Geri Dön

Şekil hafızalı NiTi alaşımın kriyojenikişlem uygulanmış takımlarla işlenebilirliği

Machinability of NiTi shape memory alloy bycryogenically treated tools

PDF İndir

  1. Tez No: 682134
  2. Yazar: EMRE ALTAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN GÖKKAYA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Karabük Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 220

Özet

Akıllı malzemeler, dış uyarıcıya maruz kaldıklarında özelliklerini değiştirme kabiliyetine sahip malzemelerdir. Akıllı malzeme grubundan olan ve şekil hafızalı alaşımlar (ŞHA) içerisinde yaygın olarak kullanılan Nikel Titanyum (NiTi) alaşımının, sahip olduğu benzersiz özellikleri nedeniyle, havacılık, otomotiv, tekstil ve biyomedikal alanında kullanımı giderek artmaktadır. NiTi ŞHA'ların şekil hafızası, yüksek süneklik ve deformasyon sertleşmesi, çapak ve beyaz tabaka oluşumu ile süperelastisite etkileri bu numunelerin talaşlı imalat ile şekillendirilmelerini zorlaştırmaktadır. Yapılan çalışmada, NiTi ŞHA'ın yüzey frezeleme operasyonunda, sığ (-80 ºC) ve derin (-196 ºC) kriyojenik ısıl işlem uygulanmış (KİU) kaplamalı ve kaplamasız karbür kesici takımlarla, bor katkılı (EG+%5BX) ve etilen glikol (EG) kesme sıvıları ile minimum miktarda yağlama (MQL-Minimum Quantity Lubrication) şartlarında, farklı işleme parametrelerinde işlenebilirliği araştırılmıştır. Kesici takım v olarak kaplamasız tungsten karbür (H13A), fiziksel buhar biriktirme (PVD-Physical Vapor Deposition) yöntemiyle TiAlN kaplanmış tungsten karbür (S30T) ile kimyasal buhar biriktirme (CVD-Chemical Vapor Deposition) yöntemiyle TiN/Al2O3/TiCN kaplanmış tungsten karbür (S40T) kullanılmıştır. Kesme deneylerinde işleme parametresi olarak üç farklı kesme hızı (20, 35 ve 50 m/dak), ilerleme oranı (0.03, 0.07 ve 0.14 mm/diş) ve sabit kesme derinliği (0.7 mm) kullanılmıştır. Yapılan yüzey frezeleme işlemleri sonucunda işleme parametrelerindeki değişime bağlı olarak ortalama yüzey pürüzlülüğü, bileşke kesme kuvveti, yanak aşınması ve yüzey bütünlüğü incelenmiştir. Yüzey bütünlüğü; işlenmiş yüzey katmanlarının mikroyapı, mikrosertlik ve mevcut fazları açısından değerlendirilmiştir. Deneyler; Taguchi L27 orthogonal dizinine göre gerçekleştirilmiş, ortalama yüzey pürüzlülüğü, bileşke kesme kuvveti ve yanak aşınması üzerine etki eden faktörler ve bu faktörlerin etki dereceleri varyans analizi (ANOVA-Analysis of Variance) ile belirlenmiştir. Yüzey frezeleme işlemlerinde en düşük ortalama yüzey pürüzlülüğü, bileşke kesme kuvveti ve yanak aşınmasını sağlayan optimum işleme parametrelerini belirlemek için Taguchi metodu ile çok kriterli karar verme (ÇKKV) yöntemleri kullanılmıştır. ÇKKV yöntemleri olarak gri ilişkisel analiz (GRA-Gray Relational Analysis), ideal çözüm benzerliğine göre tercih sıralaması tekniği (TOPSIS-The Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) ve karmaşık oransal değerlendirme (COPRAS-Complex Proportional Assessment) teknikleri kullanılmış olup, elde edilen sonuçlar birbiri ile karşılaştırılmıştır. Aşınmış takımlar üzerinden taramalı elektron mikroskobu (SEMScanning electron microscope) ile görüntü alınarak aşınma tipi ve mekanizmaları belirlenmiştir. Yapılan X ışını kırınım (XRD-X-ray Diffraction) analizleri ile kesici takımlardaki ve numunelerdeki faz dönüşümleri incelenmiştir. Yapılan yüzey frezeleme işlemleri sonrasında uygulanan Taguchi ve ÇKKV yöntemleri sonucunda, NiTi ŞHA'ın işlenmesi sırasında en düşük ortalama yüzey pürüzlülüğü, bileşke kesme kuvveti ve yanak aşınmasını sağlayan optimum işleme şartları, derin KİU CVD kaplamalı S40T karbür kesici takım ile EG+%5BX kesme sıvısı kullanılarak yüksek kesme hızı (50 m/dak) ve düşük ilerleme oranında (0.03 mm/diş) elde edilmiştir. Karbür kesici takım üzerine kaplama uygulaması, kriyojenik ısıl işlem sıcaklığının artırılması, EG+%5BX kesme sıvısı kullanılması, kesme hızının artırılması ve ilerleme oranının azaltılması ortalama yüzey pürüzlülüğünü, bileşke kesme kuvvetini ve yanak aşınmasını azaltmıştır. Derin KİU kesici takım kullanılmasıyla, kriyojenik ısıl işlem vi uygulanmamış (KİUY) kesici takıma göre ortalama yüzey pürüzlülüğünde % 7, bileşke kesme kuvvetinde % 6, yanak aşınmasında ise % 12 iyileşme sağlamıştır. CVD kaplamalı S40T kesici takımlar kullanılarak, H13A kesici takımlara göre ortalama yüzey pürüzlülüğünde % 17, bileşke kesme kuvvetinde % 9, yanak aşınmasında ise % 24 iyileşme elde edilmiştir. EG+%5BX kesme sıvısının kuru kesme şartlarına göre kullanımında ortalama yüzey pürüzlülüğünde % 20, bileşke kesme kuvvetinde % 11, yanak aşınmasında ise % 26 iyileşme elde edilmiştir. Deney çıktı değişkenleri üzerinde en etkili işleme parametresinin ilerleme oranı olduğu belirlenmiştir. Kesici takımlarda baskın aşınma tipleri yanak aşınması ve yığıntı talaş oluşumu olarak gözlenmiştir. Yüzey bütünlüğü analizlerinde işlenmiş yüzeyde en yüksek mikrosertlik değeri işlenmiş yüzey altında mikroyapının en fazla deformasyona uğradığı bölgede, en düşük mikrosertlik değeri ise en az deformasyona uğramış bölgede tespit edilmiştir. Anahtar Sözcükler : NiTi şekil hafızalı alaşım (ŞHA), frezeleme, yüzey bütünlüğü, kriyojenik ısıl işlem, kesme performansı ve aşınma davranışı.

Özet (Çeviri)

Smart materials are the materials which have the ability of changing their properties when they subject to an external activator. Usage of nickel-titanium (NiTi) alloy, which is from the group of smart materials and highly used among shape memory alloys (SMAs), increases gradually in aviation, automotive and biomedical fields due to their unique properties. Shape memory effect, high ductility and deformation hardening of the NiTi SMAs together with chip and white layer formation makes machinability of these materials difficult. In this study, machinability of NiTi SMAs was investigated with shallow (-80 ºC) and deep (-196 ºC) cryogenic heat treated, coated and uncoated carbide cutting tools with boron added (EG+%5BX) and ethylene glycol (EG) cutting fluids under minimum quantity lubrication (MQL) conditions at different machining parameters. As cutting tools, uncoated tungsten carbide (H13A), TiAlN coated tungsten carbide (S30T) by PVD method and TiN/Al2O3/TiCN coated tungsten carbide cutting tools by CVD method were used. The cutting experiments viii were carried out at machining parameters of three different cutting speeds (20, 35 and 50 m/min), feed rates (0.03, 0.07 and 0.14 mm/rev) and constant cutting depth (0.7 mm) were used. As a result of the face milling processes performed, mean surface roughness, resultant cutting force, flank wear and surface integrity were investigated depending on the change in machining parameters. Surface integrity was evaluated in terms of microstructure, microhardness and existing phases of surface layers. The experiments were performed according to L27 orthogonal array of Taguchi. The factors affecting mean surface roughness, resultant cutting force and flank wear and the level of influence of these factors were determined by analyze of variance (ANOVA). In order to determine the optimum cutting parameters providing minimum mean surface roughness, resultant cutting force and flank wear, Taguchi method and multi criteria decision making (MCDM) methods were used. GRA (Gray Relational Analysis), TOPSIS (The Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) and COPRAS (Complex Proportional Assessment) were used as MCDM methods, the results obtained were compared with each other. Wear types and mechanisms were determined by taking images on the worn tools using scanning electon microscope (SEM). Phase transformations in cutting tools and workpiece were investigated by Xray diffraction (XRD) analysis. As a result of Taguchi and MCDM methods applied after face milling processes, optimum cutting conditions providing minimum mean surface roughness, resultant cutting force and flank wear during machining of NiTi SMA were obtained with deep cryogenic heat treated, CVD coated S40T carbide cutting tool using EG+%5BX cutting fluid at high cutting speed (50 m/min) and low feed rate (0.03 mm/rev). To deposit a hard coating on carbide cutting tool, to increase the cryogenic heat treatment temperature, to use the EG+%5BX cutting fluid, to increase the cutting speed and to decrease feed rate decreased the mean surface roughness, the resultant cutting force and the flank wear. Deep cryogenic heat treated cutting tool provided an improvement of 7 % in mean surface roughness, 6 % in resultant cutting force and 12 % in flank wear compared to the untreated tools. Using the CVD coated S40T cutting tools, an improvement of 17 % in mean surface roughness, 9 % in resultant cutting force and 24 % in flank wear compared to the H13A cutting tools. By usage of the EG+%5BX cutting fluid, an improvement of 20 % in mean surface roughness, 11 % in resultant cutting force and 26 % in flank wear were obtained compared to dry cutting conditions. The most influential factor on experiment ix response variables was determined as the feed rate. The dominant wear types on cutting tools were observed as flank wear and build-up-layer formation. In surface integrity analysis, the highest microhardness on the machined surface was determined in the zone subjected to highest deformation under the machined surface, while the lowest one in the zone subjected to the least deformation. Key Word : NiTi shape memory alloy (SMA), milling, surface integrity, cryogenic heat, cutting performance and wear behavior

Benzer Tezler

  1. Tez No

    534331

    Şekil hafızalı NiTi alaşımın talaşlı imalatı sonrası yüzey bütünlüğü karakteristiklerinin incelenmesi

    Investigation of machining-induced surface integrity characteristics of NiTi shape memory alloy

    ÖZHAN KITAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YUSUF KAYNAK

  2. Tez No

    895117

    Biyomalzeme olarak niTi alaşımının kaplanması sonrasında yüzey ve yapısal özelliklerinin araştırılması

    Investigation of surface and structural properties of coated niTi alloy as a biomaterial

    AHMET SEMİH KIŞLA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SİNAN AKSÖZ

    PROF. DR. CEM GÖK

  3. Tez No

    789270

    Two parameter characterization of edge cracked NiTi shape memory alloy under plane strain conditions

    Kenar çatlaklı NiTi şekil hafızalı alaşımın düzlemsel geriınim altında iki parametreli karakterizasyonu

    OĞUZHAN FİKRİ MERDE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAN ALKAN

  4. Tez No

    356956

    Evaluation of fracture parameters of niti shape memory alloy using digital image correlation

    Niti şekil hafızalı alaşımın kırılma parametrelerinin dijital gürüntü korelasyon kullanılarak değerlendirilmesi

    NİMA SHAFAGHİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Makine MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ

  5. Tez No

    459398

    Effect of loading rate on fracture of NiTi

    NiTi şekil hafızalı alaşımın kırılma davranışı üzerine yükleme hızının etkisi

    FATMA MUTLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ

Geri Dön