Nikel Alaşımlarının Farklı Soğutma/Yağlama Koşulları Altında Talaşlı İmalatının Kesme Kuvvetlerine Etkisi: Bir Derleme Çalışması

Öz

Nikel alaşımları yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini koruyabilme ve korozyona karşı yüksek direnç özellikleri nedeniyle, yüksek sıcaklık ve korozyona maruz kalan, havacılık ve uzay,  nükleer enerji,  petro-kimya endüstrisi gibi güvenlik ve sürdürülebilirliğin hayati önem taşıdığı kritik endüstri uygulamalarında önemli yer tutar. Nikel alaşımlarının gelişmiş özellikleri, bu alaşımların talaşlı imalatı sırasında yüksek kesme kuvvetleri, kesme bölgesi sıcaklığı ve sonrasında birtakım problemlerin oluşmasına neden olmaktadır. Birbirleriyle oldukça ilişkili bu problemlere çözüm olarak bazı yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bu çalışma, literatürde nikel alaşımlarının farklı soğutma/yağlama koşullarında farklı talaşlı imalat yöntemleriyle işlenmesi ile ilgili çalışmaların talaşlı imalat sırasında oluşan kesme kuvvetleri üzerindeki etkilerinin bir incelemesini sunar. Yapılan deneysel çalışmaların çoğunda, karakteristiklerine göre kuru, konvansiyonel, MQL(Minimum miktarda yağlama) ve kriyojenik koşullarda işleme metodları uygulanmıştır. Ancak bu metodların yanısıra, etkin bir uygulama için kesme parametreleri, takım kaplaması, nozul konumları gibi birçok unsurun göz önüne alınması gerekmektedir. Çalışmalar, kesme kuvvetlerini azaltma konusunda kriyojenik metodun yüksek hızlarda  diğer metodların çoğuna göre  oldukça etkili olduğunu göstermiştir. Ancak kriyojenik metod tek başına  yeterli olmamakta ve alternatif olarak kriyojenik ve MQL metodlarının birleşimi olan hibrid KriyoMQL soğutma/yağlama  metodunun kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Literatürdeki araştırmalarında ışığına bu metodun nikel alaşımlarının talaşlı imalatında kesme kuvvetlerinin ve kesme bölgesi sıcaklıklarının azaltılmasında gelecekte etkin bir metod olabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Kriyo MQL,MQL,Nikel Alaşımları,Kesme Kuvveti,Talaşlı İmalat

The Effect of Machining of Nickel Alloys on Cutting Force under Different Cooling/ Lubrication Conditions: A Review

Abstract

Nickel alloys have high resistance to corrosion at high temperatures and have high resistance to corrosion, and they play an important role in critical industry applications where safety and sustainability is very important, such as aerospace, petrochemical and nuclear power industries which working under high corrosion and heat effect. These advanced properties of nickel alloys result in high cutting forces, cutting zone temperature and some surface integrity problems during and after machining of these alloys. Some approaches have been developed to solve these problems that are highly related to each other. This study provides a review of studies which focus on the effect of the processing of nickel alloys under different cooling / lubrication conditions with different machining methods on cutting forces during machining. In most of the experimental studies, dry, conventional liquids, MQL (minimum quantity lubrication) and machining methods under cryogenic conditions were applied. A number of complex elements, such as cutting parameters, tool coating material, nozzle positions, must be considered for an effective application. Experimental studies have shown that the cryogenic cooling method is highly more effective than most of the other methods in reducing cutting forces. However, the cryogenic cooling method alone is not sufficient , alternatively, the use of a hybrid cryoMQL cooling / lubrication method, which is a combination of cryogenic cooling and MQL methods, has become widespread. As a result, The CryoMQL is concluded that nickel alloys can be an effective method in reducing cutting forces and cutting zone temperatures in machining.

Keywords

• Cryo MQL,MQL,Nickel Alloys,Cutting Force,Machining

References

1. Hatch, J. E. (1984).Aluminum Association, American Society for Metals, Aluminum : properties and physical metallurgy. (American Society for Metals, Metals Park, Ohio).
2. Sommitsch ,C., Radis, Krumphals ,R. A., Stockinger, M., Huber D. (2012). Microstructure Evolution in Metal Forming Processes. Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering, 337-383.
3. Altın, A.(2005) .Nikel Esaslı Inconel 718 Süper Alaşımının İşlenebilirliğinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi,Türkiye, 3-42.
4. Ezugwu E.O.(2007).Improvements in The Machining of Aero-engine Alloys Using Self-propelled Rotary Tooling Technique. Journal of Materials Processing Technology, 185, 60–71.
5. Ulutan, D., Ozel,T.(2011).Machining induced surface integrity in titanium and nickel alloys: A review. International Journal of Machining Tools Manufacturing, 51(3),250-280.
6. Thellaputta,G.R.,Bose,P.S.C.,Rao,C.S.P.(2017).Machinability of Nickel Based Superalloys: A Review.5th International Conference of Materials Processing and Characterization, 4,3712-3721.
7. Ezugwu, E.O., Wang ,Z.M., Machado, A.R.(1999). The machinability of nickel-based alloys: a review”, Journal of Materials Processing Technology, 86,1-16.
8. Çakır,M.C.(2000);” Modern Talaşlı İmalatın Esasları”, Dora Basım Yayın,İstanbul,Türkiye s.12-275.

9. Iturbe,A.,Hormaetxe,E., Garay,A., Arrazola, P.J.(2016).Surface integrity analysis when machining Inconel 718 with conventional and cryogenic cooling. Procedia CIRP., 3rd CIRP Conference on Surface Integrity,45,67-70.
10. Balan, A. S. S., Vijayaraghavan, L., Krishnamurthy, R., Kuppan, P.,Oyyaravelu, R.(2016).An experimental assessment on the performance of different lubrication techniques in grinding of Inconel 751. Journal of Advanced Research,7(5), 709–718.
11. Sinha, M. K., Madarkar, R., Ghosh, S., Rao, P. V.(2017).Application of eco-friendly nanofluids during grinding of Inconel 718 through small quantity lubrication. Journal of Cleaner Production, 141,1359–1375.
12. Pleta, A. and Mears, L.(2016).Cutting Force Investigation of Trochoidal Milling in Nickel-based Superalloy. Procedia Manufacturing, 5, 1348–1356.
13. Czan, A., Sajgalik, M., Holubjak, J., Zauskova, L., Czanova, and T.,Martikan, P.(2017).Identification of Temperatures in Cutting Zone when Dry Machining of Nickel Alloy Inconel 718. Procedia Manufacturing, 14, 66–75.
14. Uçak ,N.,Çiçek, A.(2017).Talaşlı İmalat Süreçlerinde Kriyojenik Soğutma Uygulamaları Üzerine Bir Araştırma. 5th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science (ISITES), 7-10.
15. He, Z.-H., Zhang, X.-M.,Ding, H.(2016).Comparison of Residual Stresses in Cryogenic and Dry Machining of Inconel 718.Procedia CIRP, 46,19–22.
16. Kaynak, Y.(2014).Evaluation of machining performance in cryogenic machining of Inconel 718 and comparison with dry and MQL machining. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 72(5-8),919–933.
17. Uçak, N., Çiçek, A.(2018).The effects of cutting conditions on cutting temperature and hole quality in drilling of Inconel 718 using solid carbide drills. Journal of Manufacturing Processes, 31, 662–673.
18. Xia, T., Kaynak, Y., Arvin, C., Jawahir, I.S.(2016).Cryogenic cooling-induced process performance and surface integrity in drilling CFRP composite material”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 82, 605–616.
19. Aramcharoen, A., Chuan, S.K.(2014).An experimental investigation on cryogenic milling of inconel 718 and its sustainability assessment. Procedia CIRP. 14, 529–534.
20. Behera, B. C., Alemayehu, H., Ghosh, S., Rao, P. V.(2017).A comparative study of recent lubri-coolant strategies for turning of Ni-based superalloy. Journal of Manufacturing Processes, 30, 541–552.
21. Akkurt, M.(1992).Talaş Kaldırma Yöntemleri Ve Takım Tezgahları. Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, s.5-66.
22. Marques, A., Paipa Suarez, M., Falco Sales, W. And Rocha Machado, A.(2018).Turning of Inconel 718 with whisker-reinforced ceramic tools applying vegetable-
23. Weber, J. H., and Banerjee, M. K.(2016).Nickel and Nickel Alloys: An Overview. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 1-3.
24. Kale, A., Khanna, N.(2017). A Review on Cryogenic Machining of Super Alloys Used in Aerospace Industry. Procedia Manufacturing, 7, 191–197.
25. Pereira, O., Urbikain, G., Rodríguez, A., Fernández-Valdivielso, A., Calleja, A., Ayesta, I. And de Lacalle, L. N. L.(2017).Internal cryolubrication approach for Inconel 718 milling.Procedia Manufacturing, 13, 89–93.