Orta karbonlu DIN 41Cr4 çeliğin mikroyapısı, sertliği ve işlenebilirliği üzerine sıcak dövme ve soğutma koşullarının etkisinin değerlendirilmesi

Year 2023, Volume: 38 Issue: 1, 231 - 244, 21.06.2022

Barış Özlü Mahir Akgün Halil Demir

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.952713

Abstract

Bu çalışma, 41Cr4 ıslah çeliği ile sıcak dövme sonrası kumda ve havada soğutulan numunelerin kaplamalı karbür takımla tornalanmasında mikroyapı, sertlik ve kesme parametrelerinin tornalama performansı üzerine etkisine odaklanmaktadır. 41Cr4 orijinal malzemeyle kumda ve havada soğutulan numunenin mikroyapı, faz hesapları ve sertlik değişimleri değerlendirilmiştir. Tornalama deneyleri beş farklı kesme hızı, dört farklı ilerleme miktarı ve kesme derinliğinde gerçekleştirilmiştir. Tornalama performansı esas kesme kuvveti ve yüzey pürüzlülüğü üzerinden değerlendirilmiştir. Ayrıca, sertli ve mikroyapının ortalama esas kesme kuvvetine ve ortalama yüzey pürüzlülüğü ilişkisi değerlendirilerek kesici takım aşınmaları incelenmiştir. Sonuç olarak, sıcak dövme sonrası numunelerin soğuma ortamının sertlik ve mikroyapı üzerine önemli etkiye sahip olduğu görülmüştür. Numunelerin tornalanmasında en düşük esas kesme kuvveti orijinal malzemede 131,54 N iken, en yüksek kesme kuvveti havada soğutulan numunede 337,49 N olarak ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirildiğinde, en düşük yüzey pürüzlülüğü havada soğutulan numunede 0,505 µm iken, en yüksek yüzey pürüzlülüğü orijinal malzemede 1,793 µm ölçülmüştür. Sertliğin artması ve tane boyutunun küçülmesine bağlı olarak esas kesme kuvveti artarken, yüzey pürüzlülüğünün azaldığı görülmüştür. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) incelemelerinde Kesici takımlarda genel olarak yığıntı talaş ve kırılmaların oluştuğu görülmüştür.

Keywords

Sıcak dövme, mikroyapı ve sertlik, kesme kuvveti, yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması

References

• 1. Podgrajšek M., Glodež S., Ren Z., Failure analysis of forging die insert protected with diffusion layer and PVD coating, Surf. Coat. Technol., 276, 521-528, 2015.
• 2. Equbal M.I., Kumar R., Shamim M., Ohdar R.K., A grey-based Taguchi method to optimize hot forging process, Procedia Mater. Sci., 6, 1495-1504, 2014.
• 3. Milutinović M., Baloš S., Plančak M., Movrin D., Comparison of some mechanical properties and micro-topography of a component with non-axisymmetric geometry manufactured by cold orbital and hot forging, J. Mater. Process. Technol., 249, 179-192, 2017.
• 4. Groover M.P., Fundamentals of modern manufacturing: materials, processes and systems, 4th Edition, John Wiley & Sons Inc., ISBN: 978-0470-467002, 405-406, 2010.
• 5. Mills B., Redford A.H., Machinability of Engineering Materials, Applied Science Publishers, New York, 1993.
• 6. Özçatalbaş Y., Çeliklerin işlenebilirliği: kimyasal bileşim, mikroyapı, mekanik özellikler ve işlenebilirlik ilişkisi, J. Polytech., 23 (2), 457-482, 2020.
• 7. Ismail A., Zenasni R., Amine K.S.M, Ahmed S., Effect of tempering temperature on the mechanical properties and microstructure of low alloy steel DIN 41Cr4, Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 13 (1), 9-14, 2019.
• 8. Bayrak M., Ozturk F., Demirezen M., Evis Z., Analysis of tempering treatment on material properties of DIN 41Cr4 and DIN 42CrMo4 steels, J. Mater. Eng. Perform., 16, 597-600, 2007.
• 9. Özbek N.A., Saraç E., Temperleme ısıl işlem sıcaklıklarının AISI 4140 çeliği üzerine etkilerinin araştırılması, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7 (3), 1574-1586, 2019.
• 10. Kuntoğlu M., Aslan A., Pimenov D.Y., Giasin K., Mikolajczyk T., Sharma S., Modeling of cutting parameters and tool geometry for multi-criteria optimization of surface roughness and vibration via response surface methodology in turning of AISI 5140 steel, Materials, 13 (19), 1-21, 2020.
• 11. Özlü B., Demir H., Türkmen M., The effect of mechanical properties and the cutting parameters on machinability of AISI 5140 steel cooled at high cooling rates after hot forging, J. Polytech., 22 (4), 879-887, 2019.
• 12. Bengochea R., Lopez B., Gutierrez I., Effect of retained strain on the microstructural evolution during the austenite to ferrite transformation, Mater. Sci. Forum, 284, 201-208, 1998.
• 13. Kaynar A., Gündüz S., Türkmen M., Investigation on the behaviour of medium carbon and vanadium microalloyed steels by hot forging test, Mater. Des., 51, 819-825, 2013.
• 14. Lan Y.J., Li D.Z., Li Y.Y., Modeling austenite decomposition into ferrite at different cooling rate in low-carbon steel with cellular automaton method, Acta Mater., 52, 1721-1729, 2004.
• 15. Gündüz S., Karabulut H., Erden M.A., Türkmen M., Microstructural effects on fatigue behaviour of a forged medium carbon microalloyed steel, Mater. Test., 55, 865-870, 2013.
• 16. Özlü B., Investigation of the effect of cutting parameters on cutting force, surface roughness and chip shape in turning of Sleipner cold work tool steel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (3), 1241-1251, 2021.
• 17. Trent, E.M., Metal cutting, Butterworths Press, London, 1-171, 1989.
• 18. Zhao, J., Ai, X., Li, Z., Finite element analysis of cutting forces in high speed machining, Mater. Sci. Forum, 532-533, 753-756, 2006.
• 19. Gürbüz H., Şeker U., Kafkas F., AISI 316L çeliğinin tornalanmasında kesici takım formlarının yüzey bütünlüğü üzerine etkisi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (1), 225-240, 2020.
• 20. Çiftçi, İ., Östenitik paslanmaz çeliklerin işlenmesinde kesici takım kaplamasının ve kesme hızının kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkisi”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 20(2), 205-209, 2005.
• 21. M. Cemal Çakır, Modern Talaşlı İmalat Yöntemleri, Dora Yayıncılık, 2010.
• 22. Sreerama Reddy T.V., Sornakumar T., Venkatarama Reddy M., Turning studies of deep cryogenic treated P-40 tungsten carbide cutting tool inserts-technical communication. Mach. Sci. Technol., 13 (2), 269–281, 2009.
• 23. Kumar K.V.B.S.K., Choudhury S.K., Investigation of tool wear and cutting force in cryogenic machining using design of experiments, J. Mater. Process. Technol., 203, 95-101, 2008.
• 24. Zhang S.J., To S., Wang S.J., Zhu Z.W., A review of surface roughness generation in ultra-precision machining, Int. J. Mach. Tools Manuf., 91, 76-95, 2015.
• 25. Özlü B., Demir H., Türkmen M., Gündüz S., Examining the machinability of 38MnVS6 microalloyed steel, cooled in different mediums after hot forging with the coated carbide and ceramic tool, Proc. Inst. Mech. Eng., Part C: J. Mech. Eng. Sci., 1-12, 2021. doi.org/10.1177/0954406220984498
• 26. Gürbüz H., Şeker U., Kafkas F., Effects of cutting tool forms on the surface integrity in turning of AISI 316L stainless steel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 35 (1), 225-240, 2020.
• 27. Kaçal, A. Yıldırım F., PMD23 Çeliğinin tornalanmasında CBN kesici uçların kesme performansının yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması üzerindeki etkilerinin belirlenmesi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31(1), 181-189, 2016.
• 28. Akgün M., Demir H., Estimation of surface roughness and flank wear in milling of Inconel 625 superalloy, Surf. Rev. Lett., 2021. doi.org/10.1142/S0218625X21500116
• 29. Kara, F., Karabatak, M., Ayyıldız, M., Nas E., Effect of machinability, microstructure and hardness of deep cryogenic treatment in hard turning of AISI D2 steel with ceramic cutting, J. Mater. Res. Technol., 9(1), 969-983, 2020.
• 30. Özbek, N.A., Çiçek, A., Gülesin, M., Özbek, O., Evaluation of the machinability of AISI 304 and AISI 316 austenitic stainless steels, J. Polytech., 20(1), 43-49, 2017.
• 31. Akgün, M., Demir, H., Optimization of cutting parameters affecting surface roughness in turning of Inconel 625 superalloy by cryogenically treated tungsten carbide inserts, SN Appl. Sci., 2021. https://doi.org/10.1007/s42452-021-04303-2
• 32. Grzesik, W., Wear behaviour of mixed ceramic tools and deterioration of surface finish in the machining of an AISI 5140 hardened alloy steel, Int. J. Mach. Mach. Mater., 4, 51-62, 2008.
• 33. Özlü B., Demir H., Türkmen M., Gündüz S., Investigation of machinability of cooled microalloy stell in oil after the hot forging with coated and uncoated cbn cutting tools, Sigma J. Eng. & Nat. Sci., 36(4), 1165-1174, 2018.
• 34. Akgün M., Demir H., Çiftçi İ., Mg2Si partikül takviyeli magnezyum alaşımlarının tornalanmasında yüzey pürüzlülüğünün optimizasyonu, Politeknik Dergisi, 21(3), 645-650, 2018.
• 35. Pal, A., Choudhury, S.K., Chinchanikar, S., Machinability assessment through experimental investigation during hard and soft turning of hardened steel, Procedia Mater. Sci., 6, 80-91, 2014.