Effect of Machining on the Surface Roughness of 31CrMoV9 and 34CrAIMo5 Steels After Nitriding

Year 2021, Issue: 21, 410 - 415, 31.01.2021

Egemen Şahinoğulları , Hüseyin Murat Luş

https://doi.org/10.31590/ejosat.801595

Abstract

31CrMoV9 and 34CrAlMo5 are high-performance steels used in many industrial applications in which machines and components are exposed to high surface stresses and dynamic loads. Depending on the customer needs, these steels are first machined on CNC machines and then their surfaces are hardened by nitriding. After nitriding, grinding is needed to reduce the surface roughness values of the product according to the customer demand or the need of the production. Grinding is a chip removal process that uses an a grinding wheel as the cutting tool. However, one of the major drawback for grinding process is significant amount of processing costs. For some applications, such as pump drive shaft, it is foreseen that elimination of grinding step in workflow may reduce significantly cost item for the manufacturer. In this study, the machining parameters of hydraulic pump drive shafts produced from 31CrMoV9 and 34CrAlMo5 materials were changed before nitriding process and after nitriding no grinding process was applied and surface roughness after heat treatment was measured. In the final machining process, 54 hydraulic pump drive shaft samples made of both 31CrMoV9 and 34CrAlMo5 steel material were processed and the cutting edge moving value was used as a variable parameter. Thus, it was investigated whether it is possible to remove the grinding step after nitriding. According to the measurement results, it was observed that the surface roughness of the pump shafts made of both steel materials was negatively affected after the heat treatment, but this change was limited by changing the turning conditions. Finally, by removing the grinding process from the production process, it is aimed to shorten the total production time of the products and reduce the production cost.

Keywords

31CrMoV9, 34CrAlMo5, surface roughness, machining, turning, nitriding

31CrMoV9 ve 34CrAIMo5 Çeliklerinin Nitrürleme Sonrası Yüzey Pürüzlüğüne Talaşlı İmalatın Etkisi

Abstract

31CrMoV9 ve 34CrAlMo5, makine parçalarının, yüksek yüzey gerilimlerine ve dinamik yüklere maruz kaldığı birçok endüstriyel uygulamada kullanılan yüksek performanslı çeliklerdir. Müşteri ihtiyacına bağlı olarak bu çelikler önce CNC tezgahlarda işlenir ve daha sonra yüzeyleri nitrürleme ile sertleştirilir. Nitrürlemeden sonra, müşteri talebine veya üretim ihtiyacına göre ürünün yüzey pürüzlülük değerlerini düşürmek için taşlama yapılması gerekmektedir. Taşlama, kesici alet olarak bir taşlama taşı kullanan az miktarda talaş kaldırma işlemidir ve özellikle silindirik parçalar da yüzey kalitesini iyileştirmek için tercih edilir. Bununla birlikte, taşlama işleminin en büyük dezavantajlarından biri, önemli miktarda işlem maliyetidir. Bu nedenle pompa tahrik mili gibi bazı uygulamalarda, iş akışında taşlama adımının ortadan kaldırılmasının imalatçı için önemli maliyet kalemini azaltabileceği öngörülmektedir. Bu çalışmada, 31CrMoV9 ve 34CrAlMo5 malzemelerinden üretilen hidrolik pompa tahrik millerinin işleme parametreleri, nitrürleme işlemi öncesi değiştirilmiş ve nitrürleme sonrasında herhangi bir taşlama işlemi uygulanmamış ve ısıl işlem sonrası yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. Son işleme sürecinde, 31CrMoV9 ve 34CrAlMo5 çelik malzemeden yapılan 54 adet hidrolik pompa tahrik mili numunesi işlenmiş ve değişken bir parametre olarak kesici kenar ilerleme hızı kullanılmıştır. Böylece nitrürlemeden sonra taşlama adımının kaldırılmasının mümkün olup olmadığı araştırılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre her iki çelik malzemeden imal edilen pompa şaftlarının yüzey pürüzlülüğünün ısıl işlem sonrasında olumsuz etkilendiği ancak bu değişimin dönüş koşullarının değişmesiyle sınırlı kaldığı görülmüştür. Böylece toplam üretim süresinin kısaltılması ve üretim maliyetinin düşürülmesi hedeflenmektedir.

Keywords

31CrMoV9, 34CrAlMo5, yüzey pürüzlülüğü, talaşlı işleme, tornalama, nitrürleme

References

• Farokhzadeh K., Edrisy A. Surface Hardening by Gas Nitriding. Comprehensive Materials Finishing, ed.;Hashmi S.; Elsevier: Oxford, GB, 2017; Volume 2, pp. 107-136.
• Pye, D. Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing, ASM International: Materials Park, Ohio, USA, 2003.
• Machlet, A. U.S. Patent 1,092,925, 24 June 1913.
• Surface Hardening of Steels: Understanding the Basics, First edition; ed.; Davis, J.R.; ASM International: Materials Park, Ohio, USA, 2003.
• Yang, M., “Nitriding-Fundamentals, Modeling and Process Optimization”, Ph.D Thesis, Worcester Polytechnic University Materials Science & Engineering, Worchester, 2012.
• Schneider M.J., Chatterjee M.S. Introduction to Surface Hardening of Steels. Steel Heat Treating Fundamentals and Processes: ed. Dossett J., Totten E.; ASM Handbook: USA, 2013; Volume 4A, pp. 389-398.
• Güllü Abdulkadir, “Silindirik Taşlamada İstenen Yüzey Pürüzlüğünü Elde Etmek İçin Taşlama Parametrelerinin Bilgisayar Yardımıyla Optimizasyonu”, Ph.D. Thesis, Gazi University Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara, 1995.
• Bayrak Mustafa, “Ç1020, Ç1040 ve 9SMnPb28 Çeliklerinin Talaşlı İşlenmesinde Yüzey Pürüzlülüğün Uzman Sistemle Hesaplanan Değerlerinin Deneysel Değerlerle Karşılaştırılması”, M.S. Thesis, Gazi University Graduate School of Natural and Applied Sciences, Ankara, 2002.
• TS 2040 EN ISO 1302, Geometrik mamul özellikleri (GMÖ) - Teknik mamul dokümantasyonunda yüzey durumlarının gösterilişi, 2005.
• Black J. T., Kohser R. A. DeGarmo's Materials and Processes in Manufacturing, 10th Edition; Wiley: New York, USA, 2007.
• Ratnam, M.M. Factors Affecting Surface Roughness in Finish Turning. Comprehensive Materials Finishing, ed.;Hashmi S.; Elsevier: Oxford, GB, 2017; Volume 1, pp. 1-25.
• Groover M. P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems 4th Edition, Wiley: New York, USA, 2010.
• Aydın, İ., Çolakoğlu, G. Odun yüzeylerinde pürüzlülük ve pürüzlülük ölçüm yöntemleri. Artvin Orman Fakültesi Dergisi, 2003, 1( 2), pp. 92-102.
• TS 6956 EN ISO 4287, Geometrik Mamul Özellikleri (GMÖ) – Yüzey Yapısı: Profil Metodu - Terimler, Tarifler ve Yüzey Yapısı Parametreleri, Ankara: Türk Standartları Enstitüsü, 2004.
• Bosch Rexroth, Ürün grupları. Available online: www.boschrexroth.com/en/xc/products/product-groups/mobile-hydraulics/index (accessed on 11 January 2019).
• Steel Grades, Datasheet for Steel Grades Structure Steel EN 31CrMoV9 Available online: www.steel-grades.com (accessed on 29 October 2018).
• Steel Grades, Datasheet for Steel Grades Structure Steel EN 34CrAlMo5 Available online: www.steel-grades.com (accessed on 19 November 2018).
• Sandvik Coromant, Ürünler, Available online: https://www.sandvik.coromant.com/tr-tr/products (accessed on 15 January 2019).