Farklı kesme parametreleriyle işlenmiş 316LVM paslanmaz çelik malzemesinin talaşlı imalat-yüzey bütünlüğü-aşınma direnci arasındaki ilişkinin incelenmesi

Öz

Östenitik 316LVM malzemeler başta medikal cerrahi uygulamalarında ve implant malzemesi olmak üzere biyomedikal endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyomedikal uygulamalarda özellikle vücut içinde kullanılan implantlarda aşınmaya neden olacak tribolojik koşullara maruz kalırlar. Bu malzemelerden üretilen implantların aşınma davranışları özellikle yüzey özellikleri ile ilgilidir. Yüzey özelliklerini etkileyen en önemli süreçlerden biri ise implant imalatındaki son imalat operasyonlarından biri olan talaşlı imalattır. Dolayısı ile talaşlı imalat parametreleri ve sürecinin bu malzemenin yüzey özelliklerine ektisinin incelenmesi ve yüzeye kazandırdığı özellikler ve bunun sonucunda yüzeyin aşınma direncindeki değişim bu araştırmanın konusu olmuştur. Bu çalışmada, östenitik 316LVM paslanmaz çeliğin farklı kesme parametreleri kullanılarak kuru kesme şartlarında frezeleme operasyonu yapılmıştır. Frezeleme sonrasında yüzey pürüzlülüğü, mikrosertlik, mikroyapı gibi yüzey bütünlüğü karakteristikleri incelenmiştir. İşleme ile oluşan karakteristiklerin malzemenin aşınma direncine etkisi pin-on-disk testi ile ortaya konulmuştur. Kesme hızı ve ilerlemenin malzemenin işlenmiş yüzeyinin pürüzlülüğüne ve malzeme yüzey ve yüzey altındaki pekleşmeye etkisi olduğu görülmektedir. Pekleşmenin olduğu numunelerde aşınma direncin düşük olduğu, yüzey pürüzlülüğünün yüksek olduğu numunelerde ise aşınma direncinin yüksek olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• 316LVM paslanmaz çelik
• Talaşlı imalat
• Yüzey bütünlüğü
• Aşınma davranışı

Investigation machining-surface integrity-wear resistance relationships of 316LVM stainless steel material machined under various cutting parameters

Abstract

Austenitic 316LVM stainless are widely used in biomedical industry in particular medical surgical applications, and implant materials. In biomedical applications, especially implants used in the body are exposed to tribological conditions that cause wear behavior. Wear behavior of Implants fabricated by using these materials related to the surface conditions. One of the important processes influencing the surface properties used in fabricating process of implant is machining operation. For this reason, the effect of machining parameters and condition on the surface properties of this material and eventually altering the wear response is the focus of this current research. In this paper, dry milling operations of Austenitic 316LVM under various parameters were presented. The surface roughness, microhardness, microstructure are the examined surface integrity characteristics in this study. The effect of generated characteristics resulting from machining on wear resistance is measured using pin-on-disc test. It was revealed that cutting speed and feed has notable effect on surface roughness and strain hardening of the specimen. Increased strain hardening generally results in decreased wear resistance while increased surface roughness results in increased wear resistance.

Keywords

• 316LVM stainless steel
• Machining
• Surface integrity
• Wear behavior

References

1. [1] Baddoo N. "Stainless steel in construction: A review of research, applications, challenges and opportunities". Journal of Constructional Steel Research, 64(11), 1199-1206, 2008.
2. [2] Güven Ş. "Biyouyumluluk ve biyomalzemelerin seçimi". Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 2(3), 303-311, 2014.
3. [3] Raval A, Choubey A, Engineer C, Kothwala D. "Development and assessment of 316LVM cardiovascular stents". Materials Science and Engineering: A, 386(1-2), 331-343, 2004.
4. [4] Karaman U. Koroner Stent Üretiminde Kullanılan 316LVM Paslanmaz Çeliğin Tavlama Özelliklerinin Geliştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2014.
5. [5] Łępicka M, Dahlke MG, Pieniak D, Pasierbiewicz K, Niewczas A."Effect of mechanical properties of substrate and coating on wear performance of TiN-or DLC-coated 316LVM stainless steel". Wear, 382, 62-70, 2017.
6. [6] Zivic F, Babic M, Grujovic N, Mitovic S, Adamovic S. "Influence of loose PMMA bone cement particles on the corrosion assisted wear of the orthopedic AISI 316LVM stainless steel during reciprocating sliding". Wear, 300(1-2), 65-77, 2013.
7. [7] Dengiz M, Sarıçan Ö, Kıtay Ö, Taşcıoğlu E, Kaynak Y. "Machining process and surface ıntegrity characteristics of 316lvm stainless steel". 8th International Advanced Technologies Symposium, Elazığ, Turkey, 19-22 Ekim 2017.
8. [8] ASTM International A. "Standard Test Method for Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding Wear". Pennsylvania, USA, G133-05, 2010.

9. [9] McGinley E, Coleman DC, Moran GP, Fleming GJP. "Effects of surface finishing conditions on the biocompatibility of a nickel–chromium dental casting alloy". Dental Materials, 27(7), 637-650, 2011.
10. [10] Wylie C.M, Fleming GJP, Davenport AJ. "Corrosion of nickel-based dental casting alloys". Dental Materials, 23(6), 714-723, 2007.
11. [11] Wataha J, PE Lockwood, Schedle A. "Effect of silver, copper, mercury, and nickel ions on cellular proliferation during extended, low‐dose exposures". Journal of Biomedical Materials Research, 52(2), 360-364, 2000.
12. [12] Batak B, Tamam E, Gönüldaş F, Öztürk C. "İki farklı kıymetsiz metal alaşımın yüzey pürüzlülüğünün karşılaştırılması". Ankara Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Dergisi, 43(1), 31-35, 2016.
13. [13] Javidi A, Ulfried R, Wilfried E. "The effect of machining on the surface integrity and fatigue life". International Journal of Fatigue, 30(10-11), 2050-2055, 2008.
14. [14] Pramanik A, Dixit A, Chattopadhyaya S, Uddin MS, Dong Yu, Başak AK, Littlefair G."Fatigue life of machined components". Advances in Manufacturing, 5(1), 59-76, 2017.
15. [15] Dilipak H, Akın G. "AISI D3 çeliğinin frezelenmesinde, kesici uç sayısı, kesme hızı ve ilerleme miktarının yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerinin araştırılması". Politeknik Dergisi, 13(1), 29-32, 2010.
16. [16] Gökkaya H, Sur G, Dilipak H. " Kaplamasız sementit karbür kesici takım ve kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğüne etkisinin deneysel olarak incelenmesi". Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(1), 59-64, 2006.
17. [17] Güven S. “Ortopedik malzemelerin biyouyumlulukları ve mekanik özelliklerine göre seçimi". 2nd National Design and Manufacturing Congress, Balıkesir, Türkiye, 11-12 Kasım 2010.
18. [18] Kıtay Ö. Şekil Hafızalı NİTİ Alaşımın Talaşlı İmalatı Sonrası Yüzey Bütünlüğü Karakteristiklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2018.
19. [19] Gürbüz H, Kafkas F, Şeker U. "AISI 316l çeliğinin tornalanmasında kesici takım formlarının yüzey bütünlüğü üzerine etkisi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(1), 225-240, 2020.
20. [20] Bosheh S, Mativenga P. "White layer formation in hard turning of H13 tool steel at high cutting speeds using CBN tooling". International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46(2), 225-233, 2006.
21. [21] Coromant S. Modern Metal Cutting: A Practical Handbook. Sandviken, İsveç, Sandvik Coromant, 1994.
22. [22] Kaynak Y, Lu T, Jawahir IS. "Cryogenic machining-induced surface integrity: a review and comparison with dry, MQL, and flood-cooled machining". Machining Science and Technology, 18(2), 149-198, 2014.
23. [23] Ulutan D, Tuğrul Ö. "Machining induced surface integrity in titanium and nickel alloys: A review". International Journal of Machine Tools and Manufacture, 51(3), 250-280, 2011.
24. [24] Jawahir IS, Brinksmeier E, Saoubi RM, Aspinwall DK, Outerio JC, Mayer D, Umbrello D, Jayal AD. "Surface integrity in material removal processes: Recent advances". CIRP Annals, 60(2), 603-626, 2011.
25. [25] Archard J. "Contact and rubbing of flat surfaces". Journal of applied physics, 24(8), 981-988, 1953.
26. [26] Sharma S, Sangal S, Mondal K. "On the optical microscopic method for the determination of ball-on-flat surface linearly reciprocating sliding wear volume". Wear, 300(1-2), 82-89, 2013.
27. [27] Doğan H, Fındık F, Morgül Ö. "Friction and wear behaviour of implanted AISI 316L SS and comparison with a substrate". Materials & design, 23(7), 605-610, 2002.