Termokimyasal Yöntemle Bor ve Titanyum kaplı AISI D2 Kesici Takımlarının Kaplama Özelliklerinin ve Talaşlı İşlem Kabiliyetinin İncelenmesi

Talaş kaldırma işlemlerinde kullanılan kesici takımların ömürleri aşınma nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle kesici takımların aşınma direncinin arttırılması ekonomik kayıpların en aza indirilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Uygulanan farklı kaplama yöntemleriyle, takımlar çok daha sert bileşiklerden oluşan malzemelerle kaplanıp aşınma direnci geliştirilebilmektedir. Kaplama sayesinde bir yandan takım sertliği artarken diğer taraftan tokluğu muhafaza edilebilmesi önemli bir avantajdır. Bu çalışmada AISI D2 çeliğinden üretilmiş kesici takımlar termo-reaktif difüzyon yöntemi ile 1 saat boyunca 950 oC ve 1050 oC de borla ve titanyumla kaplanmıştır. Kaplanan numuneler, SEM, x ışını, EDS analizi ve mikrosertlik testi yapılarak karakterize edilmiştir. Numunelerin aşınma direncini ve tornada işlenmiş yüzey pürüzlülüğünü gözlemlemek için talaş kaldırma testleri yapılmıştır. Talaş kaldırma deneyleri, DIN 1651 otomat çeliği üzerinde gerçekleştirilmiştir. Silindirik tornalama testlerinin uygulandığı çalışma da 38-73-138 m/dk ve 0,08, 0,12, 0,16 mm/dev olmak üzere üç farklı kesme hızı ve ilerleme değeri kullanılmıştır. Sonuçlar, borlama ve titanyumlama işlemleri uygulanan takımın sadece borlanan takıma göre %50 oranında daha iyi performans sergilediği göstermiştir. Yüzey pürüzlülüğü açısından genel olarak kaplanmış ve kaplanmamış takımlar arasında önemli bir fark olmadığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Termo-kimyasal kaplama, Borlama, Titanyumlama, Takım aşınması

Investigation of Coating Properties and Machining Capability of Boron and Titanium Coated AISI D2 Cutting Tools by Thermochemical Method

The life of cutting tools used in machining operations is limited due to wear. Therefore, increasing of wear resistance of cutting tools is very important for minimizing the economic losses. By applying different coating techniques, tool materials can be coated with much harder compounds in order to increase wear resistance. Thanks to the coating, it is an important advantage on the one hand while increasing tool hardness, on the other hand to retain toughness. In this study, cutting tools made of AISI D2 steel are coated with boron and titanium at 950 ºC and 1050 ºC for 1 hour by thermo reactive diffusion method. The coated samples were characterised by SEM, X-ray diffraction, EDS analysis and micro hardness testing. Machining tests were carried out to observe wear resistance of the samples and machined surface roughness on a lathe. The machining tests were performed on DIN 1651 stees. Cylindrical turning tests are applied in the study, 38-73-138 m/min and 0,08, 0,12, 0,16 mm/rev three different cutting speeds and feed rate were used. The results showed that boronized and titanized samples exhibited approximately 50 % better performance than the samples which is only boronized. Generally, in terms of surface roughness, no significant differences were observed among the results of coated and uncoated samples.

Keywords:

Thermo-chemical coating, Boronizing, Titanizing, Tool wear,

PDF

___

[1] S. Söderberg, M. Sjöstrand and B. Lyungberg “Advances in coating technology for metal cutting tools,” Metal Powder Report, c. 56, s. 4, ss. 24-30, 2001.
[2] C. Bindal, “Az alaşımlı ve karbon çeliklerinde borlama ile yüzeye kaplanan borürlerin bazı özelliklerinin tespiti,” Doktora tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İ.T.Ü, İstanbul, Türkiye, 1991.
[3] I. Ozbek and C. Bindal “Mechanical properties of boronized AISI W4 steel,” Surface and cooting technology, c. 154, s. 1, ss. 14-20, 2002.
[4] K. Genel, I. Ozbek and C. Bindal “Kinetics of boriding of AISI W1 steel,” Material science and engineering, c. 347, s. 1, ss. 311-314, 2003.
[5] C. K. N. Oliveira, I. C. Casteletti and A. Lombardi Neto “Production and characterization of boride layers on AISI D2 steel,” Vacuum, c. 84, s. 6, ss. 792-796, 2010.
[6] K. Matiasovsky, M. Chrenkova-Paucirova, P. Fellner and M. Makyta “Electrochemical and thermochemical boriding in molten salts,” Surface and coating technology, c. 35, s. 1, ss. 133-149, 1998.
[7] H. Tozan, “Termo-reaktif difüzyon yöntemiyle çelikelerin bor-titanyumlanması ve özelliklerinin incelenmesi,” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Endüstrisi, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2004.
[8] T. Arai, “Termoreactive deposition/diffusion puracess for surface,” in Heat treating, 10. baskı, c. 4, Materials park, OOH: ASM International handbook, 1991, ss. 448.
[9] K. M. Gupta, K. Ramdev, S. Dharmateja and S. Sivarajan “Cutting Characteristics of PVD Coated Cutting Tools,” Materials Today: Proceedings, c. 5, s. 1, ss. 11260-11267, 2018.
[10] M. Staszuk, D. Pakuła, G. Chladek, M. Pawlyta, M. Pancielejk and P. Czaja “Investigation of the structure and properties of PVD coatings and ALD + PVD hybrid coatings deposited on sialon tool ceramics,” Vacuum, c. 154, s. 8, ss. 272-284, 2018.
[11] G. Zheng, R. Xu, X. Cheng, G. Zhao, L. Li and J. Zhao “Effect of cutting parameters on wear behavior of coated tool and surface roughness in high-speed turning of 300M,” Measurement, c. 125, s. 1, ss. 99-108, 2018.
[12] S. Chinchanikar and S. K. Choudhury “Wear behaviors of single-layer and multi-layer coated carbide inserts in high speed machining of hardened AISI 4340 steel,” Journal of Mechanical Science and Technology, c. 27, s. 5, ss. 1451–1459, 2013.
[13] A. K. Sahoo and B. Sahoo “Experimental investigations on machinability aspects in finish hard turning of AISI 4340 steel using uncoated and multilayer coated carbide inserts,” Measurement, c. 45, s. 8, ss. 2153–2165, 2012.
[14] Q. An, C. Wang, J. Xu, P. Liu and M. Chen “Experimental investigation on hard milling of high strength steel using PVD-AlTiN coated cemented carbide tool,” International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, c. 43 s. 3, ss. 94–101, 2014.
[15] W. Fıchtl, N. Trausner and A. G. Matuschka, Boronizing with EKabor, ESK GmbH, 1998.
[16] Ş. Ertürk, “Termo-kimyasal yöntemle kaplanmış farklı kesici takım malzemelerinin talaşlı işlem kabiliyetinin incelenmesi,” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Endüstrisi, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2010.