Yüksek Manganlı Östenitik Çeliğin Tornada İşlenmesinde Yüzey Pürüzlülüğü, Takım Aşınması ve Talaş Formunun İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada yüksek manganlı östenitik çeliğin işlenmesinde yüzey pürüzlülüğü, takım aşınması ve talaş formunun incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla üç farklı kesme hızı, iki farklı ilerleme ve üç farklı kesme derinliği uygulanarak tornalama yöntemi ile işleme deneyleri gerçekleştirilmiştir. İşleme deneyleri sırasında yüzeylerin pürüzlülük ölçümleri gerçekleştirilmiş ve her deneyde kullanılan kesici takımların mikroskop görüntüleri çekilmiştir. Tornalama sırasında çıkan talaşlardan örnekler alınarak incelenmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen verilere göre seçilen tüm kesme parametrelerinin farklı etkileri olduğu görülmüştür. Yüzey pürüzlülük değerleri genel olarak, kesme derinliğinin artmasıyla yükselirken, kesme hızının artmasıyla azalmıştır. İlerleme değerinin iki katına çıkmasıyla, literatürün aksine pürüzlülük miktarlarında beklenilen artışlar meydana gelmemiştir. Kesici takımlarda 0.4 mm kesme derinliğinde dikkate değer aşınmalar oluşmamıştır. Kesme derinliğinin artmasıyla birlikte, minimum miktarda yanak aşınması, kısmen burun aşınması ve BUE (Yığıntı Talaş) meydana gelmiştir. Deneylerde oluşan talaşlar incelendiğinde, uygulanan kesme parametrelerinin farklı etkiler yaptığı anlaşılmıştır. Ancak talaş şekilleri üzerinde en önemli etkiyi kesme derinliğindeki artışın yaptığı görülmüştür. Kesme derinliğinin artmasıyla birlikte, kısa talaş formlarından daha uzun talaş formlarına doğru geçiş olduğu görülmüştür. İşleme deneylerinde genel olarak şerit, boru şeklinde ve konik helisel talaş formları meydana gelmiştir. Bu çalışmada kullanılan CNMG120408 OMM kesici takım ile yüksek manganlı östenitik çeliğin tornalanmasında daha yüksek değerde kesme parametrelerinin uygulanabileceği anlaşılmıştır.

Keywords

• Yüksek manganlı çelik
• İşlenebilirlik
• Tornalama
• Yüzey pürüzlülüğü
• Takım aşınması
• Talaş formu

Investigation of Surface Roughness, Tool Wear, and Chip Form in Lathe Machining of High Manganese Austenitic Steel

Abstract

This study aimed to investigate surface roughness, tool wear, and chip formation in the machining of high-manganese austenitic steel. For this purpose, machining experiments were conducted using the turning method with three different cutting speeds, two different feed rates, and three different cutting depths. Surface roughness measurements were taken during the machining experiments, and microscopic images of the cutting tools used in each experiment were recorded. Samples of the chips produced during turning were also examined. The data obtained from the experiments showed that all selected cutting parameters had different effects. Generally, roughness increased with increasing cutting depth. Generally, roughness decreased with increasing cutting speed. Contrary to the literature, doubling the feed rate did not result in the expected increase in roughness. Significant wear did not occur on the cutting tools at a cutting depth of 0.4 mm. With increasing cutting depth, minimal flank wear, partial nose wear, and BUE (Built-Up Edge) occurred. Analysis of the chips produced in the experiments revealed that the applied cutting parameters had different effects. However, it was observed that the most significant effect on chip shapes was due to an increase in cutting depth. As the cutting depth increased, a transition from shorter chip forms to longer chip forms was observed. In machining experiments, ribbon, tubular, conical, and helical chip forms were generally produced. This study demonstrated that higher cutting parameters can be applied when turning high-manganese austenitic steel using the CNMG120408 OMM cutting tool.

Keywords

• High manganese steel
• Machinability
• Turning
• Surface roughness
• Tool wear
• Chip form

References

1. R. Han, S. Zhao, R. Mu, R. Song, Machine learning-driven optimization of wear-resistant high-manganese steel properties: achieving multi-property matching under specified composition, Journal of Materials Science 60 (2025) 9791-9813.
2. C. Wei et al., Excellent ultra-cryogenic tensile properties of Al-containing Fe-Mn-C high manganese austenitic steel, Materials Characterization 217 (2024) 114340.
3. A.L. Vidilli et al., Design of a FeMnAlC steel with TWIP effect and evaluation of its tensile and fatigue properties, Journal of Alloys and Compounds, 831 (2020) 154806.
4. J. Jeong, W. Woo, K. Oh, S. Kwon, Y. Koo, In situ neutron diffraction study of the microstructure and tensile deformation behavior in Al-added high manganese austenitic steels, Acta Materialia 60 (2012) 2290-2299.
5. L. Xia, L. Yan, H. Zhang, Y. Li, Z. Jiang, G. Li, Factors affecting the mechanical performance of high manganese austenitic steel, Metals, 12 (2022) 1405.
6. M. Jabłońska et al., The influence of dynamic deformation on the mechanisms in TWIP steel, Materials & Design 253 (2025) 113943.
7. P.R. Rao, V. Kutumbarao, Developments in austenitic steels containing manganese, International Materials Reviews 34 (1989) 69-92.
8. H. Jafarian, M. Sabzi, S. M. Anijdan, A. Eivani, N. Park, The influence of austenitization temperature on microstructural developments, mechanical properties, fracture mode and wear mechanism of Hadfield high manganese steel, Journal of Materials Research and Technology 10 (2021) 819-831.

9. R. Zellagui, L. Hemmouche, H. Ait-Sadi, A. Chelli, Effect of element addition, microstructure characteristics, mechanical properties, machining and welding processes of the hadfield austenitic manganese steel, Archives of Metallurgy and Materials (2022) 863-868.
10. S.A. Torabi, K. Amini, and M. Naseri, Investigating the effect of manganese content on the properties of high manganese austenitic steels, International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology 10 (2017) 75-83.
11. Z. Liao et al., Review of current best-practices in machinability evaluation and understanding for improving machining performance, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 50 (2024) 151-184.
12. Mitsubishi Materials Tools. "Basic workpiece materials. https://www.mmc-carbide.com/permanent/courses/88/machinability.html (accessed 24.08.2026).
13. Ş. Başkurt, F. Hayat, C.T. Sezgin, S. Şahin, Influences of Heat Treatment Parameters on Microstructure And Mechanical Behavior of TWIP Steel, Manufacturing Technologies and Applications 5 (2024) 203-213.
14. S. Wolke, M. Smaga, T. Beck, Characterization of the milling-induced hardness gradient in the near-surface material volume of high manganese TWIP steel 1.7401 by nanoindentation, Materials Science and Engineering: A 931 (2025) 148183.
15. Y. Isik, Investigating the machinability of tool steels in turning operations, Materials & Design 28 (2007) 1417-1424.
16. S.R. Das, D. Dhupal, A. Kumar, Experimental investigation into machinability of hardened AISI 4140 steel using TiN coated ceramic tool, Measurement 62 (2015)108-126.
17. S. Chinchanikar, S. Choudhury, Machining of hardened steel—experimental investigations, performance modeling and cooling techniques: a review, International Journal of Machine Tools and Manufacture 89 (2015) 95-109.
18. M. Sekmen, M. Günay, U. Şeker, Alüminyum alaşımlarının işlenmesinde kesme hızı ve talaş açısının yüzey pürüzlülüğü, yığıntı talaş ve yığıntı katmanı oluşumu üzerine etkisi, Politeknik Dergisi 18 (2015) 141-148.
19. Y. Ozcatalbas, Chip and built-up edge formation in the machining of in situ Al4C3–Al composite, Materials & Design, 24 (2003) 215-221.
20. M. Pul, H.B. Özerkan, The effect of cutting depth and cutting tool geometry on surface roughness and tool wear behavior in the machining of Al 6061 alloy, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 37 (2022) 2013-2024.
21. H. Gökkaya, M. Nalbant, Investigating the effects of cutting speeds over the built-up layer and built-up edge formation with SEM, J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ, 22 (2007) 481-488.
22. International Organization for Standardization, ISO 3685: Tool-life Testing with Single-point Turning Tools, 1993.
23. N. Radhika, R. Subramanian, A. Sajith, Analysis of chip formation in machining aluminium hybrid composites, E3 Journal of Scientific Research 2 (2014) 9-15.