Investigation Machinability of Rene 41 Superalloy in Turning Method

Abstract

Superalloys are widely used in the aerospace industry due to their high temperature resistance, high frictional strength and high corrosion resistance. In this study, the cutting forces, surface roughness and tool wear obtained as a result of turning of Nickel-based Rene 41 super alloy were evaluated. TiAlN coated cemented carbide cutting tools were used as cutting tools. Five different cutting speeds (15, 20, 30, 40, 45 and 60 m/min), constant cutting depth (1 mm) and constant feed rate (0.10 mm/rev) were selected as cutting parameters in the study. As a result of the study, it was observed that increasing cutting speeds decreased the cutting force. While the highest cutting forces occurred at 20 m/min cutting speed for Fc and Ff, it was measured at 15 m/min cutting speed for Fr. It is seen that the forces exhibit a decreasing trend up to 45 m/min cutting speed in all three forces. The best surface roughness value was obtained at the lowest cutting speed. While the average surface roughness Ra value was measured as 0.996 µm at a cutting speed of 15 m/min, it was measured as 1.97 µm with an increase of 98% at a cutting speed of 60 m/min. If we look at the general trend, it is seen that there is a 31% increase from 15 m/min cutting speed to 45 m/min cutting speed. As with the cutting forces, the surface roughness increased excessively with the increase of the cutting speed to 60 m/min.

Keywords

• Machinability
• Rene 41
• Tool wear
• Surface roughness
• Cutting force

Rene 41 Süper Alaşımının Tornalama Yöntemiyle İşlenebilirliğinin Araştırılması

Abstract

Süper alaşımlar yüksek sıcaklığa karşı direnci olan ve yüksek sürünme dayanımları ile korozyona karşı direncinin yüksek olması sebebiyle uzay ve havacılık sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada Nikel esaslı Rene 41 süper alaşımının tornalanması sonucunda elde edilen kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülükleri ve takım aşınması değerlendirilmiştir. Kesici takım olarak Fiziksel Buhar Biriktirme yöntemi ile TiAlN kaplanmış sementit karbür kesici takımlar kullanılmıştır. Çalışmada kesme parametreleri olarak beş farklı kesme hızı (15, 20, 30, 40, 45 ve 60 m/dak), sabit kesme derinliği (1 mm) ve sabit ilerleme hızı (0.10 mm/dev) seçilmiştir. Çalışma neticesinde artan kesme hızlarının kesme kuvvetini düşürdüğü görülmüştür. En yüksek kesme kuvvetleri (Fc) ve ilerleme kuvveti (Ff) için 20 m/dak kesme hızında oluşurken, radyal kuvvet (Fr) için 15 m/dak kesme hızında ölçülmüştür. Üç kuvvette de 45 m/dak kesme hızına kadar kuvvetlerin düşüş eğilimi sergilediği görülmektedir. En iyi yüzey pürüzlülük değeri en düşük kesme hızında elde edilmiştir. 15 m/dak kesme hızında ortalama yüzey pürüzlülüğü (Ra) değeri 0.996 µm ölçülürken, 60 m/dak kesme hızında %98 artış göstererek 1.97 µm ölçülmüştür. Genel eğilime bakılacak olursa 15 m/dak kesme hızından 45 m/dak kesme hızına kadar %31’lik artışın olduğu görülmektedir. Kesme kuvvetlerinde de olduğu gibi kesme hızının 60 m/dak kesme hızına çıkışı ile yüzey pürüzlülüğünün aşırı artması söz konusu olmuştur.

Keywords

• işlenebilirlik
• Rene 41
• takım aşınması
• yüzey pürüzlülüğü
• kesme kuvveti

References

1. D. Tali, H. Gaşan, M. Güleşen, S. Gürgen, M.C. Kuşhan, Nikel esaslı süperalaşım Rene 41’in tornalama işlemi, The IIER International Conference Czech Republic, Prague, 2017.
2. E. O. Ezugwu, J. Bonney, Y. Yamane, An overwiev of the machinability of aeroengine alloys, Journal of Materials Processing Technology, 134(2): 233-253, 2003.
3. E. O. Ezugwu, Z.M. Wang, A.R. Machado, The machinability of nickel-based alloys: a review, Journal of Materials Processing Technology, 86(1-3): 1-16, 1999.
4. A. Güllü, Ş. Karabulut, Dynamic chip breaker design for Inconel 718 using positive angle tool holder, Materials Manufacturing Processes, 23(8): 852-857, 2008.
5. N. Richards, D. Aspinwall, Use of ceramic tools for machining nickel-based alloys, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 294: 575–588, 1989.
6. A. Altin, M. Nalbant, A. Taskesen, The effects of cutting speed on tool wear and tool life when machining Inconel 718 with ceramic tools, Materials and Design, 28(9): 2518–2522, 2007.
7. D.G. Thakur, Br.L. Vijayaraghavan, Machinability investigation of Inconel 718 in highspeed turning, The International Journal of Advanced Manufacturing Techonology, 45(5–6): 421-429, 2009.
8. D. Tali, Rene 41 süperalaşımının işlenebilirliğinin farklı torna parametrelerinde incelenmesi, Doktora Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Türkiye, 2016.

9. E.J. Vermilyea, E.D. Green, W.L. Carr. Fabricability of Materials R-235, L-605, Rene 41, M-252 and J-1650 as Pertaining to Part No. 8-26054. General Dynamıcs/Convaır San Dıego Calif, 1961.
10. Z. Norman, M. Field, V.A. Tipnis, R.C. Garrison, J.D. Christopher, Establishment of Production Machinability Data. Metcut Research Associates Inc. Cincinnati Ohio, 1975.
11. H.P. Hack, Mechanical, Corrosion and Fatigue Properties of 15-5 PH, Inconel 718, and Rene 41 Weldments, David W. Taylor Naval Ship Research And Development Center Bethesda Md., 1975.
12. S.R. Singh, R.G. Mote, S.K. Mishra, The effect of microstructures and precipitates (γ', γ ″, δ) on machinability of Inconel-718 nickel-based superalloy in turning process, Journal of Manufacturing Processes, 82:374-389, 2022.
13. D. Palanisamy, K. Lakshmikala, D. Umapathi, Machinability studies on nickel based super alloys using cryo-treated tungsten carbide inserts, Materials Today: Proceedings, 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.08.017
14. C. Djordje, D. Kramar, Machinability investigation and sustainability analysis of high-pressure coolant assisted turning of the nickel-based superalloy Inconel 718, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2022. https://doi:10.1177/09544054221092939
15. G. Uzun, S. Yağmur, İ. Korkut, U. Şeker, Hastelloy X süper alaşımının tornalanmasında kriyojenik işlem uygulanan PVD ve CVD kaplamalı takımların performansının incelenmesi, Tasarım ve Teknoloji, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C, 5(2): 231–239, 2017.
16. G. Uzun, S.A. Yaşar, İ. Korkut, Ti-6Al-4V alaşımının delinmesinde kesme parametrelerinin kesme kuvvetlerine ve delik kalitesine etkisinin incelenmesi, Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 7(2): 469–475, 2017.
17. F. Okay, S. Islak, Y. Turgut, Investigation of machinability properties of aluminium matrix hybrid composites, Journal of Manufacturing Processes, 68: 85-94, 2021.
18. Y. Özçatalbaş, Kesici takım aşınması ve iş malzemesi mekanik özelliklerinin yüzey pürüzlülüğü ve kesme kuvvetlerine etkisi, Politeknik Dergisi, 4: 47-52, 2002.
19. E. Kaya, B. Akyüz, Effects of cutting parameters on machinability characteristics of Ni-based superalloys, Open Engineering, 7: 330–342, 2017.