Isıl işlem yardımıyla mekanik özellikleri iyileştirilmiş GGG70 dökme demirin işlenebilirliğinin araştırılması

Abstract

Küresel grafitli dökme demire östenitleme ve östemperleme ısıl işlemi uygulanarak üretilen östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir (ÖKGDD), yüksek mukavemet/ağırlık oranı, tokluk, süneklik, aşınma direnci ve yorulma mukavemeti gibi üstün özellikler sergilemektedir. Bu özellikleri iledövme çelik, dökme demir ve karbonlu çeliklerin yerlerini almakta, özellikleotomotiv endüstrisinin ilgisini çekmektedir.Ancak üstün mekanik özellikleri ÖKGDD'nin işlenebilirlik kabiliyetini azaltmaktadır. Bu nedenle sahip olduğu üstün özelliklerine rağmen ÖKGDD'ninuygulamaları sınırlı olarak genişlemektedir. Bu sebeple ÖKGDD'ninbaşarılı bir şekilde işlenebilmesi için gerekli araştırmaların yapılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada özellikle otomotiv sektöründe krank imalatında kullanılması planlanan Östemperlenmiş GGG-70 küresel grafitli dökme demirin işlenebilirliği araştırılmıştır. Bu kapsamda iş parçası numunelerinin döküm işlemleri gerçekleştirilmiştir. Döküm işleminden sonra kimyasal bileşimi tespit edilmiştir. Numuneler 930?'de 120 dk.östenitleme, daha sonra 350?'de 120 dk.östemperleme ısıl işlemine tabi tutulmuştur. İşlenebilirlik deneyleri CNC dik işleme merkezinde yapılmıştır. Farklı talaş derinlikleri, kesme ve ilerleme hızları uygulanarak kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü ve kesici takım aşınmasına kesme koşullarının etkisi belirlenmiştir. İşlenebilirlik deneyleri sonucunda, talaş derinliğinin kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü üzerinde en fazla etkiye sahip parametre olduğu görülmüştür. Kesme hızının artması ile kesme kuvveti düşerken yüzey pürüzlülüğünün arttığı bulunmuştur. İlerleme hızının artmasıyla kesme kuvvetinin de arttığı ancak yüzey pürüzlülüğündeönemli bir değişimin olmadığı belirlenmiştir. Talaş derinliğinin artması ile hem kesme kuvvetihem de yüzey pürüzlülüğü önemli oranda artmıştır. Yapılan deneylerde ortalama yüzey pürüzlülüğü en fazla 1,90 µm iken en düşük 0,59 µm değerinde elde edilmiştir. Takım aşınması deneylerinde yan yüzey aşınmasından ziyade krater aşınmasının daha hakim olduğu bulunmuştur.Krater genişliği (KB) değerinin 0,36 mm'ye ulaşması ile takım ömrünün tamamlandığı belirlenmiştir.Östemperlenmiş GGG70 malzeme, AlTiN/TiN PVD kaplamalı tungsten karbür kesici uçlar ile 0.5 mm talaş derinliği ve 130 m/dk gibi düşük seviyede kesme hızlarında işlendiğinde oldukça pürüzsüz yüzeyler elde edilebildiği yani işlenebilirliğin yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Kesme hızı 130 m/dk seviyesinde tutulduğunda da 35 dakika gibi makul düzeyde takım ömrü elde edilebilmiştir.

Austempered ductile cast iron (ADI), produced by applying austenitization and austempering heat treatment to spheroidal graphite cast iron, exhibits superior properties such as high strength to weight ratio, toughness, ductility, wear resistance and fatigue strength. With these features, it takes the place of forged steel, cast iron and carbon steels and it attracts the attention of the automotive industry especially. However, its superior mechanical properties reduce the machinability of ADI. For this reason, despite its superior features, the applications of ADI are expanding in a limited way. For this reason, it is important to carry out the necessary research for the successful machining of ADI. In this study, the machinability of Austempered GGG-70 spheroidal graphite cast iron, which is planned to be used in crank manufacturing in the automotive industry, was investigated. In this context, samples were casted. After casting, its chemical composition was determined. Samples at 930°C for 120 min. austenitized, then 120 min at 350?. austempered. Machinability tests were carried out in CNC vertical machining center. The effects of cutting conditions on cutting force, surface roughness and cutting tool wear were determined by applying different depths of cut, cutting and feed rates. As a result of the machinability experiments, it was seen that the depth of cut was the parameter that has the most effect on the cutting force and surface roughness. It was found that the surface roughness increased with the increase in cutting speed, while the cutting force decreased. It was determined that the cutting force increased with the increase of the feed rate, but there was no significant change in the surface roughness. With increasing depth of cut, both cutting force and surface roughness increased significantly. In the experiments carried out, the average surface roughness was 1.90 µm at the most and 0.59 µm at the lowest. In the tool wear tests, it was found that crater wear was more dominant than flank wear. It was determined that the tool life was completed when the crater width (KB) value reached 0.36 mm. It has been concluded that when austempered GGG70 material is machined with AlTiN/TiN PVD coated tungsten carbide inserts, 0.5 mm depth of cut and low cutting speeds such as 130 m/min, very smooth surfaces can be obtained, that is, the machinability is high. A reasonable level of tool life, such as 35 minutes, was achieved when the cutting speed was kept at 130 m/min.