (HSS) takımlardan başlar ve sırasıyla, modern sinterlenmiş karbürler, kaplanmış karbürler, sermetler, seramikler ve en sonunda da polikristal elmas (PCD) ve kübik bor nitrit (CBN) malzemelerdir. Bu malzemelerin hepsi hâlihazırda talaşlı üretim işlemlerinde kullanılırlar. 

Yüksek Hız çelikleri (HSS) 

Yüksek hız çelikleri mükemmel aşınma direnci ve yüksek çekme mukavemetleri ile tanınırlar ve bu özellikleri onlara talaşlı işlenebilirlikte geniş bir kullanım alanı sağlar. Başlıca zayıf noktaları plastik deformasyona çabuk uğramaları nedeniyle düşük kesme hızlarında kullanılmalarıdır (30 m/dak - 60 m/dak). Sonuç olarak yüksek hız çelikleri, profil kesicileri, raybalar, matkaplar, kılavuzlar ve küçük çaplı freze çakılarının yapılmasında kullanılırlar. Yüksek hız çelikleri sınırlı hızlara ve düşük rijitliğe sahip klasik tezgahlar ile yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemelerinin frezelenmesinde kullanılırlar. 

Kaplanmış ve Kaplanmamış Sinterlenmiş Karbürler 

Sinterlenmiş karbürler metal sanayiinde çok önemli bir yere sahiptir. Karbürler yüksek kesme hızlarında malzemelerin bir çok çeşidini işlemek için kullanılırlar ve düşük darbelere ve yüksek aşınma direncine sahiptirler. Kaplanmamış karbürler, 150 m/dak kesme hızlarına kadar, yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler, demir olmayan malzemeler, paslanmaz çelikler ve dökme demirlerin işlenmesinde kullanılırlar. 

Titanyum Nitrür (TiN), Titanyum Karbür (TiC) ve Alüminyum Oksit (Al₂O₃) kaplamalı sinterlenmiş karbürler yüksek talaş kaldırma oranlarında başarı ile kullanılırlar. Bu kaplamalar dayanımlı olmaları nedeniyle çok az bir kayıp ile sinterlenmiş karbürlerin krater oluşumu ve aşınma dirençlerini yükseltirler. Sonuç olarak, çelik, paslanmaz çelikler ve dökme demirlerin işlenmesinde yaklaşık 275 m/dak' lık kesme hızlarında başarı ile kullanılırlar. 

Sermetler 

Karbürlerin benzeri kompozit malzemelerdir. Bağlama maddesi olarak Kobaltın yerine nikelin kullanımı başlıca farklı yanıdır. Yüksek TiC içeriği çok yüksek sertlik ve ısıya karşı dirençli olmalarını sağlar. Bununla beraber, genelde karbürler gibi dayanıklı değildirler ve bundan dolayı başlıca 365 m/dak. kesme hızları ile yan bitirme işlemlerinde kullanılırlar. 

Seramikler 

1905 yılından beri talaşlı imalatta seramiklerin kullanılmasına rağmen, işleme metotlarındaki ve malzemelerdeki son gelişmeler seramiklerde değişik komposizyonların güvenilirliği ve dayanıklılığının gelişmesi ile piyasada büyük bir paya sahip oldu. Modem seramikler piyasa ihtiyaçlarına uyarlanmış birçok çeşitte bulunabilirler. Bunlar, bitirme işlemleri için yaklaşık saf seramikler Al₂O₃, yan bitirme işlemleri için kompozit olarak Al₂O₃-TiC seramikler, nikel esaslı yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemelerinin kaba işlenmesi için Whisker takviyeli Alüminyum Silikon karbür Al₂O₃-SiC malzemelerden yapılmışlardır. İlave olarak, silikon nitrür Si₃ N₄ esaslı malzemeler nikel esaslı yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımlarının kaba işlenmesi ile dökme demirlerin yüksek kesme hızlarında işlenmesinde kullanılır. Bu malzemelerin ısıl deformasyon direnci ve yüksek sertliği 1220 m/dak kesme hızlarına kadar yüksek devirlerde talaş kaldırmaya müsaade eder. 

Kübik Boron Nitrür (CBN) 

Kübik boron nitrür seramik malzemelere göre yüksek sertliğe ve dayanıma sahiptir. Üretim maliyetlerinin yüksek olmasına rağmen sertliği 35 HRC'yi geçen dökme demirler ve çeliklerin işlenmesinde özelliklede kesikli işlemede ekonomik bir avantaj sağlayabilir. Bu malzeme uzay araçlarının alaşımlarının işlenmesinde de ara sıra kullanılır. 

Polikristal Elmas (PCD) 

En sert malzeme olarak bilinen PCD çok yüksek hızlarda kompozit malzemelerin ve demir olmayan malzemelerin işlenmesinde kullanılır. Kimyasal direnci ve dayanımının sınırlı olması nedeniyle bu malzeme 390 Alüminyum silikon ve diğer yüksek aşındırıcı malzemelerin işlenmesinde yaygın olarak kullanılır.
 

Üretim işlemlerinin özellikleri ve kesici takım malzemelerinin gelişmesi süresince, işleme testlerinin birçok çeşidi piyasa durumunu, kesme hızlarını ve bütünüyle üretim kalitesini tanımlamada kullanılır. Çünkü ulaşılmak istenen amaç değişik kesme şartlarında ve iş parçası malzemelerindeki davranışlara yöneliktir ve mümkün olabildiğince çok geniş kullanım alanları için bir kesici takım üretmektir. Sonuçta bu amaç kesici takım tanıtımında kullanıcıya faydalı uygulama bilgileri sağlamak, piyasadaki takım kullanımını desteklemek ve kesme takımlarının gelişmesine yardımcı olmaktır. Aşağıdaki etkenler verimli bir kesici takım üretilebilmesi için göz önünde bulundurulmalıdır. 

İş Parçası

Kesici takımlar, takım tezgahlarına göre dizayn edilirler ve iş parçası malzemelerinin çeşitliliği nedeniyle çok çeşitli şekillerde olabilirler. Özel bir iş için hedeflenen geometri veya kalite, üç veya daha fazla malzemede test edilebilirken, genel bir kullanım amacı için hedeflenen geometri ve kalite, sadece bir veya iki malzemede test edilebilir. Söz konusu iş parçası malzemeleri genel olarak şu malzemelerin bir veya bir kaçından olabilir: 
 

İş parçası veya kesici takım frezeleme veya tek ağızlı tornalama gibi uygun işlemlerden yararlanarak test edilebilir ve takımın kullanılabilirliği ve ömrü bulunabilir. İş parçası-takım testi aşağıda sıralı ikili kombinasyonlar ile gerçekleştirilebilir. 
 

Talaş kaldırma işleminde bir kesici takımın geliştirilmesinde, uygulanabilirlik fiziksel özelliklerin mükemmel kombinasyonunun sağlanmasına bağlıdır. Çünkü kesici takımın bir özelliğini iyileştirirken diğer özelliklerini kötüleştirmek iş parçası ve kesici takım açısından önemli sonuçlar ortaya çıkarır. Bir takımın özelliklerinin geliştirilmesi, kesme performansının ölçülmesi ve mevcut uygulanabilirlik değerini anlamak için bir yoldur. 

Kesici takımlarının dizaynında göz önünde bulundurulan başlıca özellikler kırılma direnci, plastik veya ısıl deformasyon direnci ve aşınma direncidir. Aynı zamanda malzemenin kırılma, kopma ve oyulmaya karşı direnci de göz önüne alınmalıdır. İşleme testleri bu hata mekanizmalarına karşı kesici takımın direncini ölçmek için gerçekleştirilir. Bu kesici takım ile iş parçasının denenmesi ile anlaşılabilir, uygun işleme parametreleri tespit edilir ve hata oranı ölçülür ve malzemenin temel fiziksel özellikleri işleme esnasında gözlenir. 

Tokluk 

Olumsuz şartlar altında kesici kenann çatlama veya kınlmaya karşı direnci olarak tarif edilir. Şunlar tokluğu etkiler. 
 

Çünkü frezeleme bu faktörlerin birçoğunu içine alır, bir kırlangıçkuyruğu freze çakısı frezeleme testi tokluğu ölçmek için yaygın olarak kullanılır. 

Yan Yüzey Aşınma Direnci 

Kesici takımının yan yüzey aşınması kesme operasyonunda kullanılan malzemenin uygunluğu ile ilgilidir. Çünkü takımın kimyasal ve abrasiv aşınmaya karşı direnci yeterli olmalı, malzemenin sertliği kadar kimyasal bileşimi de göz önünde bulundurulmalıdır. Genel olarak, kesme hızları yükseldiği gibi, kimyasal aşınma direnci daha önemli olur; bundan dolayı oksitler ve nitrürler gibi katkılar, daha yüksek kesme hızlarında daha iyi fayda sağlarlar. 

Deformasyon 

Yüksek kesme hızlarına ikinci bir etki artan kesme sıcaklığına göre plastik deformasyon meydana gelmesidir. Bu şartlar altında kesici takım malzemesinin bağlayıcı fazı yumuşayabilir ve bir eğilmeye sebep olabilir. Benzeri bir etki daha yüksek yan yüzey aşınma oranına, kaplamaların kalkmasına veya kırılma gibi bir etkiye neden olabilir. Bu etki aşırı talaş yükleri altında etkili olabilir. 

Oyulma 

Kimyasal ve abrasiv aşınmanın diğer bir sonucu metal plaketlerin talaş yüzeyinde bir oyulmaya yo açmasıdır. Bu durumda, işlem sırasında çıkan talaş, talaş yüzeyine sürtünerek karlar veya çukur şeklinde bir profil meydana gelmesine sebep olur. Bu oluşumun bir sonucu olarak, kesme kuvvetleri yükselebilir ve metal plaketin zayıflamasıyla neticelenebilir, metal plaketten parça kopmasına ve plaketin 'atılması ile sonuçlanabilir. Düzgün açılmış talaş kırıcı geometrisi ile krater oluşumu engellenebilir. 

Çatlaklar 

Çatlama bir kesme işlemi sırasında sürekli ve hızlı sıcaklık değişikliklerinin sonucu olarak veya ağır mekanik yükler altında meydana gelir. Çatlaklar, yüksek titreşim bölgelerinde ve kesme kenarına paralel veya dikey olarak başlar. Frezeleme işlemlerinde yaygın olarak görülen bu çatlaklar küçük-küçük parça kopmalarına veya daha büyük zararlara yol açabilir. 

Çentik 

İnconel 718 malzemesinde olduğu gibi yüksek sıcaklık malzemelerinin işlenmesi sırasında çok yaygın olarak meydana gelir. Çentik kesme derinliği ile sınırlı bir alanda ortaya çıkar ve o alandaki yüksek gerilmelerin bir sonucudur. Çentik büyüdüğü zaman çatlak oluşum ihtimali ve daha sonraki kırılmalar artar. Bu çatlak oluşumuna karşı whisker takviyeli seramikler bu tip malzemelerin işlenmesinde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır. 
Küçük Parçacıklar Kopması 

Kırılma şeklinin daha yaygın daha az zararlı olanıdır. Bu kesme işlemi sırasında kesici takımdan kopan parçacıkların ayrılarak ortaya çıkardığı bir neticedir. Bu kesici takım üstündeki yığıntının, titreşimlerin ve küçük alanlarda kesici takım gerilme değerinin çok üzerine çıkması nedeniyle meydana gelen bir olaydır. Takım bileme işlemi küçük parçacık kopmalarını en aza indirmede çok önemli bir rol oynar. Sonuçta, ulaşılmak istenen amaç metal plaketlerin çatlamalarını, kırılmalarını önlemektir. Bu meydana geldiği zaman, takım kullanılmaz hale gelir. 

İşleme Şartları 

Tek uçlu tornalama veya frezeleme testlerinde kesme takımlarının kabiliyetlerini belirlemek için, kesme şartlarının uygun değerleri seçilir (özellikle kesme hızı ve ilerleme oranı). İş parçası malzemenin seçimi kesici takımların seçiminde olduğu gibi yapılır.