9. KESİCİ TAKIM MALZEMELERİSementit karpit, bir toz metalürjisi ürünü olup, temel olarak bağlayıcı içindeki bir dizi farklı karpitten üretilirler. Çok sert olan bu karpitlerden

1

9. KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ

Takım malzemeleri son derece hızlı gelişme seyri gösteren bir konudur. Bu

gelişme seyri 20. yy. ile birlikte başlar ve özellikle 1930’dan bu güne artan bir görüntü

sergiler. 1900’larda 100 dakika olan bir işleme operasyonu 90’lı yıllara gelindiğinde 1

dakikanın altına düşmüştür (Şekil 9.1).

Takım Malzemeleri:

1. Karbonlu çelik 13. Kaplanmış karpitler (GC)

2. Yüksek hız çeliği(HSS) 14. Çok kristallı elmaslar(PCD)[yapay]

3. Döküm alaşımlar (Demir dışı) 15. Kübik bor nitrit(CBN)

4. Geliştirilmiş yüksek hız çelikleri 16. Çok katlı katlanmış uçlar

5. Dökme demir için sementit karpit uçlar

(Sert metal)[C]

19. Delme (matkaplar) için kaplanmış

karpitler

6. Çelik için sementit karpit uçlar 18. Frezeleme için kaplanmış karpit uçlar

9. Değiştirilebilir sementit karpit uçlar 19. Paslanmaz çelik için kaplanmış karpit

uçlar

8. Seramikler(CC) 20. Koronit (coronit) (N)

9. Sentetik elmaslar 21. Geliştirilmiş Sermetler

10. Geliştirilmiş sementit karpitler 22. Vida açmak için kaplanmış uçlar

11. Sermetler (seramik/metal)[CT] 23. Yeni nesil kaplanmış uçlar

12. Değerli sementit karpitler

Şekil 9.1. Kesici takım malzemelerinin performansındaki gelişme.

Günümüzde, belli bir iş parçası malzemesini en iyi şekilde belli şartlarda

işleyebilecek her türlü metallerden talaş kaldırma işlemi için optimum sonuçlar

verebilecek bir takım malzemesi mevcuttur. Bu gelişme, tamamen yeni malzemelerin

ortaya çıkmasına bağlı değil, bu malzemelerin iyileştirilmesine (geliştirilmesine) de

2

bağlı olarak ortaya çıkmıştır. Örneğin yüzyılın başlarında yüksek hız çeliklerinin

bulunmasıyla atılan ilk adım, işleme zamanını defalarca hızlandırmıştır. Bununla

beraber son on yıllık dönemde sert malzemelerdeki sürekli gelişme metal işleme

operasyonlarında da büyük iyileşmeyi beraberinde getirmektedir.

Bu gelişmedeki amaç işleme maliyetleri perspektifinden gelişmeler

sağlamaktadır. Günümüz atelyelerinde işleme etkinliğinin artmasında çok çeşitli

farktörler etkili olmakla beraber, takım malzemesi, takım tutucular ve bağlama

işlemleri, ölçme teknikleri, bilgisayara geçiş bunlardan en önemlileridir. Şekil 9.2 20 yy.

başlarında günümüze atelye şartlarındaki ve endüstri gelişimindeki paralellik

gösterilmiştir.

Şekil 9.2. Atelye ve endüstriyel aktivitelerdeki gelişme seyri.

Temel olarak takım malzemesi iş parçası malzemesinden daha sert olduğundan

ve keskin olduğundan metalden talaş kaldırır. Fakat günümüzdeki yüksek verimlilik

kavramı, çok daha karmaşıktır. Bu sebeple bir işlem için geometri ve takım malzemesi

kombinasyonu olan takım seçiminde ve uygulamasında çeşitli faktörler söz konusudur.

Bunlar (Şekil 9.3):

1. İşleme biçimi (operasyon)

2. İş parçasının biçimi ve malzemesi

3. Takım tezgahı

4. İşleme (kesme) parametreleri

5. İşlenen (gerekli) yüzey kalitesi

6. Genel karaslılık / rijitlik

7. İşleme maliyetleri

3

Şekil 9.3. Takım seçiminde etkili faktörler.

7.1. Kesici Takım Malzemelerinin Temel Özellikleri

Günümüzdeki işleme şartlarında, yüksek kesme hızı ve ilerleme aralıklarında,

kesici takım malzemesinin üç temel özelliği üzerinde durulur:

- Aşınmaya karşı dayanma yeteneği ( aşınma direnci)

- Kırılmaya karşı dayanım yeteneği (tokluk)

- Yüksek sıcaklıklarda kimyasal kararlılığını ve sertliğini sürdürebilme yeteneği

(sıcak sertlik)

Düşük kesme hızlarında diğer faktörlerin etkisi de göz önüne alınmalıdır.

Günümüzdeki takım malzemeleri arasında bir karşılaştırma yapmak karakteristiklerdeki

farkları göstermek için de önemlidir. Bu özellikler aynı zamanda, aynı malzemeden

yapılmış değişik kalitedeki (grade) kesiciler arasındaki farkları göz önüne almak için de

önemlidir.

Aşınma direnci (Wear resistance-WR):

Aşınma direnci, doğrudan doğruya tekbir özellik olmamakla birlikte, genellikle abrasiv

yanak aşınmasının ölçümüyle bulunur. Takım ucunun, planlanan şekilde, çeşitli tipteki

aşınmalara performansını kaybetmeden gösterdiği direnç olarak açıklanabilir.

Tokluk (Toughness-T) (dayanıklılık):

Tokluk, eğilmeye karşı direnç ve enine kırılma dayanımı gibi çeşitli yollarla

açıklanabilir. Genellikle oda sıcaklığında ölçülür ve bu yüzden işleme sırasındaki

davranışla ilişkili tam bilgi vermez. Uç yavaşlatma etkisinin dikkate alınmasıyla ilgisi

4

yoktur. Yüksek hız çeliği (HSS) takım malzemesi oldukça yeni bir malzeme olan çok

kristalli (polikristalin) elmasla kıyaslandığında oldukça yüksek tokluğa sahiptir.

Sıcak sertlik (Hot hardness-HH):

Diğer bir önemli özellik olan sıcak sertlik, özellikle yüksek kesme hızlarında ulaşılan

sıcaklarda işleme için önemlidir. Değişik malzemelerin sıcak sertliği arasındaki fark

oldukça kayda değerdir. Malzemenin sıcaklıkla işleme özelliğini kaybetmemesi olarak

adlandırılabilir.

İdeal bir takım malzemesi için şunlar söylenebilir:

Yanak açınmasına ve deformasyona direnç için sert olması

Kırılmaya direnç için yüksek tokluğa sahip olması

İş parçası malzemesine karşı kimyasal olarak eylemsiz olması (difüzyonu

önlemek için)

Oksidasyon ve çözünürlülüğe direnç için kimyasal olarak kararlı olması

Termal (ısıl) şoklara (darbelere) karşı iyi bir ısıl dirence sahip olması

Takım malzemesinin doğru seçimi ekonomik işlemenin anahtarıdır. Kırılan ve

aşınan takıma bağlı olarak takım tezgahındaki bekleme süreleri verimlilik ve takım

malzeme seçimini sıfırlayan faktörlerin başında yer alır. Bunlara bağlı olarak aynı takım

malzemesinin kaliteleri (grade) de önemli olup doğru kalite kritik faktörüdür.

Tek bir takım malzemesinin tüm işleme taleplerini karşılaması mümkün

olmamakla beraber bazı kaliteler pek çok işleme operasyonunu kapsayan geniş

uygulama alanlarına sahiptir. Şekil 9.4’deki pay diyagramı çeşitli takım malzemelerinin

kullanımını yansıtan özelliktedir. En geniş yelpazeyi HSS ve sementit karpitlerin

kapsadığı açıkça görülmektedir.

C- Kaplanmamış sementit karpitler

GC- Kaplanmış sementit karpitler

CT- Sermetler

HSS- Yüksek hız çeliği

N- Koronit

CC- Seramikler

PCD- Çok kristalli elmas

CBN- Kübik bor nitrit

Şekil 9.4. Tüm işleme operasyonları için takım malzemelerinin yaklaşık dağılımı.

5

Şekil 9.5’de çeşitli malzemelerin sertlik karşılaştırmaları verilmiştir.

Şekil 9.5. Çeşitli takım

malzemeleri için

sertlik aralıkları.

(Knoop sertlik skalası-

1,000 Kg/mm2)

Şekil 9.6’da ise yine çeşitli takım malzemelerinin sıcak sertlik özellikleri (sıcaklığa

bağlı sertlik değişimleri Rockwell A cinsinden )verilmiştir.

Şekil 9.6. Çeşitli takım malzemeleri için sıcaklık ile sertliğin değişmesi.

6

Şekil 9.7’de ise çeşitli takım malzemelerinin aşınma dirençleri / tokluk (A) ve sıcak

sertlik / tokluk ilişkileri (B) verilmiştir.

Şekil 9.9. Aşınma direnci/tokluk (A) ve sıcak sertlik/tokluk (B) ilişkileri.

Şekil 9.8’de çeşitli takım malzemelerinin hangi hız/ilerleme kombinasyonları için

kullanılabileceğini görmek mümkündür.

Şekil 9.8. Çeşitli takım malzemeleri için hız/ilerleme kombinasyonları.

Tablo 9.1’de ise tüm bu sözü edilen takım malzemeleri için takım seçiminde etkin

faktörler dikkate alınarak karşılaştırma yapılmıştır.

7

108

8

9.2. Sementit Karpit (Sert Metal) Kesiciler

İsminden de anlaşıldığı gibi, sementit karpit takım malzemesi, sert karpit

parçalarının bir bağlayıcı ile birlikte semente edilmesi (birleştirilmesi–tavlanması) ile

elde edilir. Talaş kaldırmada pek çok avantajlı özelliğin kombinasyonuna sahiptir ve

sert çelik takım malzemesine göre pek çok avantajı vardır. Özellikle son 60 yılda

dikkate değer gelişmeler kaydedilmiş ve bir kesici kenardan elde edilebilecek

verimlilikte önemli iyileşmeler sağlanmıştır. Kaplanmış sementit karpitlerle (ayrıca

bahsedilecek) bu özellikler daha da gelişmiş ve kaplanmamış uçlar ilk tavsiye edilen

uçlar olmaktan uzaklaşmıştır. Bununla beraber kaplanmamış karpit uçlar halen

alüminyum, özel amaçlar için ve bazı diğer kesici malzemeleri için temel malzeme

olmayı sürdürmektedir.

Sementit karpit, bir toz metalürjisi ürünü olup, temel olarak bağlayıcı içindeki

bir dizi farklı karpitten üretilirler. Çok sert olan bu karpitlerden bazıları şöyledir:

- Tungesten Karpit (WC) Bu malzemelerin sertlikleri Şekil 9.9’da

- Titanyum Karpit (TiC) karşılaştırılmaktadır.(Vickers Sertlik HV’ye

- Tantalyum Karpit (TaC) göre)

- Niobyum Karpit (NbC)

Bağlayıcı madde olarak çoğunlukla kullanılan malzeme Kobalt (Co) dır.

Bununla beraber, karpitler birbirinin içerisinde eriyebilir (çözülebilir) ve başka bir

bağlayıcı malzeme olmadan da sementit karpit biçimine getirilebilirler.

Sert parçacıkların boyutu 1~10 mikron arasında değişir ve toplam malzeme

hacminin %60~95’ini oluştururlar.

Sementit karpit uçlarının özellikleri önemli ölçüde değişkendir. Bazıları

diğerlerinden daha sert olabilirken, bazıları ise diğerlerinden daha toktur. Bu sebeple

değişik sınıf ve kalitede sementit karpit uçların belirlenmesi bazı özelliklere bağlıdır.

Bunlar: - Sert taneciklerin boyutu ve tipi

- Bağlayıcının miktarı (oranı - % olarak) ve tipi

- Üretim teknikleri

- Kalite

9

İlk geliştirilen sementit karpitler WC- Co (Sert tanecikler tungsten karbür ve

bağlayıcı kobalt ) esaslı olup özellikle dökme demirin işlenmesine uygundurlar. Bu ilk

sementit karpitler iki fazlı sementit karpitler olup, sert tungsten karpit faz (α) fazı ve

kobalt bağlayıcı ise (β) fazı olarak isimlendirilmektedir (Şekil 9.10). Bu, sade sementit

karpit uçlar, talaş yüzeyinde sementit karpite karşı kimyasal olarak reaktif ve krater

aşınmasına sebep olan çeliğe dayanıklı değildirler.

Karbon benzerliği ve östenit, talaş yüzeyinde karbonun takımdan talaş alarak

geçmesine ve bir krater oluşmasına (difüzyon aşınma mekanizması ile) sebep

olmaktadır. Titanyum ve Tantalyum karpitler, tungsten karpite göre daha kararlı olup,

yüksek işleme sıcaklıklarında çeliğin takımı kırma etkisine karşı takımın direncini

artırmaya katkıda bulunurlar.

Titanyum karpit diğerlerine göre oldukça sert olmasına rağmen (oda

sıcaklığında) yüksek kesme hızlarında erişilen yüksek sıcaklıklarda sertliğin düştüğü

deneylerle gözlenmiştir. (Şekil 9.11).

İlk sementit karpite TiC ve TaC gibi diğer karbürlerin ilavesi ile, çeliğin

işlenmesine daha uygun bir sementit karpit geliştirilmiştir. Bu üç fazlı yeni sementit

karpitlerde ilave edilen bu üçüncü faz (γ), TiC, TaC ve NbC' ü ifade etmektedir.

Şekil 9.9. Bazı metal karbürlerin sertlik

ve sıcak sertliklerinin karşılaştırılması

(HV-vickers sertlik).

Şekil 9.10. İlk sementit karpitlerde(WC-Co)

α (sert parçalardan oluşan) fazı ve (WC)

β (kobalt veya nikel bağlayıcı) fazı.

10

Bu şekilde sementit karpit uçlar, dökme demir ve demir

dışı metalleri işlemeden çeliği işleyip doğru bir evrim

gerçekleştirmiş oldular.

Şekil 9.11.Üç fazlı sementit karpitlerdeki (γ) fazı.

Şekil 9.12’deki diyagramlar, sementit karpit uçlarda sert parçacıkların

yüzdesinin artması ile aşınma direncini arttıran sertlik (Hv) ve basma dayanımı (Cs)' nin

daha büyük olduğunu göstermektedir. Daha yüksek oranda bağlayıcı katkısı, sementit

karpite daha tok bir yapı kazandırmaktadır. Kırılmaya karşı direnç kabiliyeti olarak

isimlendirilen tokluğu eğilme direnci ile (Be) sembolize edersek, daha yüksek miktarda

bağlayıcı ihtiva eden sert metal uçlarda sertliğin tersine tokluk özelliği iyileşmektedir.

Diğer grafiklerde (4,5,6) sert parçacık ve bağlayıcı yüzdesi ile burulma dayanımı (Trs),

darbe dayanımı (İmp) ve elastikiyet modülündeki (E) değişmeler görülmektedir.

Şekil 9.12. Sert tanecik (WC) bağlayıcı metal (Co) yüzdesindeki değişmeye bağlı olarak

sert metal uçların bazı özelliklerindeki değişmeler.

1- WC yüzdesi artınca sertlik Hv artar.

2- Wc yüzdesi artınca Basma dayanımı Cs artar.

3- Co yüzdesi artınca Eğilme dayanımı (Tokluk ) Be artar.

4- Co yüzdesi artınca Burulma dayanımı Trs artar.

5- Co yüzdesi artınca Darbe dayanımı Imp artar.

6- Co yüzdesi artınca Young ( Elastikiyet ) Modülü E küçülür.

11

Grafiklerin genel bir sonucu olarak kobalt miktarının artması daha yüksek

tokluğa sebep olurken, küçük taneli sert parçacıklar (Sert parçacık yüzdesindeki artış)

daha sert bir yapı oluştururlar.

Tane büyüklüğü (Grain Size-GS) de, sementit karpitlerin özelliklerinde etkilidir.

Çünkü, parçacıklar arasındaki metal olan bağlayıcının kesin miktarı tane boyutunun

artmasıyla artan kalınlık doğrultusunda artar. Bu durum dayanım ve sertlik üzerinde

etkili olduğu kadar sertlik ve aşınma direncini de etkiler.

— Küçük tane boyutu daha yüksek sertlik.

— Kaba tane boyutu ise daha yüksek tokluk demektir.

Pratik olarak bunun anlamı, sementit karpit uçlar gevrek olmayabilir ve işlemede çok

geniş bir uygulama alnına sahiptirler.

Bu tanımlamalardan ideal takım malzemelerinin özeliklerini listelemek için bir

karşılaştırma yapıldığında, neden hâla sementit karpitlerin en önemli takım malzemesi

olduğu görülebilir. Bununla beraber, sertlik (Hv) ve basma dayanımı (Cs) değerleri

yükselen sıcaklıkla düşerken yinede yüksek hız taleplerinde iyi bir aşınma direnci

özelliği gösterirler (Şekil 9.13).

Şekil 9.13. Sementit karpitte sıcaklıkla sertlik ve basma dayanımının değişmesi.

Sementit karpit kalitelerinin (grade) uygulama sınırlarını belirlemede, yüksek

sıcaklıklarda iş parçası malzemesi ile yakınlık esas değildir. Termal iletkenlik yüksek ve

oksidasyon direnci düşük olmakla beraber bu durum, işleme bölgesindeki yüksek

sıcaklıkların etkisinde ve kalite geliştirmede genel bir problem değildir.

Sementit karpitler metallerle karşılaştırıldığında, örneğin çelikle, sementit karpit

çok daha sert ve basma dayanımı çok daha yüksek olmakla beraber çekme dayanımı

zayıftır. Özgül ağırlığı çeliğin yaklaşık iki katıdır. Bu durum titanyum karpit esaslı

kalitelerde (özellikle sermetlerde) geçerli değildir. Bunlar çelikten daha hafiftir.

12

Elastikiyet modülü çeliğin iki üç katı olduğundan daha rijittir. Bu sebeple delik büyütme

işlemindeki takım tutucuların yapımında da kullanılır. Uzun boylarda minimum yer

değiştirme özelliğine sahiptirler. Aynı zamanda termal genleşme kat sayısı çeliğin yarısı

kadardır (Bu sebeple geçmişte, uçların lehimlenmesi oldukça güçtü).

Netice olarak;

Sementit karpit uçlar oldukça geniş bir uygulama alnına sahiptirler ve

kaplanmamış kalitelerde de iş parçası malzemelerinin çoğunda başarıyla

kullanılabildikleri gibi kaplanmış uçların imalatında da alt (temel) katman (sub-strate)

olarak kullanılırlar. Şekil 9.14’de çeşitli sementit karpit yapılar gösterilmiştir.

Şekil 9.14. Çeşitli sementit karpitlerin mikro yapıları.

A- α ve β fazı ihtiva eden kaba taneli (ISO = K20)

B- α ve β fazı ihtiva eden ince taneli (ISO=K10)

C- α, β ve γ fazı ve büyük miktarda bağlayıcı ihtiva eden (ISO=P40)

D- α, β ve γ fazı ve küçük miktarda bağlayıcı ihtiva eden (ISO=P10)

9.3. Sementit Karpit Uçların Üretimi

Bir toz metalürjisi üretimi olan sementit karpitler özenle kontrol edilen bir işlem

süreciyle imal edilirler. Yapı ve kompozisyon (bileşim) ürünün genel kalitesinde çok

önemli olup bunun sonucu olarak işleme sırasındaki performansı da etkiler. İstenmeyen

parçacıkların (kalıntıların) varlığı, boşluklar ve fazlar, kaliteyi önemli ölçüde

A B

C D

13

etkilediğinden çok çeşitli seviyelerde tutulmalıdır. Günümüzde sementit karpitler ve

üretim süreci, geçmişle kıyaslandığında çok büyük gelişme kaydetmiştir. Sementit

karpit uçların üretiminde aşağıdaki beş temel aşama söz konusudur (Şekil 9.15).

1) Toz üretimi 4) Uçların bitirme işlemleri (Son biçimlendirme)

2) Presleyerek sıkıştırma 5) Kaplama

3) Pişirme (sinterleme)

Şekil 9.15. Sementit karpit uçların toz metalürjisi ile üretimindeki temel aşamaların

şematik gösterimi.

Bir tungsten karpit ucun bu aşamalardan geçerken izlediği oluş diyagramı Şekil 9.16’da

gösterilmiştir.

Şekil 9.16. WC-Co esaslı sert metal ucun toz metalürjisi ile üretimi.

Tungten

tozu (W) Karbürizasyon

(WC)

Bilyalı

değirmenlerde

karıştırma

Karbon

Tozu (C) Kobalt(Co)

ve diğer tozlar Sıkıştırma

preslemesi

(parafin)

Vakumlu fırında

likit faz

sinterleme

Taşlama

veya

Honlama

TiC veya

TiN

kaplama

Bitmiş

Uç

1. Adım

2. Adım

3. Adım

4. Adım 5. Adım

14

9.3.1. Toz üretimi

Üretimi için temel hammadde tungsten cevher konsantresidir. Şelit (Scheelit-

CaWO4) veya Wolframit (Wolframite-(Fe, Mn) WO4) bu cevherlere örnektir. Tipik

cevher konsantresinin ağırlıkça yaklaşık %70’i tungstik oksit (WO3) tir.

Üretimdeki ilk aşama, cevher konsantresinden amonyum tungstat solüsyonu

hazırlamaktır. Şelit; ya büyük bilyalı öğütücülerde hidroklorik asit (HCl) ile çökertilir

ya da kuru olarak çok ince tane boyutlarında öğütülerek sıcak hidroklorik asitle

çökertilir. Kalsiyum tungstat (şelit), hidroklorik asit ile reaksiyona girerek tungstik asit

(H2WO4) ve kalsiyum klorid (CaCl2) şekline dönüşür. Konsantredeki kalsiyum kloridin

aksine hidroklorik asitte çözülmeyen tungstik asit ve yabancı mineraller öğütmeden

sonra yıkanır. Yıkanmış çökelti büyük tanklarda amonyak ile işleme tabi tutulur.

Tungstik asit amonyak ile reaksiyona girerek çözülmüş amonyum tungstat haline gelir.

Bundan sonraki işlem, çözülmemiş minerallerin ayrıştırılması için amonyum tungstat

solüsyonunun filtre edilmesidir.

Wolframit, sıcak sodyum hidroksit (NaOH) ile çökeltilerek, çözünmüş sodyum

tungstat elde edilir. Solüsyon, çözülmemiş yabancı minerallerin, demir ve mangan

hidroksidin ayrıştırılması için filtre edilir. Kalsiyum tungstat (CaWO4) kalsiyum klorid

(CaCl2) ilave edilerek çökeltilir. Elde edilen kalsiyum tungstat şelitte olduğu gibi aynı

işlemlere tabi tutularak amonyum tungtat çözeltisi elde edilir.

Daha sonra amonyum tugstat’tan buharlaştırma yolu ile kristalize halde

amonyumparatungstat (APT) elde edilir ve APT kireçle yakılarak tungstik oksit (WO3)

elde edilir.

Bazı sementit karpit kalitelerinde Molibden (Mo) ve krom (Cr) metalleri de ilave

edilir. WO3, tungsten tozu üretmek için, hidrojen ile indirgenir. Elektrolitik olarak

yapılan işlemde tungstik oksitteki oksijen ile hidrojen su formuna dönüşür.

Bütün bu çeşitli aşamalardan sonra çökeltilen tungsten tozu şartlara bağlı olarak

çeşitli tane büyüklüklerinde olabilir. Örneğin aşırı derecede fazla hidrojen, düşük bir

sıcaklık ve küçük bir parça tungstik oksit kullanılmasıyla çok ince taneli tungsten tozu

15

elde edilirken tersi bir yolla kaba taneler elde edilebilir. Bu metotla tane büyüklüğü

kontrol edilebilir.

Toz üretiminde kullanılan işlem sürecinin şematik gösterimi Şekil 9.17’de görülebilir.

Şekil 9.19. Toz üretimindeki

çeşitli aşamaların şematik

olarak gösterilmesi.

Tungsten tozunun üretilmesinden sonra tungsten karpit (tungsten karbür)

üretilmesine geçilir. Bu işlemde ilk adım çok dikkatli bir şekilde hesaplanan miktarda

tungsten tozu ve siyah karbon tartılır ve doğrudan karıştırılır. Karışım daha sonra,

yüksek frekanslı ısıtmanın yapıldığı fırınlara doldurulur. Bu atmosfer kontrollü

fırınlarda koruyucu hidrojen atmosferinde Tungsten (W) ve Karbon (C) birleşerek (WC)

tungsten karpit oluşturur. Karbürize sıcaklığı 1700°C civarındadır.

Sementit karpit için kullanılan ham malzemenin hesaplanmasındaki teorik

yaklaşımlar ile elde edilen tungsten karpit bileşimi oldukça yakın değerlerdedir.

Tungsten karpit üretilmeden önce bileşik haldeki ve serbest haldeki karbon miktarını,

kristal yapısını ve tane büyüklüğünü tayin etmek için bazı deneyler yapılır. Farklı tipte

tungsten tozu kullanılmasıyla farklı kalitede tungsten karpit elde edilmesi mümkün

olabilmektedir.

Titanyum, tantalyum ve niobyum karpitlerde elde edilebilir. Bu malzemelerin

oksitleri hidrojen ile indirgenmez. İndirgeme yerine doğrudan karbon kullanılarak

karbürizasyon yapılır.

16

Titanyum karpit bağımsız (tamamen ayrı) olarak elde edilemez ve genellikle

tungsten karpitle bileşik haldedir. 2000°C üzerindeki bir sıcaklıkta titanyum karpit,

tungsten karpit içinde çözünür ve arzu edilen karbür formuna ((Ti,W) C) dönüşür.

Kobalt tozu, kobaltoksitin hidrojen ile indirgenmesi ile elde edilir. Bu indirgeme

işleminde maksimum sıcaklık 800°C’dir. Elde edilen karpitler ve kobalt, sementit karpit

takım malzemesi üretilmesindeki ham malzemeler olarak ele alınır. Tartımdan sonra

tozlar karıştırılır ve öğütülür. Bu öğütmedeki kalıntıların karışmasını engellemek için

öğütmede kullanılan bilyalar da sementit karpittir. Tüm öğütme işlemleri ıslak ortamda

yapılır. Öğütmenin amacı, sadece inceltme değil aynı zamanda homojen bir karışım elde

etmektir.

Öğütme / Karıştırma işlemi sırasında karpit ve bağlayıcı metal taneleri arasında

bir temas gelişir ve bu durum daha sonraki sinterleme işlemi sırasında yeterli reaktif

durumun oluşmasını sağlar. Öğütmeden sonra öğütme sıvısı sprey kurutma ile

uzaklaştırılır.

9.3.2. Presleme

Sementit karpit tozları sıkıştıma için tek etkili veya çift etkili presler ve briket

haline getirme kalıpları kullanılarak preslenir. Bu tekniğin kullanımı, iyi bir sıkıştırma

ve sıkı bir şekil elde etmek içindir ve preslemeyi kolaylaştırmak için toza bir miktar

yağlayıcı (parafin) katılır (Şekil 9.18).

Preslemede, sıkıştırma ile biçim elde edilirken boyutlar elde edilemez ve

boyutlar sinterleme şartlarında belli olur. Çünkü sıkıştırılmış parça %30 civarında

porozite (gözenek) içerir porozite sinterleme sırasında %17–20’ye varan doğrusal

çekme ile kaybolur.

Şekil 9.18. Tozların

preslenmek sureti ile

şekillendirilmesi.

17

9.3.3. Sinterleme (Pişirme)

Preslenerek şekillendirilmiş malzeme %30’a kadar gözeneklerle doludur.

Sinterleme bir ısıl işlem olup amacı, gözeneklerin kapanmasını sağlamak ve dayanımı

arttırmak için sert partiküllerin birbirleri ile kaynaşmasını sağlamaktır (bağlayıcı metal

ortamında).

Sinterleme, sert taneciklerle bağlayıcı arasındaki arzu edilen reaksiyonu

sağlamalı, gözenekleri elimine etmeli ve sonuçta sinterlenmiş parça doğru şekilde

soğutulmalıdır. Karbon muhtevasını kontrol altında tutmak temel gayedir. Bu sadece

sinterleme sırasında değil, hazırlama işlemleri sırasında ve daha sonraki kaplama

işlemleri sırasında da önemlidir. Karbonun grafit olarak veya gevrek bir yapıdaki eta-

fazı şeklindeki varlığı sementit karpit ucun aşınma direnci ve tokluğu üzerinde direkt bir

etkisi vardır.

Değişik tipteki uçlar için farklı sinterleme metotları söz konusudur. Sinterleme,

oldukça karmaşık ve iyi kontrol edilmesi gereken bir işlemdir. Bu nedenle, kesin bir

sıcaklık, işlem süresi ve ortam ön şekillendirilmesi yapılmış gözenekli briketten ciddi

değişikliklerle en iyi takım malzemesi elde edilmesini sağlar.

Bu sinterleme işlemi sırasındaki reaksiyon “füzyon sinterleme” olarak bilinir.

Bunun anlamı, sıcaklık zamanla 1400–1600°C ye ulaştığında bağlayıcı metal eriyecek

ve önemli bir miktar karpit çözülecektir. Bu sıcaklıkta malzemenin toplam %10~50

civarında bir hacmi erimiş durumda olacaktır. Eriyikte çözünmeyen karpitlerin bazıları

birleşme eğilimindedir ve diğerlerine rağmen birleşerek büyüyecektir.

Sementit karpit karışımı, tungsten karpite ilave edilmiş titanyum, tantalyum veya

niobyum karpitlerden herhangi birini ihtiva ediyorsa bu karpitlerde de reaksiyonlar

meydana gelecektir. Sinterleme sırasında bunlar birbiri içerisinde çözülecek ve bazı

tungsten karpitlerle birleşecektir ve normal tungsten karpitten farklı bir tane biçimine

sahip bir karpit oluşacaktır. İşlem devam ettikçe, reaksiyonlarla yapı değişecek ve

sementit karpit çekerek poroziteler (gözenekler) kaybolacaktır. Katılaşma sırasında,

çözülmüş karpitlerin büyük bir kısmı, birleştirme metali etrafında çökelecektir. Sementit

karpitlerin büyük bir çoğunluğu için katılaşma sıcaklığı 1300°C civarındadır.

18

Sinterlenmiş parçalardan alınan numuneler üzerinde bazı deneyler

gerçekleştirilerek, boyut, gözeneklik, yapı, tane büyüklüğü, zorlama kuvveti, yoğunluk

ve işleme performansı açısından incelenir. Şekil 9.19’da sinterleme işlemi sonucunda

tane yapısındaki değişiklikler gösterilmiştir.

Şekil 9.19. Sementit karpit uçların sinterlenmesi.

9.3.4. Son Biçimlendirme

Toz metalürjisi ile üretilmiş uçların bazıları taşlanarak çok hassas kalınlıklar elde

edilir. İçteki daire, boyutları, uç radyusu, pahlar ve açılar bu taşlama işlemleri ile elde

edilir (Şekil 9.20). Bununla beraber uçların bazılarına son şekli doğrudan preslemeyle

verilir. Yüzey taşlama işlemleri ya taşlama ortamında yada elmas taşlama diskleri ile

gerçekleştirilir.

Uçlar taşlama işlemleri ile ilgili olarak; kalınlık, düzlük, düzlemlerin paralelliği

ve pürüzlülük açısından muayene edilir ve çatlaklar, çıtlamalar, çizikler vb. için de

gözle muayeneye tabi tutulur.

Uçların bazıları da çeşitli miktarlarda kenar yuvarlatma işlemlerine (ER) tabi

tutulur (Şekil 9.20). Bu yuvarlatma işlemi, ucun işleme sırasındaki performansı üzerinde

önemli bir etkiye sahiptir. Biçim, boyut ve yuvarlatılmış kenarın yüzey pürüzlülüğü uç

seçiminde kritik öneme sahiptir. Bu yuvarlatmada yarıçap 0.02–0.08 mm arasında

değişir.

19

Şekil 9.20. Sementit karpit uçların son işlemleri.

9.3.5. Kaplama

Günümüzde kullanılan sementit karpit uçların büyük bir çoğunluğu saf ince taneli

bir yüzey tabakasıyla kaplanmasıyla kullanılır.

Kesici takım malzemesinde önemli iyileşmelere sahip olan bu kaplamaların

özellikleri ve yapılışı “Kaplanmış Sementit Uçlar” bahsinde detaylı olarak anlatılacaktır.

9.4. Kaplanmış Sementit Karpitler (Gc)

1960’lı yılların sonunda kesici takım malzemesi geliştirme sürecinde büyük bir

adım atılmış ve çok ince bir karpit tabakasıyla kaplanmış sementit karpit uçlarla

tanışılmıştır. Sadece birkaç mikron kalınlığındaki bir titanyum karpit katmanıyla karpit

takımların performansı önemli ölçüde artmıştır. Kaplanmamış uçlardan kaplanmış uçlara

geçilmesiyle kesme hızı ve/veya takım ömrü dramatik biçimde artmıştır. Kaplamanın

etkisi aşınmayı azaltması ile sürmüş ve çeliğin işlenmesinde krater aşınmasının da

azalmasına sebep olmuştur. Yüksek sıcaklıklar tolere edilerek daha yüksek hızlar ve

ilerlemeler ile çalışmak mümkün olmuştur (Şekil 9.21 ve Şekil 9.22).

20

Şekil 9.21. Kaplanmış sementit

karpit uçlar.

Şekil 9.22. Kaplanmış sementit

karpit uçlar (GC) ile

kaplanmamış uçların

karşılaştırması

A) Aşınma direnci (WR) ile

tokluk (T) karşılaştırması.

B) Ömür (T) ile aşınma (KB)

karşılaştırması.

Kaplanmış uçlar sürekli olarak bir gelişme kaydetmekte olup, yeni nesil

kaplanmış uçlar geliştirilmektedir. (Şekil 9.23). Günümüzde tornacılık işlemlerinin

%75’den fazlası ve frezeleme işlemlerinin %40’ından fazlası kaplanmış sementit karpit

uçlarla gerçekleşmektedir. Ve genellikle bir işlem için ilk tercih olma özelliği

taşımaktadır. Değiştirilebilir uçların dörtte üçü (özellikle tornacılık için) bu tip uçlardır.

Frezeleme ve delme işlemleri için dökme demir ve çelik malzeme işlenmesinde sağlanan

gelişmeler oldukça geniş bir uygulama alanı bulmuştur.

Temel Kaplama Maddeleri:

a) Titanyum Karpit (TiC)

b) Titanyum Nitrit (TiN)

c) Titanyum Karbon Nitrit (TiCN)

d) Alüminyum Oksit (seramik) (Al2O3)

21

Şekil 9.23. Kaplanmış sementit

karpitlerin (GC) gelişim süreci.

Şekil 9.24’de kaplama malzemelerinin değişik özellikler açısından karşılaştırması

yapılmıştır.

Şekil 9.24. Kaplama

malzemelerinin değişik

özelliklerinin

karşılaştırılması.

Hv: Sertlik

Br: İşleme sırasında ucu etkileyen zararlı ısı ve kimyasal reaksiyon

Bo: Asıl alt katman uca yapışma kabiliyeti

Cof: Sürtünme katsayısı

VB: Yan yüzey (Yanal) Aşınma direnci

KT: Krater aşınma direnci

T: Tokluk

Titanyum karpit (TiC) ve alüminyum oksit (Al2O3) oldukça sert malzemelerdir.

Bu sebeple oldukça yüksek aşınma direnci sağlarlar. Aynı zamanda kimyasal olarak inert

22

(asal) olduklarından takım ve talaş arasında kimyasal ve ısıl alışverişte bir engel

oluşturulmasını sağlarlar.

Titanyum nitrit (TiN) diğerleri kadar sert bir malzeme olmamakla birlikte ucun

yüzeylerinde oldukça düşük bir sürtünme katsayısına sahip olduğundan krater aşınmasına

karşı direnç sağlar. TiN aynı zamanda altın sarısı bir renge sahip olup kesici takımlara

daha düşük sıcaklıklarda uygulanabilir. Titanyum karbon nitrit (TiCN) ve Titanyum

alüminyum nitrit (TiAlN), TiN gibi düşük sıcaklıklarda kaplanabildiğinden alt katman

(çekirdek) ucu çok fazla etkilemezler.

Bununla beraber modern kaplama teknolojileri ile tüm kaplama tipleri için gerekli

yüksek sıcaklıklar rahatlıkla elde edilebilmekte ve uca istenilen tüm özellikler

kazandırılabilmektedir. Çok katlı kaplamalar hâla geliştirilmekte ve kaplama

malzemelerinden en iyi özellikler elde edilmeye çalışılmaktadır.

Kaplama kombinasyonları ile oluşturulan kaliteler (grade), oldukça geniş bir

uygulama alanı bulabilmektedir.

Titanyum nitrit kaplamalara altın sarısı bir renk kazandırırken, titanyum karpit gri

renkte, alüminyum oksit ise saydam görüntüdedir.

Titanyum karbon nitrit mükemmel yapışma özelliklerine sahiptir ve iyi bir aşınma

direnci sağlar.

Uçtaki kaplamaların toplam kalınlığı 2-12 mikron’u geçmez. Çünkü daha fazla

kalınlıklar negatif (olumsuz) bir etki yaratabilir. Kalınlığın artması ile aşınma direnci

artacak olmasına rağmen gevreklik gündeme geleceğinden tabaka tabaka ayrılmalar söz

konusu olabilir. Daha ince kaplamalar iyi tokluk performansı sağlayarak özelliklerin

dengelenmesinde önemlidir.

Şekil 9.25’de; istenilen özelliklerin sağlanması için üç kat halinde kaplanmış bir

uçta kaplama tipleri ile sağlanan özellikler ve kaplama kalınlıklarının birbirine göre

kıyaslaması yapılmıştır.

23

Şekilde tungsten karpit bir çekirdek (alt katman) sırasıyla birinci katman olarak

TiC, ikinci katman olarak Al2O3 ve en üstte üçüncü katman olarak TiN kaplama

yapılmıştır ve katmanların kalınlıkları birinciden üçüncüye doğru giderek azalmaktadır.

Şekil 9.25. Üç katlı kaplanmış bir uçta katmanlar, katman kalınlıkları ve uca

kazandırdıkları özellikler.

TiC temel kaplama malzemesi olarak çekirdeğe dayanım ve aşınma direnci

sağlamak için yapılır. Alüminyum oksit ikinci katman ise uca yüksek sıcaklıklarda

kimyasal kararlılık kazandırmak ve abrasiv aşınmaya karşı direnç kazandırmak içindir.

En ince olan son TiN kaplama ise yüzeyde düşük bir sürtünme katsayısı sağlayarak (built

up edge) sıvanma oluşmasını engeller ve krater aşınmaya karşı direnç sağlar.

ISO’ya göre sınıflandırılmış pek çok uç kaplanabilir. P05’den P40’a, M10’dan

M25’e ve K01’den K25’e kadar değişik sınıfta değişik amaçlı uç daha geniş bir

uygulama alanı kazanmak maksadıyla kaplanabilir. Şekil 9.26’da (A) tek katlı, (B) iki

katlı ve (C) üç katlı uçların mikro yapıları gösterilmiştir.

Şekil 9.26. Kaplanmış uçlarda mikro yapılar.

(A) (B) (C)

24

9.5. Kaplamaların Yapılması

9.5.1. Kimyasal Buhar Çökertme (CVD)

Değiştirilebilir uçlarda kaplamaların toplam kalınlığı 2-12 mikron arasında

değişmektedir. Bir insan saç telinin kalınlığının 75 mikron civarında olduğu düşünülürse

işlemin hassasiyeti konusunda fikir yürütmek mümkün olur.

Bu amaçla sementit karpit uçlarda en yaygın kullanılan kaplama yöntemi,

Kimyasal Buhar Çökertme (Chemical Vapour Deposition- CVD) yöntemidir. Temel

olarak CVD kaplama yöntemi, farklı gazların kimyasal bir reaksiyonudur. Titanyum

karpit kaplamak için, hidrojen (H2), titanyumklorid (TiCl4) ve metan (CH4) kullanılır.

Uçlar atmosfer kontrollü fırınlarda 1000°C civarında ısıtılır. Sinterlemede olduğu gibi

çok dikkatli biçimde kontrol edilmesi gereken bir işlemdir. Karbon muhtevası ya serbest

ya da eta-fazında olup kaplamadan önceki karbürizasyon aşamasında izlenir (Şekil 9.27).

Alüminyum oksit ve titanyum nitrit kaplamada benzer yollarla alüminyum klorid

veya azot (nitrojen) gibi başka gazlar kullanılarak yapılır (Şekil 9.27). CVD yöntemi çok

katlı kaplamalarda uygun gazların birbirine göre düzenlenmesi ile nispeten kolay bir

biçimde gerçekleştirilir.

Şekil 9.29. Kimyasal buhar çökertme (CVD) ile sementit karpit uçların kaplanması.

25

CVD işlemi herhangi bir çekirdek (alt katman) uç üzerine kaplama

yapılabilmesine imkan sağlayan çok geniş bir kullanım alanına sahip otomatik olarak

gerçekleştirilebilen bir işlemdir. Kaplama üniform ve homojen olup, kaplama ile alt

katman arasındaki yapışma mükemmeldir. Daha tok bir çekirdek üzerine yapılabilecek

bir alüminyum oksit kaplama ile oldukça yüksek performansa ve güvenilirliğe sahip

uçlar elde edilebilir.

9.5.2. Fiziksel Buhar Çökertme (PVD)

Sementit karpit uçlar için daha az kullanılan alternatif bir diğer kaplama yöntemi

de Fiziksel Buhar Çökertme (Phisical Vapour Deposition- PVD) metodudur. Bu yöntem

daha ziyade yüksek hız çeliklerinin kaplanmasında kullanılmakla beraber sert metal

uçların kaplanmasında da kullanılır. Bu işlem oldukça dikkatli bir uygulamayı gerektirir.

Sıcaklık CVD yöntemindekinin yarısı kadar olup 500°C civarındadır. PVD kaplama

özellikle çevresel kaplama ve çok keskin takımların kaplanması için iyi bir yöntemdir.

Parmak frezeler, matkaplar, klavuzlar vb. bu metotla kaplanır.

Bu metot kaplama malzemesinin bir malzeme kaynağından uzaklaştırılarak diğeri

üzerinde buharlaştırılması veya çökeltilmesi esasına dayanır. Yaklaşık 500°C de yapılır.

Örneğin titanyum, bir enerji kaynağı olarak odaklanmış elektrik arkı ile iyonize edilir ve

bir plazma buhar haline getirir. Bu plazma azot püskürtülerek kaplanacak malzeme

üzerine TiN olarak çökeltilir. (Şekil 9.28).

Şekil 9.28. Fiziksel buhar çökertme (PVD) ile kaplama.

26

PVD ile yapılan bir kaplama CVD kaplama kıyaslandığında daha incedir. CVD

ile yapılan daha kalın bir kaplamanın anlamı; aşınma direncini arttırır. Özellikle

alüminyum oksit kaplama CVD ile 12 mikrona kadar çıkabilir.

9.6. Sermetler (CT)

Sermet, tungsten karpitten ziyade, sert parçacıkların titanyum karpit (TiC),

titanyum koro nitrit (TiCN) ve/veya titanyum nitrit (TiN) olduğu sementit karpitlerin

ortak adıdır. İsim seramik/metal kombinasyonundan gelir. Metal bağlayıcıda seramik

parçacıkları ifade eder. Sementit karpitler de olduğu gibi toz metalurjisi ile üretilen

sermetlerinde bir sementit karpit olduğu düşünülüp tartışılabilir. Pratik olarak şu

bilinmelidir ki sermetler, tungsten karpitten ziyade titanyum karpit esaslı karpitleri ifade

eder.

Sermetler son yıllarda kullanılmaya başlanmış olmakla beraber, yeni bir takım

malzemesi değildir. Titanyum esaslı kaliteler 1929 yılında yapılmış ve dikkate değer bir

gelişme kaydetmiştir. İlk zamanlarda çok çok kırılgan olan yapıya Molibden ilavesi ile

molibden karpit (MO2C) yapısı elde edilmiş ve bu da üretim tekniklerinde gelişme

sağlamış ve bunun sonucu olarak ISO P01 sınıfı uçlar üretilmiştir. Daha büyük

miktarlarda titanyum nitrit ve bağlayıcı ilave edilmek suretiyle daha iyi takımlar elde

edilmiştir.

Böylece, nispeten kırılgan olan takım malzemesinden, daha fazla işleme

taleplerine cevap verebilecek daha tok yapıya sahip olan sermetler geliştirilmiştir.

Sermetler sadece çeliğin bitirme işlemlerindeki hafif talaşlarda kullanılan kesiciler

olmayıp günümüzde frezecilik işlemleri ve paslanmaz çeliklerin işlenmesinde de

kullanılmaktadır.

Sermetler:

Yan yüzey ve krater aşınmasına karşı yüksek dirence

Yüksek kimyasal kararlılığa ve sıcak sertliğe sahip olup,

Sıvanma (BUE) oluşma eğilimleri ve

Oksidasyon aşınma eğilimleri düşüktür.

27

Tungsten esaslı karpitler ve kaplanmış sementit karpitler ile karşılaştırıldıklarında

sermetler:

Daha küçük sabit yüklerde yaklaşık aynı kenar dayanımına,

Daha iyi bitirme yüzeyi oluşturmak için daha iyi ve daha uzun sürekliliğe,

Yüksek kesme hızlarda daha iyi kapasiteye,

Yardımcı kenarda oksidasyon sonucu oluşacak çentik aşınmasına karşı daha iyi

bir dirence,

Daha düşük (BUE) oluşumu eğilimiyle sünek ve sıvanan malzemelerde daha iyi

bir bitirme yüzeyi oluşturma kabiliyetine sahiptirler.

Yukarıdaki özellikler çok ince veya yarı ince özellikler için uygun olup, bu tip

uygulamalarda sermetler çok uygundur. Daha fazla yarı bitirme ve kaba özellikli

uygulamalar için bir kesici takım olarak sermetler:

Daha düşük ve daha yüksek ilerlemelerde ikinci derecede bir dayanıma,

Ortadan ağıra doğru değişen yüklerde ikinci derecede bir tokluğa,

İkinci derecede bir abrasiv aşınma (AW) direncine,

Mekanik aşınmaya bağlı asıl kesici kenardaki çentik aşınmasına karşı ikinci

derecede bir dirence,

Darbeli yüklere karşı ikinci derecede bir dayanıma sahiptir.

Profil işleme talepleri, sermetler için uygun değildir. Bununla beraber çok hafif

talaşta ve küçük boyutta kopyalama işlemlerinde kullanılabilir. Yüksek kesme hızı ve

orta ilerlemede oldukça iyi şartlarda takım ömrü/bitirme yüzeyi kriterleri sergilerler.

Frezeleme operasyonlarında da bitirme amaçlı işlemlerde, geniş bir dizi

malzeme için genel amaçlı bir role sahiptir. Yüksek kesme hızı ve uygun ilerlemelerde

kullanılırken kesme derinliğinin artması abrasiv aşınmaya sebep olabilir. Dökümün dış

kabuğunun sermetlerle işlenmesinden de kaçınılmalıdır. Oldukça sert ve paslanmaz

çeliklerin frezelenmesinde tokluğu daha yüksek sermet kaliteleri kullanılmalıdır.

28

9.9. Seramikler (CC)

Günümüzde seramikler oldukça geniş bir dizi farklı kesici takım malzemesi için

ortak bir ad olarak kullanılmaktadır. Geriye dönüldüğünde, seramikler esas olarak

alüminyum oksit (Al2O3) anlamındadır.

İlk seramik kesiciler çok kırılgan yapıya sahip olduklarından uygun olmayan

takım ömrüne, yanlış uygulamalar nedeniyle de daha kötü üretim kalitelerine sebep

olmuşlardır. Ancak günümüzde ilk günlerdeki ile karşılaştırılamayacak bir gelişme

kaydetmişlerdir. İşleme metodunun ve tezgahların değişmesiyle seramikler mükemmel

verimlilik ve kalite sergilemeye başlamıştır.

Seramik kesiciler sert, yüksek sıcak sertlik özelliklerine sahip olup iş parçası

malzemesiyle kimyasal reaksiyona girmezler. Daha uzun ömre sahip olup daha yüksek

hızlarda işleme yapmak mümkündür. Doğru uygulamalarda oldukça yüksek talaş

miktarları kaldırılabilir.

Metalik bir malzeme olmayan seramikler, çelikle karşılaştırıldığında aralarında ,

bazı ana özelliklerde farklılıklar söz konusudur. Yoğunluğu çeliğin üçte biridir. Basma

dayanımları, çekme dayanımlarına göre çok yüksektir. Çelikte bu durum daha

dengelidir. Çelikte olduğu gibi plastik uzama yoktur ve bu sebeple çok gevrektir. Saf

seramikler için elastikiyet modülü çeliğin iki katıdır. Çelikler yüksek ısı iletkenliğe

sahipken seramiklerin oldukça düşüktür. Şekil 9.29’da bazı seramik uç örnekleri ve

Şekil 9.30’da ise alüminyum oksit esaslı seramik malzemenin mikro yapısı

görülmektedir.

Şekil 9.29. Bazı seramik uç örnekleri. Şekil 9.30. Al2O3 seramiğin mikro yapısı.

29

İki temel tip seramik yapısı vardır:

- Alüminyum Oksit Esaslı (Al2O3)

- Silikon Nitrit Esaslı (Si3N4)

Alüminyum oksit esaslı seramikler üç guruptur:

1) Saf (Pür)

2) Karışık

3) Takviyeli (Güçlendirilmiş)

9.9.1. Saf (Pür) Alüminyum Oksit Seramikler (A1)

Saf alümina uçlar, düşük dayanım, düşük tokluk ve aynı zamanda düşük termal

iletkenliğe sahiptirler. Bu özellikler, metallerin işlenmesinde kesinlikle en iyi özellikler

değildir ve şartlar uygun olmadığında neden kesme kenarının kırıldığının sebepleridir.

Küçük miktarda zirkonyum ilavesi, saf seramiğin özelliklerini önemli ölçüde

iyileştirmektedir. Zirkonyum oksitli kalitelerin mekanizmaları, daha iyi tokluk anlamı

taşır. Kararlılık, yoğunluk ve düzgün tane boyutu uygun olanlara değişik miktarlarda

zirkonyum oksit ilavesi önemlidir. Herhangi bir gözeneklilik (porozite) takım

performansını bozar. Saf seramikler, soğuk presleme ile üretildiklerinde beyaz renkte,

sıcak presleme ile üretildiklerinde ise gri renkte olurlar.

9.9.2. Karma (Karışık) Seramikler (A2)

Alüminyum oksit esaslı karma seramikler, bir metal fazı ilave edilmesinden

dolayı daha iyi termal şok dayanımına sahiptirler. Bu tip geliştirilmiş termal iletkenlik

sebebiyle çatlamalara karşı daha az duyarlıdır. İyileşme nispidir ve elde edilen tokluk,

seramik karpitlerinkilerle karşılaştırılamaz.

Metal fazı, bileşimde %20~40 oranındaki katkı titanyum karpit ve titanyum

nitrit’tir. Sıcak presleme ve diğer ilaveler sebebiyle uçların rengi siyahtır. Daha geniş

pek çok malzeme ve işleme uygun daha geniş bir uygulama alanına sahiptirler.

9.9.3. Takviyeli Seramikler (A3)

Alüminyum esaslı takviyeli seramikler nispeten yeni geliştirilmiş ürünlerdir. Bu

seramikler aynı zamanda (kedi) bıyıklı takviyeli seramiklerdir. Bu ismi kedi bıyığı

30

(whisker) diye adlandıran tek kristalli fiberden almaktadır. Bu fiberler sadece bir mikron

çapındadır ve boyu 20 mikrondan uzundur. Çok kuvvetli olup, silikon karpitten elde

edilir.

Bu takviye etkisi oldukça dramatiktir. Tokluk, dayanım ve termal şok (ısıl darbe)

direncini kayda değer ölçüde artırmakta ve aşınma direnci ile sıcak sertliği daha iyi

kaliteler elde edilmektedir. Bu yeni takım malzemesi gittikçe gelişmektedir. Malzemede

çatlak gelişmesini engelleyen bir gelişme sağlanmış ve kullanıma sunulmuştur. Fiber

malzeme (whiskers), muhtevanın yaklaşık %30’u kadardır.

Fiber malzemenin dağıtılmasında avantajlı olan sıcak presleme ile üretilirler ve

uçlar yeşil renktedir. Sertlik, tokluk ve termal şok direncinin dengelenmesi bu sınıf

seramiklerin; ısıl dirençli alaşımlar, sertleştirilmiş çelikler ve dökme demirler ile

kesintili talaş kaldırmayı kapsayan ve daha yüksek dayanım talep eden uygulamalarda

kullanılmasını sağlamıştır.

9.9.4. Silikon Nitrit Esaslı Seramikler (B)

Silikon nitrit esaslı seramikler, tamamen farklı malzemeler olup, termal şoklara

daha iyi direnç ve nispeten daha iyi toklukları sebebiyle alüminyum oksit seramiklerden

daha iyidirler.

Çok yüksek talaş kaldırma hacimleri ile gri dökme demirin işlenmesi için bir

numaralı alternatiftir. Gri dökme demir nispeten kolay işlenmesine rağmen yüksek hız

ve yüksek miktarda talaş kaldırma sırasında takım malzemesine zarar verir.Bu sebeple

bu tip işlemede yüksek sıcak sertlik, dayanım, tokluk ve termal şoklara direnç ve

kimyasal kararlılık esastır.

Silikon nitrit esaslı seramikler, sementit karpitler için uygun olandan daha

yüksek sıcaklıklarda sıcak sertliklerini sürdürebilmede mükemmel olup, alüminyum

oksit esaslı seramiklerden daha yüksek tokluğa sahiptirler. Bununla beraber, çeliğin

işlenmesi sırasında alüminyum oksit esaslı seramiklerin kimyasal karalılığına sahip

değildirler. Bu sebeplerden dolayı, 450 m/dk üstündeki kesme hızlarında ıslak ve kuru

çalışma şartlarında gri dökme demirin işlenmesinde mükemmeldirler.

31

Silikon nitrit seramik, iki fazlı malzeme olup, daha uygun olan silikon nitrit

kristaller, bağlayıcı malzeme fazı içinde uzanır. Özelliklerin tayini kompozisyona

bağlıdır.

Üretim, ya doğrudan soğuk preslere ve sinterleme veya daha avantajlı olarak

doğrudan sıcak presleme ve istenilen biçimde taşlanmasıyla elde edilir. Nispeten yeni

bir malzemedir. 1970’lerden beri geliştirilmektedir. Motorlardaki yüksek performanslı

parçaların yapım malzemesi olarak da kullanılmaktadır.

Şekil 9.31’de seramik malzemelerin bazı özelliklere göre birbirleriyle karşılaştırılması

verilmiştir.Bu özellikler: (T) tokluk, (Hv) sertlik, (TSR) termal şok direnci, (CS) ise

kimyasal karlılıktır (CSFE: demir esaslı malzemelerde,CSNİ:Nikel esaslı malzemelerde).

*Silikon nitrit esaslı

seramikler demir esaslı

malzemelere karşı kimyasal

olarak kararlı olmakla beraber,

gri dökme demir için istisnai

bir durum vardır ve özellik

iyidir.

Şekil 9.31. Çeşitli seramik kesici malzemelerin farklı özellikler açısından

karşılaştırılması.

Seramik kesici malzemeler için ana uygulama alanları:

- Gri dökme demir(lamelli dökme demir),

- Isıya karşı dirençli alaşımlar,

- Sertleştirilmiş çelikler,

- Modüler(temperlenmiş) dökme demir,

- Bir dereceye kadar çelik

Gri dökme demirin kaba ve ince işlenmesinde, özellikle döküm kalıntıları ve

kabuk içermiyorsa, saf alüminyum oksit seramikler iyi performans sergilerler. Silikon

nitrit seramikler, kesintili talaş kaldırılırken ve kesme derinliği değiştiğinde iyi dayanım

32

gösterirler. Karma alüminyum oksit seramikler, bitirme talaşında takım ömrü kriter

olarak alınırsa, son paso talaşlar (ince işleme) için iyi özellik sergilerler. Çünkü, bitirme

yüzeyini doğrudan etkileyen çentik aşınması dirençleri yüksektir.

Isıya karşı dirençli alaşımlar için, seramiklerin gelişmesi, performansı kayda

değer ölçüde arttırmıştır. Önceleri kaplanmamış sementit karpitlerle işlenen bu

alaşımlarda, seramikler daha yüksek kesme hızlarında, pek çok kat daha uzun

dayanımla başarılı olmuşlardır.

Nitel esaslı alaşımlarda olduğu gibi yüksek sıcaklıklarda yüksek dayanıma sahip,

büyük çentik aşınmasına sebep olan bu alaşımların, karma veya takviyeli alüminyum

oksit esaslı seramiklerle işlenmesi avantajlıdır. Doğru uygulama metodu hayati önem

taşır, çünkü, kesme derinliği bölgesinde çentik aşınma eğilimi tüm kenar boyunca

dağılabilir.

Sertleştirilmiş çelik ve çil dökme demir (Hızlı soğutulmuş ve beyaz dökme

demiri andıran bir yapıya sahip oldukça sert bir döküm malzeme türü) seramikle

işlemeyle geliştirilmiş sert parça tornalama olanlarıdır. Karma ve takviyeli alüminyum

oksitler hatta; siklon nitrit esaslı kesiciler, sıcak sertlik ve ısıl darbelere (termal şoklar)

direnç taleplerini karşıladıkları için, bu uygulamalarda oldukça iyidir.

İşlemler, iş parçasına bağlı olarak önemli ölçüde değişkendir. İş parçası, soğuk

haddelenmiş biçimde çeşitli yüzey şartlarına sahip olabilir. Çil dökme demir ve kaynak

işlemi görmüş veya sertleştirilmiş çelik parçalar olabilir.

Sertleştirilmiş parçaların tornalanması, oldukça başarılı bir şekilde taşlama

işlemlerinin yerini almaktadır. Modern seramik uçların aşınma direnci ve kimyasal

kararlılığı bu alanda yüksek verimlilik getirmiştir. Çil dökme demirde, sert karbürlerden

dolayı aşındırıcı tanelerle (Abrasiv aşınma) aşınmaya karşı direnç hayati önem taşır.

Genel çelik işleme operasyonlarında tokluk en önemli özellik olduğundan dolayı

(özelikle daha düşük kesme hızlarında) kaplanmış sementit karpitlerle işlenir. Seramik

kalitelerinin en toku olan silikon nitrit, maalesef demir esaslı malzemelerin (Gri dökme

33

demir istisna) işlenmesinde kimyasal olarak kararlı değildir ve genellikle diğer kaliteler,

tokluktaki eksikliğe rağmen daha geniş uygulama imkanı bulurlar. Takviyeli

seramiklerde çeliğin işlenmesinde çok çok düşük kimyasal kararlılığa sahiptir.

Seramiklerin uygulanmasındaki başarı, işleme tipi, işleme şartları, iş parçası

malzemesi, takım tezgahının performansı, genel kararlılık, gerçekleştirilen işleme

metodu, kesme kenarının hazırlanması (özellikle dayanımı arttıran pah oluşturma) ve

talaşın oluşumu arasındaki uyuma bağlıdır.

Şekil 9.32’de farklı malzemeler için seramik türlerinin uygulanabilirliği

gösterilmiştir. Bu tablodaki semboller; (CI) dökme demir, (HRA) ısıya karşı direnci

yüksek alaşımlar, (HS/CI) sert çelik ve dökme demir, (S) çeliktir.

Şekil 9.32. Farklı malzemelerin işlenmesinde kullanılabilecek seramikler.

9.8. Koronitler (Coronit_N)

Koronit; çeliğin yüksek tokluğu ile sementit karpitin aşınma direncini birleştiren

oldukça yeni bir kesici malzeme kombinasyonudur. Bu özellikler, oronit parmak

frezelere, bu alanda kullanılan diğer benzeri takımlarla kıyaslandığında, daha yüksek

hızlarda çalışma imkanı sağlar. Takım ömrü, güvenilirlik ve yüzey kalitesinde daha iyi

özellikler söz konusudur. Temelde çeliğin işlenmesi için geliştirilen bu takımlar,

titanyum ve benzer hafif alaşımlar için de iyi performans sergilerler.

Koronitler, yüksek hız çelikleri ile sementit karpit arasında mevcut oldukça

büyük boşluğu doldururlar. Yüksek hız çeliklerinden takımlar gibi yapılmakla beraber

verimlilik yüksektir.

34

Günümüzde, kanalların, ceplerin, profillerin kaba veya ince işlenmesinde uygun

kesici takımlar genellikle parmak frezelerle sınırlıdır. Aynı formda fakat daha yüksek

performansa sahip koronit kesiciler, pek çok iş parçası malzemesi için yüksek hız çeliği

kesicilere alternatiftir.

Bu yeni malzemenin özelliğindeki anahtar, oldukça ileri tekniklerle üretilen ve

aşırı derecede küçük titanyum nitrit taneciklerin(TiN) tane boyutundadır. Bu tanecikler

0,1 mikron boyutundadır (Bu sementit karpit veya yüksek hız çelikleri ile

karşılaştırılırsa tane boyutunun 1~10 mikron arasında değiştiği hatırlanmalıdır). Özel bir

teknoloji kullanarak, bu küçük TiN tanecikler ısıl işlem görebilen çelik bir matris

içerisine malzeme hacminin %35~%60 arasındaki bir formda dağıtılabilmektedir. Sert

tanecik oranının sonucu olarak, seri çeliklerle elde edilebilecek, olandan daha sert fakat,

sementit karpitlerin en alt sınırından daha küçük bir sertlik elde edilmektedir. Bu

tiplerin ilk uygulamalarında sert parçacıklar %50 oranındadır.

Koronitlerin özellikleri, sementit karpitler ile yüksek hız çelikleri arasındaki

geniş bir alana yayılmaktadır. Özellikler alaşım malzemesi muhtevasını, özellikle,

karbon miktarını ve/veya ısıl işlem yöntemini değiştirmek suretiyle değiştirilebilir.

Oldukça küçük tane boyutuna sahip sert parçacıklar, koronite avantajlı özellikler

kazandırmaktadır. Neden küçük tane boyutu bu kadar avantajlıdır? Bunun cevabı daha

yüksek aşınma direncine sahip daha keskin bir kesme kenarı elde edilebilmesidir. Daha

keskin kesici kenar, aşınırken bile keskinliğini muhafaza eder. Bu kendiliğinden ne seri

çelik, ne de sert metal uçlu kesicilerde mevcuttur. Aynı zaman da ince tanecik daha da

ince bitirme yüzeyi anlamı taşır. Hiç bir sementit karpit, koronit kadar sert parçacık

ihtiva etmez. Yüksek hız çeliği bir tanecik 1000 den çok koronıt taneciğine tekabül

eder.

Üretim yöntemi, ileri birleştirme ve kaplama teknikleri ihtiva eder. Küresel uçlu

parmak frezeler haricindeki diğer parmak frezeler sadece tamamen koronit değildir.

Bunun yerine üç kısımdan oluşan bir yapı vardır.

35

1) Çelik bir çekirdek

2) Çapın yaklaşık %15’ine karşılık gelen bir koronit katmanı

3) 2 mikron kalınlığında PVD ile kaplanmış TiCN veya TiCN veya TiN dış kaplama.

Çelik çekirdek, delme görevi de yapan parmak frezelerde yüksek hız çeliği,

delme amaçlı olmayan parmak frezelerde yay çeliğidir. Bu nispeten daha tok bir yapı

demektir.

TiN veya TiCN kaplama ile, çekirdek ve kaplamanın aynı termal genleşme

katsayısına sahip olması sağlanır (yaklaşık olarak). TiCN kaplama, kesici kenarın

boşluk tarafında daha iyi bir aşınma direnci sağlar (yüksek yanak aşınma direnci).

Malzeme açısından bakıldığında krater aşınmasına karşı da koronit yüksek dirence

sahiptir. Koronit talaş yüzeyleri, yeniden kaplamaya ihtiyaç göstermeden, sürekli

yenilenen takım yüzeyi oluştururlar.

Koronitler pek çok iş parsasının işlenmesi ve oldukça geniş aralıkta değişen bir

dizi operasyonun gerçekleştirilmesi için kullanılabilir. Aşınma direnci ve tokluk

kombinasyonu, yüksek hız çeliği ile yapılan işlemlerde önemli gelişmeler sağlanmıştır.

Mükemmel yüzey kalitesi elde edilebilir ve takımlar yeniden bilenebilir. Bu özellikleri

açısından HSS (TiCN kaplı) ve kaplanmış HSS uçlarla karşılaştırılması Şekil 9.33’de

görülmektedir.

Bir kalıp çeliğinde tipik bir çevrenin bitirme talaşının frezelenmesindeki

sonuçlar, bu yeni takım malzemesinin getirdiği iyileşmeyi göstermektedir. Kaplanmış

HSS (A) ve kaplanmış karpit (B) ile karşılaştırıldığında koronit (C) parmak frezeden

alınan süper sonuçlar Şekil 9.33’deki grafiklerle görülebilir. Sonuçlar aşına direnci ile

tokluk kombinasyonunun avantajını göstermektedir. HSS parmak freze koronit ve karpit

uçların sadece %20’si kadar bir ömre sahiptir. Koronit kesici belli oranda bir yanak

aşınması (VB) gösterse bile, karpit kesicide buna ilave olarak mikro çıtlamalarda

gözlenmiştir. Kesme parametreleri HSS için daha düşük olmasına rağmen aşınma çok

daha büyüktür.

36

Şekil 9.33. Koronit takım malzemesinin HSS (Kaplanmış) ve sementit karpit

(Kaplanmış) ile karşılaştırılması.

9.9. Kübik Bor Nitritler (CBN)

Kübik bor nitrit (CBN), gerçekten çok sert olan takım malzemelerinden biri

olup, sertliği elmastan sonra ikinci sıradadır. Aşırı sertlik, çok yüksek sıcaklıklarda

(2000°C) sıcak sertlik, abrasiv aşınma direnci ve işleme sırasındaki genellikle iyi

kimyasal kararlılığının kombinasyonu ile mükemmel bir takım malzemesidir.

Seramiklerle karşılaştırılacak olursa, daha sert fakat termal ve kimyasal direnci

daha düşüktür. Aynı zamanda çok genç (yeni) bir takım malzemesidir. 50’li yıllarda

tanınmakla beraber 70’li yıllardan sonra daha yaygın kullanılmaya başlamıştır. Yüksek

maliyetine rağmen daha önceden taşlanan sert paçaların tornalanarak elde edilmesinde

uygulama şansı bulmuştur.

Dövme çelikler, sertleştirilmiş çelik ve dökme demirler, yüzey sertleştirme

işlemine tabi tutulmuş parçalar, kobalt ve demir esaslı toz metalurjisi ürünü metaller,

haddelenerek şekillendirilmiş perlitik dökme demirler ve ısıya karşı dirençli alaşımların

işlenmesi CBN için temel kullanma alanlarını oluşturmaktadır.

Bu alanlarda, optimum ve ekonomik sonuçlar açısından seramik uçlar mı yoksa

CBN mi avantajlıdır, analiz edilmelidir. Bu iki kesici malzemesi birbiri ile ilişkilidir.

37

CBN, kübik bor kristallerinin seramik veya metal bağlayıcı için de bağlamak

için yüksek sıcaklık ve basınç uygulanması ile üretilirler. Gerçek CBN kristali, sentetik

elmasla benzerdir. CBN’nin özellikleri, değişik kalitede uçlar elde etmek için, kristal

boyutu muhteva, bağlayıcı tipine bağlı olarak değiştirilebilir.

Düşük miktarda CBN ve seramik bağlayıcı daha iyi bir aşınma direncine ve

kimyasal kararlılığa sahip olduğundan sert çelik malzemelerin ve dökme demirlerin

işlenmesine uygundur.

Yüksek miktarda CBN, daha iyi tokluk sağlayacağından sert dökme demir, ısıl

dirençli alaşımlar ve çeliğin işlenmesi için uygundur.

CBN uçların, sementit karpit bir alt katmana yapıştırılması ile nispeten kırılgan

olan uç için daha iyi bir darbe dayanım direnci elde edilir. Bu tip uçlar:

- Sementit karpit bir alt katmana kaynatılarak sadece uçta,

- Sementit karpit bir alt katmana kaynatılarak tüm yüzeyde,

- Tamamen CBN uç olarak kullanılırlar.

CBN sertliği 48 Rc’nin üzerinde olan iş parçası malzemeleri için kullanılır.

Malzeme çok yumuşak olduğundan aşırı takım aşınması olur. Sert malzemelerde

takım aşınması daha azdır.

Mükemmel yüzey kalitelerinin elde edilebilmesi, taşlama yerine CBN uçlarla

tornalamayı cazip hale getirmiştir.

Kesme kuvvetleri, CBN uçlarda genellikle negatif takım geometrisi, kısmen iş

parçası malzemesi ve işlem sırasındaki yüksek sürtünmeden dolayı oldukça

yüksektir.

CBN uçlar bitirme yüzeyleri ve küçük toleranslar için mükemmel sonuç verir.

Ra=0.3µm olacak şekilde ve ± 0.01 toleranslarda tornalama yapmak

mümkündür.

Seramik ve sementit karpit uçlardan çok daha uzun takım ömrüne sahiptirler.

Parçaların işlenmesi sırasında doğru uygulandıklarında soğuk kalırlar ve ısı

genelde talaşla uzaklaştırılır.

Orta seviyede ilerleme hızları nispeten düşük ilerlemeler ile çalışılması tavsiye

38

edilir ve eğer soğutma suyu kullanılacaksa kesici kenarda çok bol miktarda

kullanılması tavsiye edilir. Aksi halde termal çatlaklar oluşacağından kuru

çalışılması tavsiye edilir.

Şekil 9.34’de CBN’nin mikro yapısı, Şekil 9.35’de CBN bir kesici uç ve Şekil

9.36’da ise CBN yüzdesine bağlı olarak tokluk (T) ve aşınma direncindeki (WR)

değişme gösterilmiştir.

Şekil 9.34. CBN’nin mikro yapısı.

Şekil 9.35. CBN bir uç. Şekil 9.36. CBN yüzdesine bağlı olarak

özelliklerin değişmesi.

9.10. Polikristalin (Çok Kristalli) Elmas (PCD)

Bilinen en sert malzeme tek kristalli (monokristalin) doğal elmas olup, sentetik

olarak elde edilen polikristalin elmasın sertliği de ona yakındır. Sertliği sebebi ile

aşınma direnci çok yüksek olduğundan bileme taşı imalatında çok kullanılır. İnce elmas

kristaller, yüksek sıcaklık ve basınç altında sinterleme sırasında birbirine yapışır.

Çatlama-kırılma eğilimini yenmek için, kristaller rasgele dağılmıştır. Bu sebeple de her

yönde aşınma direnci ve sertlik düzgün dağılmıştır.

Küçük PCD kesici kenarlar, sementit karpit uçlara yapıştırılarak dayanım ve

darbe direnci sağlanır (Şekil 9.37). Şekil 9.38’de bu işlemin detayları gösterilmiştir.

39

Takım ömrü, sementit karpitlerle kıyaslandığında çok uzun olup,100 katına kadar

çıkabilmektedir (Şekil 9.39). Bununla beraber, mükemmel gibi görünen bu takım

malzemelerinde bazı sınırlamalar söz konusudur:

-Kesme bölgesindeki sıcaklık 600 Cº’yi geçmemelidir.

-Kimyasal yakınlık nedeniyle demir alaşımlar için kullanılmamalıdır.

-Tok, çekme dayanımı yüksek malzemelerde kullanılmamalıdır.

Şekil 9.39. PCD kesici uç örnekleri.

Şekil 9.38. PCD

ucun kullanıma hazır hale getirilmesi.

40

Şekil 9.39. Orta hızlarda sementit karpit uçla, PCD

ucun ömür karşılaştırması.

Pratikte, PCD pek çok metal işleme operasyonu için kullanılamayacak gibi

görünse de, doğru uygulandığında demir dışı metaller ve metalik olmayan malzemelerin

hassas ve yüksek yüzey kalitesi ile işlenmesinde kullanılır. Özellikle aşındırıcı özellikli

silikon-alüminyum alaşımlarının işlenmesinde kriter, yüzey kalitesi ve hassasiyet

olduğundan kullanılır. Alüminyum için, kaplanmamış ince taneli sementit karpitler ile

PCD temel iki kesici malzemedir. Keskin kesici kenar ve pozitif talaş açısı esastır.

Kompozitler, reçineler, kauçuk esaslı plastikler, karbon (grafit), ön sinterlemeye

tabi tutulmuş seramikler ve karpitler, sinterlenmiş karpitler ile bakır, bronz, pirinç,

magnezyum alaşımları, çinko, yatak metali, kurşun gibi metaller PCD ile işlenebilir. İş

parçası malzemesinin sıvanması, genellikle PCD için, kesici kenarın kimyasal

kararlılığından dolayı problem değildir. İş parçası üzerinde çapak oluşumu PCD

takımlar ile elimine edilebilir ve takım ömrü normalden kat kat fazladır.

PCD’nin çok kırılgan (gevrek) yapısı sebebiyle oldukça kararlı şartlar, rijit takım

ve tezgahlar ve yüksek hızlar gereklidir. Soğutma için kesme sıvısı kullanılabilir.

Tornalama ve delik büyütmede bitirme ve yarı bitirme işlemleri tipik operasyon

örnekleridir. Alın frezeleme işlemleri için de, PCD uçlu kesicilerin kullanılması

alışılmış uygulamalardandır veya silme talaşı almak için de kullanılır. Düşük ilerleme,

daha az kesme derinliği, kesikli ve darbeli işlemlerden kaçınılması önemlidir.

Tornalama için, minimum uzunlukta ve mümkün olan en fazla genişlikte takım

sapı kullanılmalıdır (esnemenin engellenmesi için). Frezelemede eksenel ve radyal

taşmalar minimum tutulmalıdır. Her ucun yüksekliği tek tek ayarlanmalıdır.

41

9.11. Sementit Karpit Uçların Sınıflandırılması Ve Kalite Grupları (Grades)

Kaplanmış ve kaplanmamış sementit karpitlerle, makina atelyelerinde pek çok

talaş kaldırma işlemleri gerçekleştirilmekte ve pek çok iş parçası malzemesi ile

uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Farklı iş malzemeleri ve uygulamalar için geliştirilmiş pek çok sınıf ve kalitede

uç bulunmaktadır. Kullanıcının işlemleri /şartları /malzemelerine göre kesici üreticileri

tarafından geliştirilen bu sınıf ve kaliteler bir sınıflandırma sistemi ihtiyacını da

beraberinde getirmiştir. Üreticiler grafiksel olarak bu taleplere karşılık gelen alanları bir

kalite sembolü ile göstermektedir ki bu alanın hangi parçası için, kesicinin daha uygun

olduğunu belirtmektedir.

Bu sınıflandırmayı gerçekleştirmek için “ISO” tarafından geliştirilen kodlama

sisteminde, sınıflandırma sadece bir uygulama için kullanılacak takımın dikkate

alınmasından başlar. ISO sınıflandırma sistemi 3 parçaya ayrılır (Şekil 9.40) ve bir harf

(P, M, K) veya renkte (Mavi, Sarı ve Kırmızı) ifade edilen bir gruplamayı kapsar.

Mavi (P): Çelik, çelik döküm, bazı paslanmaz çelik ve

sünek dökme demir gibi uzun (akma) talaş ile işlenen

malzemeleri temsil eder.

Sarı (M): Östenitik paslanmaz çelikler, ısıya karşı

dirençli malzemeler, manganlı çelikler, alaşımlı dökme

demir vb. malzemeleri temsil eder.

Kırmızı (K): Dökme demir, sert çelik, alüminyum, bronz,

pirinç, plastik gibi demir dışı kopuk (kısa) talaş ile

işlenen malzemeleri temsil eder.

Şekil 9.40. ISO sınıflandırma sisteminde kodlama.

42

Her ana bölgede (P, M, K); kaba işlemeden ince işlemeye farklı işleme

taleplerini işaret eden bir dizi numara vardır. 01 ile başlayan gruplar, darbe olmadan,

yüksek kesme hızları, düşük ilerleme ve küçük talaş derinlikleri ile işlemeyi temsil

ederken, 25 grubu orta ağırlıktaki talaş yükleri için genel amaçlı yarı kaba veya yarı

ince işleme taleplerini temsil eder. 50 grubu ise düşük kesme hızlarında ve çok ağır talaş

yükleri ile kaba işleme taleplerini temsil etmektedir. Aşınma direnci (WR) ve tokluk

talepleri işleme tipine bağlı olarak sırasıyla; yukarı ve aşağı doğru artmaktadır.

Malzemelerin işlenmesi sırasında oluşan talaş biçimine bağlı olarak hangi sınıf

ucun kullanılacağı Şekil 9.41’de gösterilmiştir. Şekildeki CMC, bu kodlara karşılık

üretici bir firmanın kendi kodlamasına örnektir. (Coromant Material Classification–

Coromant Malzeme Sınıflandırılması)

Bu malzemeler Şekil 9.41’deki numarasına karşılık

gelecek şekilde:

1) Uzun (akma) talaş veren pek çok çelik türü

2) Paslanmaz çelikler

3) Dökme demir gibi kısa (kopuk) talaşlı malzemeler

4) Nikel esaslı alaşımlar gibi ısıya dirençli malzemeler

5) Alüminyum alaşımları gibi yumuşak malzemeler

6) Çil dökme demir gibi sert malzemeler

7) Titanyum

Şekil 9.41. Malzemeye bağlı talaş biçimine karşılık gelen

ISO kodları.

ISO sınıflandırma sistemi sadece sementit karpit uçları esas alır ve seramikler

Koronit, CBN, PCD’yi ve yeni geliştirilmiş bazı iş parçası malzemelerini kapsamaz. (Bu

konuda ISO tarafından bir düzenleme çalışması yapılmaktadır).

Takım malzemeleri ve takım üretici firmalar ürettikleri takımların ISO kodlama

sisteminde hangi koda karşılık geldiğini işaret eden cetveller hazırlamışlardır. Aynı

43

amaca hitap eden farklı uçların hangi bölgelere karşılık geldiğini bu cetvellerden

görmek mümkündür. Bu sınıflandırma ve kodlamaya "Kalite (Grade) " grupları adı

verilir ve taleplere elde edilecek ve elde edilebilirliğe bağlı olarak bu kalitelerden biri

seçilebilir (Şekil 9.42).

Şekil 9.42. Üretici firmalar tarafından

hazırlanan kalite cetvellerine örnek.

Üreticilerin hazırladığı kalite cetvellerinde, ISO’ya karşılık gelen GC/C/CT

(Kaplanmış sementit karpit/sementit karpit ve sermetler ) için kalite grupları ve kodları

bulunabildiği gibi aynı talebe cevap verebilecek belki daha uygun PCD, CBN, CC ve N

(polikristalin elmas, kübik bor nitrit, seramik ve koronit) takımlarda bulunabilmektedir.

Üreticiler tarafından hazırlanan bu cetvellerde farklı alternatifler seçim sırasıyla

da sunulabilmektedir. 1, öncelikli seçimi gösterirken 2 (ve 3) alternatifleri

göstermektedir (Şekil 9.43). Şekil 9.44’de ise; kalite seçiminde başlangıç için ilk

seçimden tokluk ve aşınma dirençlerine bağlı olarak diğer ikincil seçimlere doğru nasıl

hareket edileceğini (ISO’ya göre) göstermektedir.

Şekil 9.43. Üretici kataloglarında kendi kalite

gruplarının ISO sınıflandırmasındaki karşılıklarının

gösterilmesi ve alternatif gruplar (2-3).

Şekil 9.44. ISO sınıflandırma sisteminde uç

kalitesinin seçiminde ilk seçim ve diğer

alternatif seçimlere hareket için görsel grafik.

44

Göstermedeki kutuların anlamı Şekil 9.45’de izah edildiği gibidir. Kutu

içerisinde yazılan harf ve rakamlar üretici firmanın takım için verdiği kendi kod

numarasını işaret ederken, keskin köşe ISO’da karşılık gelen uygulama alanı merkezini,

geniş arka kenar ise uygulamanın tam olarak kapsadığı alanı ifade eder.

Şekil 9.45. Cetvellerdeki

kutucukların anlamı.

Çizelge 9.1 ve Çizelge 9.2’de ise farklı firmaların bu amaçla hazırladıkları kalite

cetvellerine örnekler verilmiştir. Çizelge 9.1, "Mitsubishi " firmasına Çizelge 9.2 ise

Sandvik Coromant firmasına ait kalite gruplarını (grades) ve karşılık geldikleri ISO

uygulama alanı ve sınıfını göstermektedir.

Çizelge 9.1. Mitsubishi firmasına ait kalite grupları.

45

Çizelge 9.2. Sandvik Coromant firmasına ait kalite gruplarını (grades) ve karşılık

geldikleri ISO uygulama alanı ve sınıfları.

46

Çizelge 9.3. ISO 5608’e göre kater ve kesiciler.

Şekil 9.46’da farklı tornalama işlemleri için kesici uç şekillerinin kullanımı

gösterilmiştir.

47

Şekil 9.46. Farklı tornalama işlemleri için kesici uç şekillerinin kullanımı.

9.11.1. Kesici Uç Seçimi

Şekil 9.47 ve Şekil 9.58 arasında tornalama işlemlerinde kullanılan kesici uçlar

için kod anahtarları, takım tutucu-kesici uç bağlama tipleri, kesici uç geometrileri ve

kalite önerileri ile kesme malzemeleri hakkında kesici takım firmalarından örnekler

gösterilmiştir.

48

Şekil 9.49. Kesici uçlar için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

49

Şekil 9.48. Kesici uçlar için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

50

Şekil 9.49. Katerler için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

51

Şekil 9.50. Katerler için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

52

Şekil 9.51. Bağlama tipleri (Sandvik Coromant firmasına ait).

53

Şekil 9.52. Delik işleme katerleri için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

54

Şekil 9.53. Delik işleme katerleri için kod anahtarı (Sandvik Coromant firmasına ait).

55

Şekil 9.54. Kesici geometrileri ve kalite tavsiyeleri (Sandvik Coromant firmasına ait).

56

Şekil 9.55. Kesici geometrileri ve kesme değerleri (Sandvik Coromant firmasına ait).

57

Şekil 9.56. Kesme malzemeleri (Sandvik Coromant firmasına ait).

58

Şekil 9.59. Kesme malzemeleri (Sandvik Coromant firmasına ait).

59

Şekil 9.58. Kesme malzemeleri (Sandvik Coromant firmasına ait).