Machinibility of zirconium based bulk metallic glass on drilling and milling
Zirkonyum esaslı kalın camsı metallerin freze ve delik delmedeki işlenebilirliği
- Tez No: 246790
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Camsı metaller ilk kez günümüzden kırk yıl önce Au-Si alaşımının hızlı soğutulması sonucu üretilmiştir. Son yıllarda ki gelişmeler sayesinde iyileşen camlaşma yetisi ilk zamanlarda 10^5-10^6 °C\s olan soğuma hızını 0.1-100 °C\s hızlarına indirmiştir. Bu gelişmelerin neticesinde kesit kalınlığı 10?100 ?m arasında değişen şerit şeklindeki camsı metalden kalınlığı birkaç cm'yi bulan ?kalın camsı metaller? üretilmiştir.Kalın camsı metaller, amorf yapıya sahip ve hızlı katılaşma sonucunda atomların sıvı hal pozisyonlarının katı halde de korunduğu ve bu yapısal özelliği sayesinde de üstün mekanik, ısıl ve manyetik özellikler gösteren malzemelerdir. Camsı metaller ayrıca, amorf alaşımlar veya kristal olmayan alaşımlar diye de adlandırılmaktadır. Soğurken kristalleşen birçok metalin aksine camsı metallerde atomlar arasında düzenli bir yapı mevcut değildir. Mikro yapılarında tane sınırı ve dislokasyon bulunmaz, bu yüzden de benzeri kristal yapılı malzemelere göre birçok açıdan üstün özellikler sunmaktadır. Üstün dayanım, elastisite ve manyetik özellikleri sayesinde kalın kesitte camsı metal üretimi üzerine olan rağbet son yıllarda oldukça artmıştır. Yapılan araştırmaların sonucunda camsı metallerin üretimlerini kısıtlayan hızlı soğutma zorunluluğunun, bulunan yeni alaşım sistemleriyle aşılmasıyla daha kalın kesitlerde de üretimi başarılmıştır. Bu gelişmeler, camsı metallerin özellikle stratejik uygulamalar başta olmak üzere yapı malzemesi olarak ta yakın gelecekte yaygın olarak kullanılacağını işaret etmektedir.Camsı metaller üstün mekanik, elastik ve manyetik özelliklerinin yanında, kendine özgü aşınma ve korozyon davranışlarına da sahiptir. Bu özellikler; yüksek dayanım, yüksek sertlik, yüksek dayanım/yoğunluk oranı, pekleşmeme, %2'ye kadar çıkabilen elastiklik sınırı, yüksek korozyon dayanımı, yüksek aşınma dayanımı, döküm sonrası düşük veya hiç görülmeyen kendini çekme şeklinde sayılabilir.Bu çalışmada, Zirkonyum esaslı KCM (Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10), talaşlı imalat yöntemlerinden delik delme ve frezeleme işlemlerine tabi tutuldu ve işlenebilirliği incelendi. Her iki işleme sırasında oluşan kesme kuvvetleri piezoelektrik dinamometreyle, ulaşılan maksimum kesme sıcaklığıda termal kamerayla ölçüldü vehiçbir delme ya da frezeleme işlemi sırasında kristalleşme ya da yanma gerçekleşmedi. Bütün deneylerde arkla ergitme yöntemiyle üretilen 6.5 mm çapında KCM, 2 mm kalınlığında diskler halinde kesilerek işlendi.Delik delme işlemleri sabit devirde, farklı ilerleme hızları ve takım malzemeleri kullanılarak yapıldı. Delik delme işlemlerinde TiAlNi kaplı Solid-WC, kaplamasız MG-WC ve HSS takımlar kullanıldı. Bütün deneyler 2500 devir hızında gerçekleştirildi ve kesme sonucu oluşan talaşın ve çapağın morfolojisi SEM kullanılarak incelendi. Yapılan testlerde şerit ve helis şeklinde takımı saran iki tip talaş formu ve taç yapısında çapak oluşumu gözlendi. Her bir deliğin yüzey pürüzlülüğü ölçüldüğünde MG-WC takımla delinen malzemede daha iyi sonuçlar alındı. En yüksek ilerleme kuvveti yaklaşık %15 farkla MG-WC takımda, en yüksek sıcaklıksa Solid-WC takımla delinen malzemede görüldü.Frezeleme deneyleri de sabit devir, sabit kesme derinliği, farklı ilerleme hızları ve iki farklı takım yolu kullanılarak yapıldı. Bu takım yollarından kanal frezleme, kesme mekaniği analizleri, spiral frezeleme de, takım malzemeden ayrılmadan en uzun kesme yapılabilmesi ve eldeki sınırlı KCM'i en verimli şekilde değerlendirmek için oluşturuldu. Spiral takım yolu kullanılarak yapılan kesimler sonucu elde edilen talaşlar mikroskopla incelendiğinde şerit ve iğnemsi biçimde iki tip standart talaş formu gözlendi. Bu talaşlardan daha ideal olan iğnemsi form 0.5 ve 1 µm\diş ilerlemeyle yapılan kesimlerde görüldü. Kesme deneyleri HSS ve WC takımlar kullanılarak gerçekleştirildi. Kanal frezeleme sonucu oluşan çapağın morfolojisi SEM ve optik mikroskopla incelendi ve sabit kesme hızında ilerleme hızı arttıkça kanalın bir kenarında biriken çapak miktarında ve yüzey pürüzlülüğünde de artış olduğu saptandı. Ayrıca frezenin kesme mekaniği incelendi ve kalın camsı metal (KCM) ve WC helisel freze takımı (takım malzeme çifti) için belli bir kesme hızı aralığında mekanistik yöntem kullanılarak kesme sabitleri hesaplandı. Bu kesme sabitleri kullanılarak kanal frezelemede oluşan kuvvetler analitik olarak modellendi ve deneysel olarak ölçülen kuvvet değerleriyle karşılaştırıldığında %5'in altında bir hata oranıyla gerçek değerlere yaklaşıldığı görüldü.
Özet (Çeviri)
Metallic glasses were discovered over forty years ago when rapid quenching methods were first applied to Au-Si system. During the past several years, advances have been made in this field as a result of the discovery and development of several families of alloys with substantially improved glass forming ability. Whereas previous metallic glasses were generally formed by cooling the melt at rates of 105?106 K s-1, the more recently developed alloys require cooling rates of only 1?100 Ks-1 or less. As such, the new materials can be cast from the molten state into glassy objects with dimensions up to several centimeters as compared with maximum thickness or diameter of 10?100 ?m for rapidly quenched ribbons and powders. These new alloys are referred to as `bulk glass formers? or `bulk metallic glasses?.Bulk metallic glasses are amorphous alloys with no long-range periodic lattice structure, which exhibit unique mechanical, thermal, and magnetic properties. Metallic glasses are also called as amorph alloys and non-crystalline alloys. Most metals do crystallize as they cool. But if crystallization does not occur, and the atoms settle into a nearly random arrangement, the final form is a metallic glass. There are no grain boundary and dislocation in their structure therefore they exhibit superior properties when compared with similar crystalline structure metals. In recent years, production of new metallic glasses in bulk form is getting popular because of their superior strength, elasticity and magnetic properties. Thanks to new alloy systems, the production of bulk metallic glasses with thicker section has been achieved in recent years. Developments in BMG, designate it as a promising material in near future especially for strategic and structural applications. Beside their superior mechanical, elastic and magnetic properties, BMGs have characteristic wear and corrosion properties. These properties are high strength, high hardness, high strength/density ratio, no strain hardening, high wear and corrosion resistance and high elasticity.In this study, to investigate the machinability of Zr-based BMG (Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10), a set of drilling and milling experiments were conducted. During all experiments, piezoelectric dynomemeter and thermal camera were used to measure excited cutting forces and maximum temperatures, respectively. BMG having with a 6.5 mm diameter was casted by arc melting method and machined after cut to 2 mm thickness disks. No chip light emission was observed during all the tests.Drilling experiments were conducted at constant spindle speed and at different feed rates by using different tool materials. Spindle speed was 2500 rpm and tool materials were TiAlNi coated Solid-WC, uncoated MG-WC and HSS. The chip and burr morphology were examined by SEM. Two types of chip morphology (ribbon shape snarled and helical shape snarled) and crown shaped exit burr formation are observed in drilling of BMG. Best results on exit burr formation, minumum temperature and hole surface roughness is obtained while using MG-WC tool on BMG drilling.Milling experiments were conducted at constant axial depth of cut and spindle speed. Spindle speed and axial depth of cut were 5000 rpm and 0.5 mm, respectively. Two different tool paths, spiral and slot milling, were used. Slot milling was selected to simplfy the cutting mechanics analysis. Spiral milling was preferred to use the limited BMG efficiently by creating the longest possible tool path. Two different tool materials, WC and HSS, cut the work material during the experiments. The chip and burr morphology were examined by SEM and optic microscope. Cutting mechanics of helical end mill was investigated for a specified cutting speed range and the cutting coefficients for BMG-WC workpiece-tool pair were identified by using mechanistic approach. Cutting forces of slot milling were modeled analytically by using cutting coefficients and were compared with the experimentally measured forces. The results converge to the real values with less than %5 error.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of zirconium based bulk amorphous alloys
Zirkon esaslı iri ve hacimli camsı alaşımların üretimi ve nitelendirilmesi
İLKAY SALTOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEDAT AKDENİZ
PROF. DR. AMDULLA MEKHRABOV
- Al2O3 ZrO2 CeO2 kompozitlerinin spark plazma sinterleme (SPS)yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al2O3 ZrO2 CeO2 composites by spark plasma sintering (SPS)
BETÜL ZEYNEP BİLGİÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Molibden ve alaşımlarının işlenebilirliğinin incelenmesi
Investigation of the machinability of molybdenum and its alloys
HÜSEYİN GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÇİFTÇİ
- H-BN ilavesinin zirkonya ile toklaştırılmış alumina seramiklerinin mekanik ve biyouyumluluk özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of h-BN addition on the mechanical and biocompatibility properties of zirconia toughened alumina ceramics
GÖKÇE ATA BÜYÜKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Titanyum alaşımlarının ısıl işlem ve mekanik özellikleri
Heat treatments and mechanical properties of titanium alloys
ALPTEKİN İŞLER