An Evaluation on Machinability Characteristics of Titanium and Nickel Based Superalloys Used in Aerospace Industry

Abstract

Superalloys are a group of materials that are commonly used in aerospace applications and are also called high temperature materials, as they have superior wear and corrosion resistance. Ni-based superalloys are used more often than Ti alloys in the aerospace industry as they have mechanical and physical properties such as superior temperature resistance and toughness, high corrosion resistance, excellent fatigue and creep resistance. Ti alloys, on the other hand, have the highest strength / weight ratio among metals, increasing their preference in these industries continuously. Casting, forging, powder metallurgy and machining methods are used in the process of shaping machine parts used in the aviation industry from superalloys. However, many components are mostly manufactured using machining methods due to the part geometry, desired size and surface quality requirements. In this context, in the production of parts from Ti alloys and Ni-based superalloys, which are difficult to process, the correct selection or optimization of processing parameters is very important in terms of minimization of processing costs and therefore sustainable manufacturing. In this study, criteria such as cutting tool quality, tool life, surface integrity and cooling / lubrication technology, which have an important place in the machinability of titanium and nickel-based superalloys, have been compiled based on current literature studies.

Keywords

• Aerospace
• Titanium
• Superalloys
• Machinability
• Cutting Tool
• Surface integrity

An Evaluation on Machinability Characteristics of Titanium and Nickel Based Superalloys Used in Aerospace Industry

Abstract

Süperalaşımlar, üstün aşınma ve korozyon direnci gibi özelliklere sahip olduklarından havacılık ve uzay uygulamalarında sıkça kullanılan ve yüksek sıcaklık malzemeleri olarak da isimlendirilen malzeme grubudur. Ni esaslı süperalaşımlar, üstün sıcaklık mukavemeti ve tokluk, yüksek korozyon direnci, mükemmel yorulma ve sürünme dayanımı gibi mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olduğundan havacılık ve uzay endüstrisinde Ti alaşımlarından daha sık kullanılmaktadır. Ti alaşımları ise metaller içerisinde en yüksek dayanım/ağırlık oranına sahip olması nedeniyle bu endüstrilerde tercih edilme grafiğini sürekli yukarıya taşımaktadır. Havacılık sektöründe kullanılan makine parçalarının süperalaşımlardan şekillendirilmesi sürecinde döküm, dövme, toz metalurjisi ve talaşlı imalat yöntemleri kullanılır. Bununla birlikte, parça geometrisi, istenilen ölçü ve yüzey kalitesi gereksinimlerinden dolayı birçok bileşen çoğunlukla talaşlı imalat yöntemleri kullanılarak imal edilmektedir. Bu bağlamda, işlenebilirliği zor olan Ti alaşımları ve Ni esaslı süperalaşımlardan parça üretiminde, işleme parametrelerinin doğru seçimi veya optimizasyonu işleme maliyetlerinin minimizasyonu ve dolayısıyla sürdürülebilir imalat açısından çok önemlidir. Bu çalışmada, titanyum ve nikel esaslı süperalaşımların işlenebilirliğinde önemli bir yeri olan kesici takım kalitesi, takım ömrü, yüzey bütünlüğü ve soğutma/yağlama teknolojisi gibi kriterler, güncel literatür çalışmaları baz alınarak değerlendirilmiştir.

Keywords

• Havacılık
• Titanyum
• Süperalaşımlar
• İşlenebilirlik
• Kesici takım
• Yüzey Bütünlüğü

References

1. M. Günay, M. E. Korkmaz, and N. Yaşar, “Performance analysis of coated carbide tool in turning of Nimonic 80A superalloy under different cutting environments,” J. Manuf. Process., vol. 56, pp. 678–687, 2020.