DIN 115CrV3 çeliğinden; ısıl işlemli, TiN ve CrN ile kaplamalı üretilen kesici uçların, mikroyapı ve kesme performansının incelenmesi

Bir soğuk iş takımı çeliği olan DIN 115CrV3 çeliği; yeterli mukavemet ve sünekliğe sahip ve sanayide matkap ucu, rayba, havşa, pim ve zımba yapımında kullanılan bir malzemedir. Maliyeti düşük olan bu çelikten, ısıl işlem uygulanarak ve seramik kaplamalar yapılarak çok değerli kesici uçlar üretmek mümkündür. Ancak ısıl işlem görmeyen ve kaplanmayan DIN 115CrV3 çeliğinden yapılan kalemlerin talaş kaldırma işlemlerinde aşınma ve kesme performansı oldukça düşük ve yetersiz kalmaktadır. Bu özellikleri artırabilmek, kesme performansı ve aşınma dayanımını yükseltebilmek amacı ile böyle çeliklere, ısıl işlem ve ardında da seramik kaplama işlemleri uygulamak gerektiği düşünülmüştür.Yapılan bu deneysel çalışmada; DIN 115CrV3 çelik malzemeden hazırlanmış kesici uçlar sertleştirilip, gerginlik giderme tavı uygulandıktan sonra fiziksel buhar biriktirme yöntemi kullanılarak, yüzey kaplama işlemi yapılmıştır. Daha sonra üretilen kesici uçların üzerinde abrasiv ve adhesiv aşınma ve kesme performansı testleri gerçekleştirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve enerji dağılımı spektroskopisi (EDS), X-ışını difraksiyon spektroskopisi (XRD) analiz teknikleriyle, malzemelerin mikroyapıları, yüzey pürüzlülükleri; ayrıca bu yapılara bağlı olarak; sertlik ve aşınma özelliklerinin değişimi deneysel olarak incelenmiştir.Deneysel çalışmalarda, piyasadan alınan DIN 115CrV3 çeliğinin küreselleştirme ısıl işlemi gördüğü ve hazır durumda sertliğinin 372 HV olduğu tespit edilmiştir. Sertleştirme işlemlerinde en yüksek sertlik değeri 780 °C'de 820 HV olarak bulunmuştur. TiN ve CrN kaplamaların malzeme yüzeyine üniform bir şekilde kaplandığı ve TiN kaplamanın yüzey pürüzlüğünün CrN'e göre yaklaşık 10 nm daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Artan ve sabit yük altında yapılan adhesiv aşınma deneylerinde, kaplamalı ve kaplamasız kesici takımların aşınma dirençleri farklı çıkmıştır; artan yük ile yapılan çalışmada TiN ve CrN kaplı kesici takımların sürtünme katsayıları sertleştirilmiş martenzitik çelik kesici takıma göre daha yüksek elde edilmiştir. Buna karşılık sabit yük altında yapılan deneyde ise kaplamasız takımın sürtünme katsayısı diğerlerine göre yüksek çıkmıştır. Ayrıca, CrN kaplamalı kesici takımlar, TiN kaplı kesici takımlara göre daha yüksek yüklerde adhezyon bozukluğu ve kaplama kalkmasına (delaminasyona) maruz kaldığı gözlenmiştir. Akustik emisyon deneylerinde en yüksek iç gerilme, sertleştirilmiş kesici takım, ardından CrN'de ve en düşük iç gerilme de TiN kaplı kesici takımlarda tespit edilmiştir. Sabit yük altında yapılan adhesiv aşınma deneyinde, sertleştirilmiş martenzitik çelik ve CrN kaplı kesici takımda aşındırıcı küreden kopan W elementinin varlığına EDS analizlerinde rastlanılmış, fakat TiN kaplı kesici takımda W kalıntısı bulunamamıştır. Abrasiv aşınmada, yük oranı arttıkça ağırlık kaybının da arttığı gözlemlenmiştir. Sertleştirilmiş martenzitik çelik kesici takım, diğer iki kesici takıma göre en fazla aşınan kesici takım olmuştur. Bunun yanında, her üç takımın mikroyapı ve EDS analizlerinde, yüksek miktarda Mn elementinin izine rastlanılmıştır. Bunun anlamı da yüzeyde abrasiv aşınmanın yanında adhesiv aşınmanın da gerçekleştiği bulgularına ulaşılmıştır. On-line izleme metodu, talaş kaldırma esnasında, iş parçasının yüzeyinden aldığı boyutsal değişimden yola çıkarak kesici takımların performansı hakkında bilgi vermektedir. Buna göre düşük devirde yapılan talaş kaldırmada en az aşınan kesici uç TiN olmuştur. Yüksek devirlerde CrN kaplı kesici ucun TiN'e göre hafif üstünlük sağladığı görülmektedir. Yapılan mikroyapı analizlerinde her üç kesici takımda da kırılma ve sıvanmaların olduğu görülmüştür.Bu tez çalışmasında; DIN 115CrV3 çeliğinden hazırlanan kaplamasız ve kaplamalı kesici takımlardan öncelikle TiN kaplamalı ucun, sonra CrN kaplamalı ucun ve en az da sadece sertleştirilip temperlenen ucun endüstriyel anlamda kullanıma elverişli oldukları sonuçlarına ulaşılmıştır.