İçindekiler

Nikel bazlı alaşımların işlenmesi

Havacılık ve uzay sanayiinde, otomotiv sanayiinde veya elektrik üretimindeki birçok bileşende olduğu gibi, çok yüksek termal ve mekanik yüklerin hakim olduğu yerlerde, genellikle nikel bazlı alaşımlardan yapılan bileşenler kullanılır. 

Nikel bazlı alaşımlar nedir?

Nikel bazlı alaşımlar, ana bileşeni ağır metal nikel olan, en az bir başka kimyasal elementle (genellikle bir eritme işlemi vasıtasıyla) üretilen malzemelerdir. Nikel-bakır, nikel-demir, nikel-demir-krom, nikel-krom, nikel-molibden-krom, nikel-krom-kobalt, (%99,9'a kadar nikel içeriği ile) düşük alaşımlı nikel alaşımları ve diğer çok bileşenli alaşımlar kullanım alanı bulutlar. 

Dövülebilir alaşımlar ve döküm alaşımlar

Genel olarak, nikel bazlı alaşımlar iki gruba ayrılır: Dövülebilir alaşımlar ve döküm alaşımlar. Dövülebilir alaşımlar türbin yapımında diskler ve halkalar için kullanılır ve özellikleri nedeniyle 730 santigrat dereceye kadar bir sıcaklık aralığı için uygundur. Döküm alaşımlar ise, temel olarak yüksek termomekanik yüklere ve karmaşık geometriye sahip bileşenler için kullanılır. Burada, bileşenler, polikristalin bir yapı ile nihaî şekline yakın bir şekilde dökülür ve sadece az miktarda mekanik işlemeye tabi tutulur. 

Nikel bazlı alaşımların özellikleri

Özellikle, popüler nikel-krom alaşımları, yaklaşık 750 santigrat dereceye kadar aşırı ısı direnci ile öne çıkar, böylece erime noktasına yakın kalıcı sıcaklıklarda bile yüklere dayanabilirler. Aynı zamanda, yüksek elastikiyet ve çekme mukavemetinin yanı sıra, iyi soğuk şekillendirilebilirlik ve yüksek korozyon direnci ile düşük ısıl iletkenlik de gösterirler. Düşük yoğunluk, yüksek kimyasal direnci ve aşınmaya yüksek dayanıklılığı, bu alaşımları, alüminyum ve çeliğin kararsız olduğu yüksek sıcaklık uygulamaları için özellikle ilgi çekici hale getirir.

Öte yandan, mekanik işlemeyi zorlaştıran tam da alaşımların bu iyi uygulama özellikleridir: Takım ömrü kısaysa, yalnızca nispeten düşük kesme hızları kullanılabilir. Kaplamasız karbür takımlarla alüminyum işlenirken, birkaç günlük takım ömrü yaygındır, küresel grafitli dökme demirde bu yaklaşık bir saate düşer ve nikel bazlı alaşımlarda ise takım ömrü sadece beş ila on dakika arasındadır. 

Nikel bazlı alaşımlar için kesici uç kaliteleri

Hız çeliği

Yüksek hızlı çelik (HSS: High-Speed-Steel), yüksek tokluğundan dolayı, frezeleme, diş açma, broşlama ve oluk açma gibi darbeli kesim uygulamaları için nikel bazlı alaşımların işlenmesinde kullanılır. Nikel bazlı alaşımlar söz konusu olduğunda, 5 m/dak ile 10 m/dak aralığındaki kesme hızları uygulanabilir. HSS'nin tokluğu nedeniyle diş beslemeleri 0,1 mm ile 0,16 mm aralığında nispeten yüksek seçilebilir.

Karbür

Karbürler (HM), yumuşak bir metal bağlama fazına gömülü olan metalik karbitlerden, genellikle tungsten karbitten oluşur ve dolayısıyla kompozit malzemeler grubundadır. Kural olarak, karbür takımlar, nikel bazlı alaşımlar işlerken, 20 m/dak ile 40 m/dak aralığındaki nispeten düşük kesme hızlarında olan kullanılırlar. Daha yüksek kesme hızları, kesici uç kalitesinin hızlı bir şekilde aşırı yüklenmesine neden olur ve bu nedenle çoğu durumda proses emniyetli bir şekilde kullanılamaz. 

Bor nitrit

Kübik bor nitrit (cBN), elmastan sonra bilinen en sert ikinci malzemedir. Bu nedenle seramikten daha sert, aşınmaya daha dayanıklı ve daha pahalıdır. CBN'nin özelliklerinden dolayı tornalamada yüksek kesme hızları kullanılabilir. CBN, nikel bazlı alaşımları frezelemek için kullanılmaz. Buna karşılık Inconel 718'i tornayla işlemede kullanılır. Kesme hızı olarak 400 m/dak ile 600 m/dak aralığı tavsiye edilir. TiAlN kaplamalı karbür takımlarla doğrudan karşılaştırıldığında, cBN 50 m/dak vc kesme hızında %100 daha uzun takım ömrüne sahiptir. Kararsız yapıların finiş tornalanması için cBN, endüstriyel kullanımda ilk tercihtir. 

Seramik

Kesme seramikleri, bağlayıcı eklenmeden seramik tozlarından sinterlenir. DIN ISO 513 seramik kesici takımları beş gruba ayırır:

CA = Seramik kesici takım, ana bileşen alüminyum oksit (Al2O3)

CM = Seramik karışımı, ana bileşen alüminyum oksit (Al2O3), oksitler dışındaki bileşenlerle birlikte

CN = Silisyum nitrür seramik, ana bileşen silisyum nitrit (Si3N4 )

CR = Kıl takviyeli seramikler, seramik kesici takımlar, ana bileşen alüminyum oksit (Al2O3)

CC = Seramik kesici takımlar, yukarıdakilerin tümü, ancak kaplamalı

Seramik takımlar, ısıya dayanıklı süper alaşımların (HRSA) frezelenmeleri sırasında oluşan yüksek sıcaklıklarda bile sertliklerini korurlar. Böylece, yekpare karbür takımlara kıyasla 20 ila 30 kat daha fazla hıza ulaşılabilir.

Seramik kesici uç kalitelerinin ilk kullanıldıkları yerler torna tezgâhlarıdır. Termal yüklenme, torna işlemlerinde nispeten sabit kalır. Ancak frezeleme sırasında kesme kenarındaki sıcaklık, kesim darbeli olduğundan değişir. Sürtünme ve soğutma arasındaki ani sıcaklık değişimi kesici ağza yük bindirir. Takımın soğutulmasından kaynaklanan bir termal şoku önlemek için, seramik kesici ağızlarla frezeleme yapılırken soğutucu yağlama maddeleri olmadan çalışılır. SiAlON seramikleri (silikon-alüminyum oksit-nitrit) genellikle sıcaklık dalgalanmalarına karşı kıl takviyeli seramiklere göre daha az hassastır, bu nedenle frezeleme işlemleri için daha iyi bir seçimdir. 

Seramik kesici ağızlı frezeleme için temel gereksinim, mili bazı durumlarda 10.000 1/dak devir sayısının üzerine çıkarabilen yüksek hızlı freze makineleridir, bu da takımlar için ek bir zorluk anlamına gelmektedir.

Seramik değiştirilebilir kesici uçlu takım sistemleri piyasada çeşitli şekillerde bulunmakta ve sanayide kullanılmakta iken, 16 mm'den küçük takım çapına sahip frezeleme takımları belirtilen nedenlerden dolayı henüz çok yaygın değildir. Bu alanda yüksek hız çeliğinden ve karbürden yapılan takımların uzun bir süredir alternatif yoktu.

Sıcaklığa bağlı kimyasal aşınmaya ek olarak, seramik kesici uç kalitelerinde genellikle kesici ağızlarda talaş yapışması gerçekleşir: İşleme bölgesinde oluşan ısıda, kesici uç kalitesinin yüzeyiyle birleşen metal buharlar oluşur - ayrıldığında seramiğin parçaları pul pul dökülebilir.