Kesici takımlar, semente karbürler, kübik bor nitrür, yüksek hız çeliği

'Diğer Mesleki Bilgiler' forumunda UquR tarafından 19 Aralık 2008 tarihinde açılan konu

  1. UquR

    UquR Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    Kesici takımlar, semente karbürler, kübik bor nitrür, yüksek hız çeliği konusu Kesici takımlar, semente karbürler, kübik bor nitrür, yüksek hız çeliği

    KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ
    ÖZET
    Kesici takımlar, iş parçalarının şekillendirilmesinde kullanılan yüksek kaliteli, yüksek boyut hassasiyetli ve çoğu ileri teknoloji ürünü olan malzemelerden üretilirler. İşlenecek parçanın özellikleri, kullanılabilecek kesici takım malzemelerine sınırlandırmalar getirdiği gibi, takımın kullanım şartları da takım malzemesi seçimini büyük çapta etkiler. Kesici takım malzemelerinden istenen ortak özellikler ise sertlik ve sıcak sertlik, aşınma direnci, tokluk ve ekonomiktir. Uygun takım malzemesinin seçimi ile kesici takım-iş parçası malzemeleri arasında sürtünme sonucu oluşan yüksek sıcaklık aşınma mekanizmalarının (difüzyon, oksidasyon vb.) bertaraf edilmesi ile yüksek kesme hızlarına ulaşılır. Böylece takım ömrü ve üretim hızı artırılarak ekonomiklik sağlanır. Takım malzemeleri üç ana grupta toplanabilir: Metal esaslı, karbür esaslı ve seramik esaslı takım malzemeler. Günümüzde yaygın olarak kullanılan takım malzemeleri yüksek hız çelikleri ve semente karbürlerdir. Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi ve takım ömrünün artırılmasına yönelik çalışmalar sonucunda, kübik bor nitrür (CBN) ve elmas kaplanmış takımlar da kullanılmaya başlanmıştır.
    Anahtar Sözcükler
    Kesici takımlar, semente karbürler, kübik bor nitrür, yüksek hız çeliği
    GİRİŞ
    Metalik malzemelerin önemli bir kısmı ergitme ve döküm işlemleri ile üretilirler. Ancak, metallerin nihai şekillendirilmesi başlıca döküm, plastik şekillendirme, kaynak, talaşlı imalat ve toz metalurjisi teknikleri ile yapılır. Talaşlı imalat, özellikle çeşitli makina elemanlarının üretiminde yaygın kullanılan bir tekniktir. iş parçaları, çeşitli takımlarla işlendikten sonra, çoğunlukla bir gerilme giderme ısıl işlemi görmüş halde kullanıma arz edilirler. İşleme takımları, işlenecek parçaların özelliklerine göre, farklı malzemelerden (metal, sermet ve seramik) üretilmektedir. ABD’de yılda yaklaşık 1 milyar dolarlık kesici takım satılmakta ve bunların işleme değerlerinin ise yaklaşık 60 milyar dolar mertebesinde olduğu tahmin edilmektedir (Trent, 1977).
    KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ
    Kesici Takımların Özellikleri
    Talaşlı imalat, genelde, iş parçası ile takım malzemesi arasındaki bir rekabet olarak görülebilir. Bu bakımdan, takım malzemesi ile iş parçasının özelliklerinin birbirinin tersi olması beklenir. Bir takım malzemesinde aranan özellikler şunlardır:

    • Takım sadece oda sıcaklığında değil, çalışma sıcaklıklarında da iş parçasının en sert bileşeninden daha sert olmalıdır (Tablo 1). Takım geometrisinin bozulmasını önleyen yüksek kızıl sertlik, talaş oluşum prosesi sırasındaki ağır şartlar altında muhafaza edilmeli ve hatta aşınma direncine yardımcı olmalıdır. Şekil 1’de yüksek hızlarda takım sertliğindeki değişme görülmektedir.
    • Aralı kesmede mekanik şoklara (darbeli yükleme) dayanmak için tokluk,
    • Aralı kesme işlemlerinde hızlı ısınma ve soğumalar meydana geldiği için yüksek termal şok direnci,
    • Lokalize kaynak teşekkülünü önlemek için iş parçasına karşı düşük yapışkanlık (iş parçası ile reaksiyona girmemelidir),
    • Takım bileşenlerinin iş parçasına difüzyonu, hızlı aşınmaya yol açar; bu bakımdan takımın iş parçasındaki çözünürlüğü düşük olmalıdır.
    Düşük sertlik ve adezyon arzu edilmez. Zira bunlar takım profilinin bozulmasına yol açar, takım burnu yuvarlaklaşır. Uygun olmayan tokluk ve termal şok direnci takım ağzının talaşlanması ve hatta tamamen hasarına sebep olur. Ne var ki, malzemenin sertlik ve ısıl direnci, genellikle, ancak tokluğun azalması ile sağlanabilir; denilebilir ki, yukarıdaki niteliklerin tamamını sağlayan en iyi bir takım malzemesi yoktur (Schey, 1987). Tablo 2’de çeşitli takım malzemelerin mekanik özellikleri, Şekil 2’de ise çeşitli malzemeler için takım ömrünün kesme hızı ile değişimi gösterilmiştir.



    Tablo 1. Tipik Takım Malzemeleri veya Bileşenlerinin Sertlikleri (Schey, 1987)
    Takım Malzemesi veya Bileşeni
    Sertlik, HV
    Martenzitik çelik
    500-1000
    Nitrürlenmiş çelik
    950
    Sementit (Fe3C)
    850-1100
    Sert krom kaplama
    1200
    Alumina
    2100-2400
    WC (kobalt bağlı)
    1800-2200
    WC
    2600
    W2C
    2200
    (Fe, Cr)7C3
    1200-1600
    Mo2C
    1500
    VC
    2800
    TiC
    3200
    TiN
    3000
    B4C
    3700
    SiC
    2600
    CBN
    6500
    Polikristalin elmas/WC
    5500-8000
    Elmas
    8000-12000





    Tablo 2. Takım Malzemelerinin Mekanik Özellikleri (Uğuz, 1997)
    Özellik
    Yüksek Hız Çeliği
    Döküm Alaşımı
    WC
    TiC
    Al ve Si Esaslı Seramik
    CBN
    Elmas
    Sertlik (Gpa)
    8.5
    8.0
    14-24
    18-32
    20-30
    40-50
    70-80
    Basma mukavemeti (MPa)
    4100-4500
    1500-2300
    4100-5850
    3100-3850
    2750-4500
    6900
    6900
    Darbe mukavemeti (J)
    1.35-8
    0.34-1.25
    0.34-1.35
    0.79-1.24
    <0.1
    -
    -
    Elastisite Modülü (Gpa)
    200
    200
    520-600
    310-450
    310-410
    850
    820-1050
    Yoğunluk (g/cm3)
    8.6
    8-8.7
    10-15
    5.5-5.8
    4-4.5
    3.48
    3.5
    Ergime/Bozunma Sıc. (ºC)
    1300
    -
    1400
    1400
    2000
    1300
    700
    Isıl iletkenlik (W/m ºC)
    -
    -
    42-125
    17
    17-29
    13
    70
    Isıl Genleşme Katsayısı(x10-6/ºC)
    12
    -
    4-6.5
    7.5-9
    3.2-8.5
    4.8
    1.2
    METAL ESASLI TAKIMLAR
    Karbonlu ve Düşük Alaşımlı Çelikler
    Karbon çelikleri, kesici takım malzemesi olarak kullanılan en eski tip çeliklerdir. Karbon içerikleri %0.6-1.4 arasında değişmektedir. Düşük alaşımlı çeliklerde, kesme özelliklerini iyileştirmek amacıyla az miktarda krom (Cr), vanadyum (V), tungsten (W), molibden (Mo), mangan (Mn) gibi alaşım elementleri bulunmaktadır. Çelikler, tavlama şartlarında kolayca şekillendirilebilir ve takiben su verme ve temperleme ile yüzeyi sertleştirilir. Takım kesitinin tamamı martenzite dönüşmez, iç kısım tok ve yüksek şok direncine sahip olur. (Trent, 1977). Karbon çeliklerinin sertliği martenzitik yapısından ileri gelir (58-64Rc). 250ºC üzerindeki sıcaklıklarda temperleme sonucu martenzit yumuşar; bu nedenle, karbon çelikleri sadece ahşap gibi yumuşak malzemelerin işlenmesi için uygundur ve sadece düşük üretim hızlarında (²10m/dk) kullanılırlar. Karbon çeliklerinin en önemli avantajı, kolay işlenmesi ve ucuz olmasıdır. Ayrıca çalışma sıcaklıklarında (max. 200-250ºC) sertliklerini ve keskinliklerini korurlar; bu bakımdan, yüksek karbonlu çelik el delik açıcıları (reamer) bazı hallerde metal işleme için kullanılırlar (Schey, 1987)
    [​IMG]
    [​IMG]
    Düşük alaşımlı çeliklerin sertliği, su verme ve temperlemeden sonra yaklaşık 700 HV’dir. Temperlenmiş çeliğin mukavemeti, ince demir karbür partiküllerinden ileri gelmektedir. 350ºC’nin üzerinde demir karbür partikülleri hızla kabalaşarak çelik yumuşar ve aşınma direnci giderek azalır. Bu nedenle düşük üretim hızlarında kullanılmaktadır. Düşük alaşımlı çelikler hızlı aşınır çünkü sert partiküllerin hacmi sadece %5 civarındadır. Genellikle bu sert partiküller en yumuşak karbürlerden biri olan Fe3C esaslıdır. Bütün bu dezavantajlarından dolayı metallerin işlenmesinde sınırlı kullanım alanına sahiptir. Bununla birlikte ucuz olmalarından dolayı, karbon çeliklerinde olduğu gibi ağaç işleme takımlarında kullanılırlar (Edwards, 1990).
    Yüksek Hız Çelikleri
    20. yüzyılın başından beri bilinen ve sürekli geliştirilen bu takım malzemesi grubu olup, diğer takım malzemelerine oranla düşük maliyeti ve işlenebilme kabiliyeti nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır (Trent, 1977). Yüksek hız çelikleri, oda ve yüksek sıcaklıklarda yüksek sertliği ve yüksek şok direnci sayesinde iyi performansıyla kesici takım malzemesi olarak kullanılmaktadır. Yüksek hız çelikleri önemli miktarda W, Mo, V ve Cr gibi karbür yapıcı elementlerle alaşımlandırılmıştır (Edwards, 1990). Bu çelikler ihtiva ettikleri ana refrakter elemente göre iki ana gruba ayrılırlar: Molibdenli yüksek hız çelikleri (AISI M grubu: %0.8 C, %0.4 Cr, %5-8 Mo, %0-6 W ve % 1-2 V) ve tungstenli yüksek hız çelikleri (AISI T grubu: %0.7 C, %4 Cr, %18 W ve %1 V). Üretilen bütün yüksek hız çeliklerinin büyük çoğunluğunu (ABD’de %95’ini) M grubu çelikler oluşturmaktadır. M grubu çeliklerin başlangıç maliyeti benzer T grubu çelikten %40 daha düşüktür. Ayrıca M grubu yüksek hız çelikleri daha yüksek abrasif dirence sahiptir ve ısıl işlem esnasında daha az distorse olurlar (Culp, 1997).
    Yüksek hız çeliklerinin matris yapısı martenzittir. Metalik alaşım elementleri ile karbon, kuvvetli bağ yapılı karbürleri oluşturur. Tungsten ve molibden, nihai mikroyapıda yüksek miktarda M6C tipi karbürleri [Fe3(W,Mo)3C] oluşturur. M6C tipi karbür ostenitleme esnasında (1190-1270ºC) çözünerek matrisin sertleşmesini sağlar. Çözünmemiş M6C karbürleri (~1600 HV) ise aşınma direncinin artmasına yardımcı olurlar. Vanadyum, kuvvetli karbür oluşturucu olarak MC tipi (V4C3) karbür oluşturur. Çok sert (2600 HV) ve kimyasal kararlılığı yüksek olan bu karbür, ostenitlemede çok az çözünür; çözünmeyen serbest karbür partikülleri abrasif aşınma direncini artırır. Krom ise hem karbür oluşturur, hem de katı eriyik sertleşmesi sağlar (Edwards, 1990 - Trent, 1977). Alaşım elementlerinin oluşturduğu karbürler, toplam hacmin %10-20’lik bir kısmını kaplar ve 550ºC’e kadar yapılan ısıtma ve soğutmalarda sertlikte herhangi bir azalma olmaz (M2C ve MC tipi karbür çökelmesinin sebep olduğu ikincil sertleşmeden dolayı). %5-8 Co ilavesi yüksek hız çeliğinin temperleme esnasında sertleşmesini geciktirip kızıl sertliğini artırarak daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına imkan verir, bu çeliklerde karbon içeriği daha yüksektir (M40-T15 kaliteleri). Co ihtiva eden çelikler daha gevrek oldukları için işlenebilirlikleri, bilenmesi ve ısıl işlemleri daha zor ve maliyetleri de daha yüksektir (Schey, 1987 - M. Hand. Vol:3, 1967).
    Her tür yüksek hız çeliği arzu edilen boyuta sıcak haddelenebilir veya dövülebilir. Tavlanmış halde iken geleneksel talaşlı imalat teknikleri ile kesici takımlar kolayca üretilebilir. Son bilemeden önce, takımlara ısıl işlem uygulanır. Ostenitleme (1190-1270ºC) ve genelde üç kere menevişleme (~550ºC) ile makul ölçüde tokluk özelliği ile birlikte yüksek mukavemet ve yüksek sertlik (3750 HV) kazanırlar. Yüksek hız çelikleri, 650ºC’e kadar olan işlem sıcaklıklarında kullanılabilmekte ve takımlar tekrar tekrar bilenebilmektedir. Talaşlı işlemde eğilimin yüksek hızlara kayması nedeniyle yüksek hız çeliklerinin önemi giderek azalmaktadır. Bu takımlar metal kesme endüstrisinde (özellikle tokluk beklenen alanlarda) özellikle matkaplar, broşlar ve diğer tüm şekil verme takımları olarak önemli kullanım alanına sahiptirler.
    Ergitme ve döküm tekniklerindeki gelişmeler takım kalitesini iyileştirmektedir. ince karbürlerin daha üniform bir dağılımını sağlamak için, bazı kaliteler ön alaşımlanmış atomize tozların konsolidasyonu ile yapılmaktadır. Yönetimin pahalı olması, mikroyapısal avantajların kullanılmasını büyük ölçüde engellemiştir (piyasa payı %5). Takım yüzeylerine, refrakter metal karbür ve nitrür ince kaplama yapılarak yüksek sertlik ve aşınma dayanımı elde edilmektedir. Böylece yüksek hız çeliğinden üretilmiş takımların performansında birkaç misli artış sağlanır. Düşük sıcaklıklarda (300-550ºC) PVD yöntemi ile takım malzemesinin olumsuz yönde etkilenmesi engellenir. Buharda temperleme (mavileştirme) uygulanması ile takımın ömrünü artıran sert ve poröz mavi oksit film (Fe3O4) oluşturulur. TiC, TiN, HfN ve alumina kaplama yapılarak takım ömründe 2-6 kat artış sağlanır. Yaygın olarak altın renkli TiN kaplamalar uygulanmaktadır (Schey, 1987 - Trent, 1977)
    Dökme Karbürler
    Karbür miktarı yüksek oranlara ulaştığı zaman, takım malzemesi daha fazla sıcak dövülemez; bu nedenle, dökümle şekillendirilir. Kesici takımlar için dökme Co-Cr-W alaşımları tescilli malzemedir. İstenilen özelliklere bağlı olarak, alaşımların genel bileşimi; %38-46 Co, %25-35 Cr, %4-25 W ve %1-3 C şeklindedir. Stellit olarak adlandırılan Co-Cr-W alaşımının sertliği, tungsten ve karbon oranına bağlı olarak 40-60 Rc arasında değişir. Isıl işlem uygulanmasına gerek yoktur. Mikroskobik olarak alaşım, tungsten esaslı bileşikler ve toplam miktarı %45 mertebesinde karbürlerden ibarettir (Şekil 3).
    Bu alaşımın özelliği; yüksek sertliği, yüksek aşınma, oksidasyon ve korozyon direnci ve mükemmel kızıl sertliğidir. Bu özelliklerin kombinasyonu, bu alaşımı kesme uygulamaları için uygun kılmaktadır. Dökme alaşımlar, kesici uçta hasar olmaksızın yüksek hız çeliklerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmektedir. Yumuşama yavaş bir şekilde meydana geldiği için, daha yüksek kesme hızlarında çalışmak mümkündür; fakat, bu sırada süneklik azalır. Stellitin kesici takım olarak uygulanabilirliği yüksek hız çeliklerinden daha sınırlıdır. Zira döküm alaşımları daha gevrektir ve takım dizaynı sınırlıdır. Ayrıca maliyeti de daha yüksektir. Stellit metal kesme takımları yaygın olarak çelik, dökme demir, dökme çelik, paslanmaz çelik, pirinç ve bazı diğer işlenebilir malzemelerin işlenmesinde kullanılır. Çoğunlukla tek noktalı torna tezgahlarında, şekillendirici takımlarda ve freze bıçağında kullanılmaktadır (Dawis Ed., 1995 - Avner, 1974).
    Karbür Esaslı Takımlar
    Semente Karbürler
    Bu malzemeler çok yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetli bir kitle oluşturacak şekilde bir metal veya demir alaşım grubu ile çok ince taneli refrakter metal karbür partiküllerinden oluşurlar (Şekil 4). Semente karbürler toz metalurjisi teknikleri ile üretilmektedir. Proses esasen tungsten, titanyum veya tantalyum karbür tozlarının hazırlanmasını kapsar. Bu tozlardan biri veya birkaçı bağlayıcı ile karıştırılır. Bağlayıcı metal olarak genellikle kobalt, nadiren de nikel ve demir kullanılmaktadır. Bu karışım istenilen şekilde kompakt kitle halinde soğuk preslenir ve akabinde sinterlenir (1370-1480ºC) veya sıcak presleme ile şekillendirilir (Avner, 1974). Kobalt yüksek sıcaklıklarda karbürlerle ötektik oluşturur ve çok iyi ıslatma özelliği gösterir. Tungsten karbür, düşük sıcaklıkta katı kobaltda yalnızca %1 oranında çözünürken, nikelde %25 ve demirde %5 oranında çözünmektedir. Nikel ve demirde, tungsten karbürün yüksek katı çözünürlüğü, gevrekliği arttırıcı bir etki yapar. Kobalt miktarının artışıyla tokluğun artmasına karşılık sertlik, basma mukavemeti, elastik modül ve abrasif direnç azalır (M. Hand, Vol:3, 1967 - Culp, 1997)

    Tablo 3. Semente Karbürlerin Sınıflandırılması (M. Hand. Vol:3, 1967)
    Karbür grubu
    Kompozisyon (%)
    Kalan WC Sade tungsten karbür
    Sertlik (RA)
    Yoğunluk (gr/cm3)
    1
    2.5-6.5
    0-3
    93-91
    15.2-14.7
    2
    6.5-15
    0-2
    92-85
    14.8-13.9
    3
    15-30
    0-5
    88-85
    13.9-12.5
    İlave karbür (ağırlıklı olarak TiC)
    4
    3-7
    20-42
    93.5-92.0
    11.9-9.0
    5
    7-10
    10-22
    92.5-90.0
    12.0-11.0
    6
    10-12
    8-15
    92.0-89.0
    13.0-12.0
    İlave karbür (ağırlıklı olarak TaC)
    7
    4.5-8
    16-25
    93.0-91.0
    12.5-12.0
    8
    8-10
    12-20
    92.0-90.0
    13.0-11.5
    İlave karbür (sadece TaC)
    9
    5.5-16
    18-30
    91.5-84
    14.8-13.5
    Bu tür kesici takımlarda abrasif eleman olarak tungsten karbür (WC) ile beraber titanyum karbür (TiC), tantalyum karbür (TaC) ve niobyum karbür (NbC) de mikroyapıda yer alabilir. Bu tür ilave karbürlerin, difüzyona direnç gösteren bir ara tabaka meydana getirmelerinden dolayı kesici takımlarda karşılaşılan önemli hasar türlerinden biri olan kraterleşme engellenmektedir (Schey, 1987). Bazı özel sert metallerde sert faz olarak krom karbür, molibden karbür ve bağlayıcı metal olarak nikel bulunabilir. Sade tungsten karbürlü kaliteler dökme demir, ostenitik çelik, demir dışı ve metal dışı malzemelerin işlenmesinde kullanılırken tungsten karbür yanında titanyum ve tantalyum karbür de ihtiva eden kaliteler ise ferritik çeliklerin işlenmesinde kullanılırlar (Tablo 3).
    Semente karbürlerin yüksek sıcaklık mukavemeti, karışık karbür miktarının artışı ile artmasına karşılık, kobalt miktarının artışı ile azalır (tokluk için bu ilişki terstir). Sinterlenmiş karbürlerin çok iyi takım performansı, çok yüksek kızıl sertlikle birlikte yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetinden ileri gelir (Avner, 1987 - M. Hand. Vol: 3, 1967).
    Sermetler
    Sermetler, metalik bir fazla bağlanmış seramikler olup esasen semente karbürler sermetlerin bir alt sınıfıdır. Çelik kesimi için, nikel ve molibdenle bağlanmış TiC tercih edilmektedir (Schey, 1987). Tipik bileşimi %8-25 Ni, %15-8 Mo2C ve %60-80 TiC şeklindedir. Ayrıca küçük miktarlarda WC, Co, TiN içerebilir. Sermetlerin mikroyapısı geleneksel semente karbürlerden farklıdır. Çünkü sinterleme sıcaklığında karbürün, bağlayıcı nikel içindeki çözünürlüğü kobaltınkinden daha fazladır. Bu nedenle sermetler, semente karbürlerden daha gevrek karakterdedir. Bu malzemeler yüksek krater ve oksidasyon direnci, düşük sürtünme katsayısı ve termal iletkenlik ile nispeten düşük yoğunluğa sahiptir. Bununla birlikte sertlik derinliği yüksek, abrasif direnci kobaltla bağlanmış tungsten karbürden daha düşüktür (M. Hand, Vol:3h, 1967 - Culp, 1997). Karışık TiC-TiN kaliteleri daha iyi termal iletkenlik ve daha yüksek hızları ile karakterize edilmektedir (Schey, 1987).
    Kesici takım olarak sermetler %20’den daha az bağlayıcı içermektedirler. Bu malzemeler çelik ve dökme demirler için özellikle orta ve hafif yükler altında yüksek hızda yüzey operasyonlarında kullanılmaktadır. Buna karşın, kaba ve darbeli işlemlerde, boşluklu ve porözlü yüzeylerde, sert dökümlerde, grafit ve sıcak iş takım çeliklerinde, demir dışı malzemelerde (Al, Cu vb.) ve yüksek oranda nikel içeren malzemelerde (malzemelerdeki nikel ile sermetteki nikel birleşme eğilimi göstermektedir) kullanılması halinde iyi sonuçlar vermemektedir (Dawis (Ed.), 1995).
    Seramik Esaslı Takımlar
    Metal işleme teknolojisinin gelişmesi ile işleme hızlarının artması daha uzun ömürlü (yüksek hızlarda çalışan) ve iş parçası ile etkileşmesi minimize edilmiş takım malzemesi arayışlarını hızlandırmıştır. Seramik malzemeler, tokluk dezavantajlarına karşılık yüksek sıcaklıklardaki mekanik ve kimyasal kararlılıkları ile, özellikle sürekli çalışan takımlar olarak kullanım alanı bulmaktadırlar. Bu maksatla kullanılan seramik malzemeler alumina, sialon ve kübik bor nitrürdür (Dawis (Ed.), 1995).
    Aluminyum Oksit Esaslı Seramikler
    Seramik takımlar, tane boyutu ortalaması birkaç mikron mertebesinde polikristalin, yoğun ve korundum kristal yapılı alumina (a-Al2O3) esaslı malzemelerdir. Seramik takım insertleri sıcak veya soğuk presleme ile üretilir. Soğuk preslemede seramik istenilen şekilde şekillendirilir ve 1600-1700ºC’de sinterlenir. Sıcak preslemede, presleme ve sinterleme birlikte yapılır. Bazı tür seramiklere, sinterlemeye yardımcı olmak ve tane büyümesini geciktirmek için, az miktarda titanyum oksit ve magnezyum oksit ilave edilir. Şekillendirildikten sonra takım, elmaslı disklerle perdahlanır (Schey, 1987 - Avner, 1974). Geleneksel kesici takım malzemesi olan alumina (Al2O3) 3 grupta toplanabilir:

    • A-1. Grup : %10 kadar oksit ve karbür (özellikle titanyum, magnezyum, molibden, krom, nikel, kobalt) içeren alumina. Bu karışım soğuk pres+sinterleme ile üretilir.
    • A-2. Grup : Saf alumina, sıcak presleme ile üretilir.
    • A-3. Grup : %25-30 refrakter karbür (TiC, SiC, vb.) içeren alumina, sıcak presleme ile üretilir.
    Aluminaya %10 ZrO2 ilavesi ile kırılma tokluğunu önemli ölçüde (~%25) iyileştirmekte, dökme demir ve nikel esaslı alaşımların işleme kapasitesini artırmaktadır. Titanyum karbür (TiC) ilavesi Al2O3’ün ısıl iletkenliğini, dolayısıyla ısıl şok direncini artırmakta fakat ancak sıcak presleme ile üretilebildiği için şekil sınırlandırmasını da beraberinde getirmektedir. Al2O3 takımların SiC wiskerlerle takviye edilmesi kırılma tokluğu, mukavemet ve ısıl şok direncini artırmaktadır. Yaklaşık 1 mm çapında ve 20 mm boyutunda olan bu wiskerler, yapının sertliğini ve aşınma direncini yükseltirler. Sıcak presleme ile üretilen bu kesici takımlar, üstün özellikleri nedeniyle sertleştirilmiş çelik, nikel esaslı alaşımlar ve dökme demirin aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilmektedir (Trent, 1977 - Culp, 1997).
    Sialon
    Sialon (Si-Al-O-N) bir silisyum-aluminyum oksinitrür tipi seramik malzeme olup, sinterlenebilen silisyum nitrürün (Si3N4) bir türevidir. Silisyum nitrürün kırılma tokluğu aluminanın yaklaşık iki katıdır ve daha yüksek bağ mukavemetine sahiptir. Termal genleşme katsayısı düşük (3,2. 10-6/ºC) olması nedeni ile iyi termal şok direnci verir. Aluminanın kırıldığı hızlı ve aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilir. Yüksek yoğunluklarda sıcak presleme ile üretilir ve takımın şekillendirme maliyeti yüksektir.
    Sialon silisyum nitrür, aluminyum nitrür ve aluminyum oksite, yitriyum oksit (Y2O3) katkısıyla 1800ºC’de sinterlenmesi ile elde edilir. Yitriyum oksit sinterlemede silikat oluşturarak sıvı faz sinterlemesine ve böylece porozite oranını düşürerek yaklaşık tam yoğunlukta (%98) malzeme elde edilmesini sağlar. Sialonun kırılma tokluğu ve enine kopma mukavemeti aluminadan daha yüksek, fakat Al2O3/SiC wisker seramiklerden daha düşüktür. Sialon kesici takımlar özellikle dökme demir ve süper alaşımların (Ni esaslı gaz türbin diskleri) işlenmesinde kullanılır (Edwards, 1990 - Trent, 1977).
    Kübik Bor Nitrür (CBN)
    Sentetik elmas yapımı için kullanılanlara benzer yüksek sıcaklık (1500ºC), yüksek basınç (8GPa) teknikleri ile (hekzagonal-kübik) kafes dönüşümü ile elde edilen kübik bor nitrür (CBN), elmastan sonra ikinci en yüksek sertlik değerine sahiptir (Tablo 1). Küçük miktarlardaki seramik veya metal bağlayıcı ile %100 yoğunluktaki bor nitrür karıştırılır. Günümüzde, General Electric firmasının BZN ve De Beers firmasının Amborite ticari adı ile piyasaya sunduğu iki ürün yaygın olarak kullanılmaktadır. Kübik bor nitrür, özelikle CBN-CBN metallerarası bağlarla bağlanmaktadır (Trent, 1977).
    Kübik bor nitrürün sertliği, sıcaklık artışı ile azalmaktadır. Elmasla karşılaştırıldığında kübik bor nitrürün en önemli avantajı, demir veya diğer metaller ile temasında veya havada yüksek sıcaklıkta sahip olduğu çok yüksek kararlılığıdır. Çok kristalli kübik bor nitrür endüstriyel alanda son birkaç yıldır kullanım alanı bulmaktadır. Ferro malzemeler ile reaksiyon direnci ve mükemmel abrasif direnci ile kombine edilen kübik bor nitrür, diğer takım malzemelerden daha yüksek sıcaklıklarda ve daha yüksek hızlarda sert malzemelerin işlenmesinde kullanılmaktadır. Özellikle, elmasın kullanımını engelleyen hızlı aşınma olmaksızın yüksek hızlarda sert dökme demir ve sertleştirilmiş çeliğin kesimi için kullanılmaktadır. Ayrıca, süperalaşımlar (nikel ve kobalt esaslı), kübik bor nitrür kompozit kesici takımlarla, semente karbürlerden çok daha yüksek hızlarda işlenebilmektedir. (Edwards, 1993 - Culp,, 1997).
    Elmas
    Elmas, karbonun tetrahedral formudur ve en sert ve en yüksek çizme dirençli malzeme olarak bilinir. Mohs ölçeğinde sertlik numarası 10’dur (Tablo 1). Bu özellikler elması takım malzemesi olarak çekici kılar; ne var ki, endüstriyel alanda kullanılan doğal tek kristal elmasın küçük miktarları bile oldukça pahalıdır. Ayrıca elmas çok gevrektir ve belirli kristallografik düzlemler boyunca kolayca ayrılır. Elmas 650¡C’de hızla okside olmaya başlar ve atmosferik basınçta 1500ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda tekrar grafite dönüşür. Yüksek sıcaklıkta demir için karbonun kolaylıkla çözünmesi veya demire difüze olan grafite dönüşmesi sebebiyle ferro malzemelerin işlenmesinde elmas yeterli performansı sağlamamaktadır. Bununla birlikte, elmas takımlar yüksek silisyumlu dökme aluminyum alaşımları, bakır ve alaşımları, sinterlenmiş semente tungsten karbürler, silika cam ile doyurulmuş kauçuk, cam-fiber/plastik ve karbon/plastik kompozitler ve yüksek aluminalı seramiklerin işlenmesinde kullanılmaktadır (Culp, 1997 - Edwards, 1993).
    Doğal elmasın tahmin edilemeyen erken hasara uğramasına karşılık, üretilmiş tek kristaller daha güvenilir performansı sergilemektedir. Son zamanlarda, çok kristalli takım uçlar kendiliğinden sinterlenen yuvalar içinde veya bir karbür altlık üzerine sinterlenmiş 0.5 mm kalınlıkta tabakalar olarak kullanılmaya başlamıştır. Elmas, abrasif iş parçalarının işlenmesinde diğer takım malzemelere oranla yüksek performans göstermektedir (Schey, 1987).
    SONUÇ
    Metalik malzemelerin şekillendirilmesinde yaygın olarak kullanılan kesici takımlarda en önemli husus, işlemin mümkün olan en düşük maliyetle, gerekli kalite beklentilerine en uygun şekilde gerçekleştirilmesidir. Bunu gerçekleştirebilmek için ise işlenecek metalik malzemenin özelliklerine ve kesme hızına bağlı olarak, kesici takım malzemesi doğru seçilmelidir. Kesici takım malzemeleri kısaca üç ana grupta toplanabilir: Metal esaslı, karbür esaslı ve seramik esaslı malzemeler. Aynı zamanda bu sıralama kesici takım malzemelerinin tarihsel gelişimini de göstermektedir. Metal esaslı takımlar, maliyeti düşük fakat daha düşük sıcaklıklarda ve hızlarda kullanılmaktadır. Karbür esaslı takımlar, yüksek kızıl sertlikleri ve yüksek kesme hızları ile karakterize edilmektedir. Seramik malzemeler ise tokluk dezavantajlarına ve maliyetlerine karşın yüksek sıcaklıklardaki mekanik ve kimyasal kararlılıkları sayesinde iş parçası ile takım malzemesi arasındaki etkileşimi minimize etmektedir.
     

Bu Sayfayı Paylaş