AISI 304 ÖSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİKLERİN FARKLI KESME PARAMETRELERİ İLE TORNALAMA İŞLEMİNDEN SONRA OLUŞAN KALICI GERİLMELERİN ARAŞTIRILMASI

Öz

Kullanım alanlarına göre istenen mekanik ve kimyasal özelliklerin sağlanması için paslanmaz çeliklerin
bileşimlerinde yapılan değişiklikler, paslanmaz çeliklerin işlenebilirliğini etkilemektedir. Bütün üretim işlemleri
(ısıl işlem, talaşlı ve talaşsız imalat, kimyasal işlemler gibi) makine parçaları üzerinde kalıcı gerilmeler oluşturur.
Özellikle talaş kaldırma yöntemlerine bağlı olarak malzeme üzerinde gerilmeler oluşmaktadır. Bu gerilmeler,
makine elamanları üzerinde yorulma dayanımını azaltacak ve boyutsal değişikliklere yol açabilecek zararlı
etkilere de neden olabilir. Bu nedenle makine elamanlarındaki kalıcı gerilme değerlerinin bilinmesi
gerekmektedir.
Bu araştırmada, AISI 304 östenitik paslanmaz çelik malzeme değişik kesme parametreleri ile işlendikten sonra,
işlemeye bağlı olarak bünyesinde nasıl bir kalıcı gerilme oluştuğunu belirlemek hedeflenmiştir. AISI 304
çeliğinden 61 mm çapında, 250 mm boyunda 31 adet deney numunesi hazırlanmış ve değişik kesme
parametrelerinde CNC torna tezgâhında işlenmiştir. Daha sonra deney numuneleri üzerinde oluşan kalıcı
gerilme, katman kaldırma yöntemi kullanılarak tespit edilmiş ve en uygun işleme parametreleri belirlenmiştir.
Deney numunelerinin tornalama işlemi sonunda yüzeylerde maksimum -1876.69 MPa ile -136.71 MPa’lık
basma kalıcı gerilmelerinin oluştuğu tespit edilmiştir. Yüzeydeki basma kalıcı gerilmelerinin, katman
kaldırılması ile 0.0465 mm derinlikten sonra çekme kalıcı gerilmelerine yöneldiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• AISI 304 östenitik paslanmaz çelik, kesme parametreleri, kalıcı gerilme, katman kaldırma yöntemi.

Kaynakça

1. Sandvik Coromant Co. Inc., Modern Metal Cutting-A Practical Handbook, Sweden,
2. (1997).
3. Bahadur, A., Kumar, B.R., Chowdhury, G.S,
4. “Evaluation Of Changes İn X-Ray Elastic
5. Contants And Residual Stress As A Fuction Of
6. Cold Rolling Of Austenitic Steels”, Materials
7. Science and Techonology, V20, 3,
8. (2004),p.,387-392.

9. J.C. Outeiro, A.M. Dias, J.L. Lebrun, V.P.
10. Astakhov, Machining residual stresses in AISI
11. L steel and their correlation with the cutting
12. parameters, Machining Science and
13. Technology, 6 (2) (2002) 251–270.
14. Korkut, İ., Kasap, M., Çiftci, M., Şeker, U.,
15. “Determination Of Optimum Cutting Parameters
16. During Machining Of AISI 304 Austenitic
17. Stainless Stell” Materials&Desing,V25,
18. ,(2004),p.,303-305
19. P. Dahlman, F. Gunnberg, M. Jacobson, The
20. influence of rake angle, cutting feed and cutting
21. depth on residual stresses in hard turning, J.
22. Mater. Proc. Tech., 147 (2004) 181–184.
23. J. Hua, X. Cheng, V. Bedekar, R. Shivpuri, Y.
24. Matsumoto, F. Hashimoto, T.R. Watkins, Effect
25. of feed rate, workpiece hardness and cutting edge
26. on subsurface residual stress in the hard turning
27. of bearing steel using chamfer + hone cutting
28. edge geometry, Mater. Sci. Eng., A 394 (2005)
29. –248.
30. J. Hua, R. Shivpuri, D. Umbrello, Investigation of
31. cutting conditions and cutting edge preparations
32. for enhanced compressive subsurface residual
33. stress in the hard turning of bearing steel, J.
34. Mater. Proc. Tech. 171 (2) (2006) 180–187.
35. D. Umbrello, FE—analysis of machining
36. processes: innovative experimental techniques
37. for results assessing, Ph.D. Thesis, Mechanical
38. Engineering, University of Calabria (February
39. .
40. D. Ulutan, B.E. Alaca, I.Lazoğlu, Analytical
41. modelling of residual stresses in machining,
42. Journal of Materials Processing Technology
43. (2007), p., 77-87
44. D. Umbrello, G. Ambrogio, L.Filice, R. Shivpuri,
45. An ANN approach the desired cutting conditions
46. during hard turning, Journal of Materials
47. Processing Technology 189 (2007), p., 143-152
48. J.C. Outerio, D.Umbrello, R.M.Saoubi,
49. Experimental and numerical modelling of the
50. residual stresses induced in orthogonal cutting of
51. AISI 316L steel, Machine Tools & Manu
52. Facture, 46 (2006), p., 1786-1794
53. M.N.A. Nasr, E.-G. Ng., M.A. Elbestawi,
54. Modelling the effects of tool-edge radius on
55. residual stresses when orthogonal cutting AISI
56. L, Machine Tools & Manu Facture, 47
57. (2007), p., 401-411
58. F. Valiorgue, J.Rech, H. Hamdi, P. Gilles, J.M.
59. Bergheau, A new approach for the modelling of
60. residual stresses induced by turning of 316L,
61. Journal of Materials Processing Technology
62. (2007)
63. F. Gunnberg, M. Escursell, M. Jacobson, The
64. influence of cutting parameters on residual
65. topography during hard turning of 18 MnCr5 case
66. carburised steel, Journal of Materials
67. Processing Technology, 174 (2006), p.,82-90
68. Ship-Peng Lo, “An Analysis Of Cutting Under
69. Different Rake Angles Using The Finite Element
70. Method”, Journal of Materials Processing
71. Technology 105 (2000), p., 143-151
72. R. Liu, Y.B. Guo, “Finite Element Analysis Of
73. The Effect Of Sequential Cuts And Tool-Chip
74. Friction On Residual Stresses İn A Machined
75. Layer”, International Journal of Mechanical
76. Sciences 42, (2000), p.1069–1086.
77. Natarajan, R., Jeelani, S., “Residual Stresses In
78. Machining Using Finete Element
79. Method”,Computers In Engineering, Computer
80. Software And Applications ASME, New York,
81. (1983), 3, P.,19-20
82. Bray, D. E., Pathak, N., Srınıvasan, M. N.,
83. “Residual Stress Mapping İn A Steam Turbine
84. Disk Using The LCR Ultrasonic Technique”,
85. Material Evaluation, (1996).
86. Fetullayev, E. K.,"Talaş Kaldırma Yöntemi İle
87. Üretilen Vidalı Elemanlara Yüzey Katında
88. Oluşan Artık Gerilmelerin Vida Elemanlarına
89. Etkisi”, Uluslararası Makine Tasarımı ve
90. İmalat Kongresi, ODTÜ, ANKARA, (1998).
91. Kasap, M., AISI 304 Östenitik Paslanmaz
92. Çeliklerin İşlenebilirliğinde En Uygun Kesme
93. Parametrelerin ve İşleme Şartlarının Deneysel
94. Olarak Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi,Gazi
95. Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara,
96. (2001).
97. Belejchak, P., “Machining Stainless Steel”,
98. Advanced Materials & Processes, (1997), p 23-
99. -
100. Kafkas, F., Katman Kaldırma Tekniğine
101. Dayalı Olarak Kalıcı Gerilmelerin Ölçülmesini
102. Sağlayan Bilgisayarlı Ölçme Cihazının
103. Tasarımı Ve İmalatı, Yüksek Lisans Tezi, Gazi
104. Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara,
105. (2001).
106. Fetullayev, E. K.,"Vidalarda Meydana Gelen
107. Artık Gerilmelerin Teknolojik Faktöre Bağlı
108. Olarak Tayin Edilmesi”, 7. Uluslararası Makine
109. Tasarımı ve İmalat Kongresi, ODTÜ,
110. ANKARA, (1996).
111. Marshall, C.W., Maringer, R.E., Dimensional
112. Instanbility On Introduction, Pergamon Press
113. Ltd., UK.(1977), p. 139-163., p. 342-395.
114. Shet,C, Deng, X., “Residual Stresses And Strains
115. In Orthogonal Metal Cutting”, International
116. Journal of Machine Tools & Manufacture V 43,
117. (2003), p. 573–587
118. Zone-Ching Lin, Wun-Ling Lai, H.Y. Lin, C.R.
119. Liu, “The Study Of Ultra-Precision Machining
120. And Residual Stress For Nip Alloy With Different Cutting Speeds And Depth Of Cut”,
121. Journal of Materials Processing Technology,
122. V97, (2000), p.200-210.
123. Lin, Z.C., Lin, Y.Y., Liu, C.R., “Effect Of
124. Thermal Load And Mechanical Load On The
125. Residual Stress Of A Machined Workpiece”, Int.
126. J. Mech. Sci. 33 (4), (1991), p. 263–278.
127. Jeffrey D. Thiele, Shreyes N. Melkote, Roberta
128. A. Peascoe, Thomas R. Watkins, “Effect Of
129. Cutting-Edge Geometry And Workpiece
130. Hardness On Surface Residual Stresses İn Finish
131. Hard Turning Of AISI 52100 Steel”, Journal of
132. Manufacturing Science and Engineering, Vol.
133. , (2000), p.642-649.
134. Lin, Z.C., Lai, W.L., Lin H.Y., Liu, C.R.,
135. “Residual Stres With Different Tool Flank Wear
136. Lenghts İn The Ultra Precision Machining Of Ni-
137. P Alloys, Journal of Materials Processing
138. Technology, V 65, (1997), p.,116-126.
139. Lin, Z.C., Lin, Y.Y., “A Study Of Oblique
140. Cutting For Different Low Cutting Speeds”,
141. Journal of Materials Processing Technology, V
142. , (2001), p., 313-325.
143. Lin, Z.C., Yarng, Y.D, “ Three Dimensional
144. Cutting Process Analysis with Different Cutting
145. Velocities”, Journal of Materials Processing
146. Technology, V 70, (1997), p.22-33.
147. Henriksen, E. K., “Residual Stress In Machined
148. Surfaces”, Transactions ASME Journal Of
149. Engineering for İndustry, Vol. 73, (1951), p.
150. -76.
151. Liu, C.R., Barash, M.M., “Variables governing
152. patterns of mechanical residual stress in a
153. machined surface”,. Transactions of the ASME,
154. Journal of Engineering for Industry V
155. ,(1982), p. 257–264.
156. Leskovar, P. And Peklenik, J., “Influence
157. Affecting Surface Integrity In TheCutting
158. Process”, Ann. CIRP, (1981), p. 245-248.
159. Sasahara, H., Obikawa, T., Shirakshi, T.,
160. “Prediction Model Of Surface Residual Stress
161. Within A Machined Surface By Combining Two
162. Orthogonal Plane Models”, Journal Of Machine
163. Tools And Manufacture, V.,44, 7-8, (2004), p.,
164. -822
165. M.H. El-Axir, “A Method Of Modeling Residual
166. Stress Distribution İn Turning For Different
167. Materials”, International Journal of Machine
168. Tools & Manufacture 42,(2002), p.,1055–1063.
169. H., Sasahara “The effect on fatigue life of
170. residual stress and surface hardness resulting
171. from different cutting conditions of 0.45%C
172. steel,”, Journal Of Machine Tools And
173. Manufacture, V.,45, (2005), p., 131-136.