Quality in turning of Inconel X-750 superalloy


Creative Commons License

Taşbaşı M., Ay M. , Etyemez A.

EMERGING MATERIALS RESEARCH, cilt.9, ss.1-9, 2020 (SCI Expanded İndekslerine Giren Dergi)

  • Cilt numarası: 9 Konu: 4
  • Basım Tarihi: 2020
  • Doi Numarası: 10.1680/jemmr.20.00194
  • Dergi Adı: EMERGING MATERIALS RESEARCH
  • Sayfa Sayıları: ss.1-9

Özet

Süperalaşımlar; “işlenmesi zor”  alaşımlar olarak bilinirler. Süperalaşımlar; oldukça düşük ve yüksek sıcaklıklarda mekanik ve kimyasal özelliklerini koruyabilme yetenekleri nedeniyle, nükleer ve termik santrallerde, havacılık ve uzay, tıp ,petrokimya uygulamalarında ve güvenilirliğin hayati önem taşıdığı daha birçok endüstriyel uygulama sahasında yoğun olarak kullanılan, özel olarak tasarlanmış alaşımlardır. İhtiyaca göre; Nikel (Ni), Krom (Cr) yada Demir (Fe) bazlı olarak tasarlanan bu alaşımlar, oldukça iyi korozyon ve oksidasyon dayanımı, yüksek sıcaklık mukavemeti ve kimyasal reaksiyonlara karşı kararlıdırlar. Süperalaşımların üstün özellikleri, kullanım alanlarında büyük avantajlar sağlarken, bazı dezavantajlarıda beraberinde getirmektedir. Bu dezavantajlardan biri, talaşlı imalat sırasında, ortaya çıkan işlenebilirlik problemleridir. Bu tür alaşımların işlenebilirlik problemleri, üretilen parçaların yüzey bütünlüğü durumlarını etkilemekte, dolayısıyla ürünün güvenilirliğini etkilemektedir. Süperalaşımların işlenebilirlik problemlerinin çözümü için yapılan çalışmalarda, odaklanılan önemli bir konu’da, talaşlı imalat işlemleri sırasında kullanılan soğutma/yağlama metodlarıdır. Literatürde yapılan araştırmalarda, soğutma/yağlama metodlarının, işlenebilirlik problemlerinin çözümüne katkı sağladığı, dolayısıyla yüzey bütünlüğünü iyileştirdiği gözlenmiştir. Bu çalışma; özellikle havacılık-uzay ve nükleer enerji endüstrilerinde sıkça tercih edilen nikel bazlı süperalaşım ailesinin bir üyesi olan Inconel X-750 süperalaşımının; Kuru, Minimum miktarda yağlama (MMY), Kriyojenik sıvı nitrojen (LN2) ve karbondioksit gazı (CO2) soğutma/yağlama koşuları altında, farklı kesme hızları (Vc= 65-95-125-155m/dak), sabit ilerleme oranı (f=0,1 mm/dev) ve talaş derinliği (a=0,5mm) parametreleri ile tornalanmasının, Inconel X-750’nin işlenebilirliği, dolayısıyla yüzey bütünlüğü üzerindeki etkilerinin incelenmesi amacıyla yapılmıştır. Bu kapsamda; deneylerden elde edilen sonuçlar; yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri, yüzey sertliği, takım aşınması ve talaş oluşumu üzerinden karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Karşılaştırma sonuçları göstermektedirki, kriyojenik CO2 metodu, genel olarak en iyi yüzey pürüzlülüğü, kesme kuvvetleri, takım aşınması değerlerini sağlamış, MMY metodu yüzey sertliğini artırmış ancak en iyi talaş oluşumunu bu metod sağlamıştır. Bütün bunlarla birlikte, işlenebilirlik ve yüzey bütünlüğü problemlerini çözmek için,  etkinliği artırılmış hibrid soğutma/yağlama metodlarının kullanılması önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Nikel Alaşımları, İşlenebilirlik, Kriyojenik, MMY, CO2, LN2

Superalloys knows as “ difficult to machine” alloys. Superalloys; Due to their ability to maintain their mechanical and chemical properties at very low and high temperatures, they are specially designed alloys used in nuclear and thermal power plants, aerospace, medicine, petrochemical applications and many other industrial applications where reliability is vital. According to need; These alloys, based on Nickel (Ni), Chromium (Cr) or Iron (Fe), are highly resistant to high temperature corrosion and oxidation resistance, high temperature resistance and chemical reactions. Superior properties of superalloys; Although there are great advantages in usage areas, it brings some disadvantages. One of these disadvantages is the machinability problems that occur during machining. The machinability problems of such alloys affect the surface integrity of the produced parts, thus affecting the reliability of the product. In the works carried out to overcome the machinability problems of superalloys, cooling/lubrication methods used during machining processes are an important issue. In the studies conducted in the literature, it has been observed that cooling/lubrication methods contribute to the solution of machinability problems of superalloys and thus improve surface integrity. This study aimed to investigate the effect  of dry, Minimum Quantitiy Lucrication (MQL), Cryogenic liquid nitrogen (LN2), Cryogenic Carbon dioxide gas (CO2) cooling/lubrication conditions and different cutting speeds (Vc = 65-95-125-155m / min), constant feed rate (f = 0.1 mm / dev) and chip depth (a = 0.5mm) parameters on the machinability and surface integrity when turning the Inconel X-750 nickel based superalloy that is a member of the nickel based superalloy family. In this context, the results obtained from the experiments; Surface roughness, cutting forces, surface hardness, tool wear and chip formation parameters were investigated comparatively. The comparison results show that the cryogenic CO2 method generally provided the best surface roughness, shear forces, tool wear values, the MQL method increased the surface hardness, but the best chip formation was achieved by this method. In addition, in order to solve the problems of machinability and surface integrity, the use of improved efficiency of hybrid cooling/lubrication methods is recommended.

Keywords: Nickel Alloys, Machinability, Cryogenic, MQL, CO2, LN2