Ⅰ. Giriş

Süper alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda mükemmel mukavemet, oksidasyon direnci ve korozyon direnci sağlayan metalik malzemelerdir. Havacılık motorları, gaz türbinleri, nükleer endüstriler ve enerji ekipmanlarında yaygın olarak kullanılırlar. Ancak, üstün özellikleri, işleme açısından önemli zorluklar yaratır. Özellikle frezeleme işlemleri için parmak frezeler kullanıldığında, hızlı takım aşınması, yüksek kesme sıcaklıkları ve kötü yüzey kalitesi gibi sorunlar özellikle belirgindir. Bu makale, süper alaşımların parmak frezeleme ile işlenirken karşılaşılan yaygın sorunları incelemekte ve bunlara karşılık gelen çözümler sunmaktadır.

Ⅱ. Süper Alaşım Nedir?

Süper alaşımlar (veya yüksek sıcaklık alaşımları), yüksek sıcaklık ortamlarında yüksek mukavemet ve olağanüstü oksidasyon ve korozyon direnci sağlayan metal malzemelerdir. 600°C ila 1100°C arasında oksidatif ve gazlı korozyon ortamlarında karmaşık gerilim altında güvenilir bir şekilde çalışabilirler. Süper alaşımlar temel olarak nikel bazlı, kobalt bazlı ve demir bazlı alaşımları içerir ve havacılık, gaz türbinleri, nükleer enerji, otomotiv ve petrokimya endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır.

Ⅲ. Süper Alaşımların Özellikleri

1.Yüksek Sıcaklıklarda Yüksek Mukavemet
Yüksek sıcaklıklarda, önemli bir sürünme deformasyonu olmadan uzun süre yüksek gerilmelere dayanabilir.

2.Mükemmel Oksidasyon ve Korozyon Direnci
Yüksek sıcaklıklarda havaya, yanma gazlarına veya kimyasal ortamlara maruz kaldığında bile yapısal kararlılığını korur.

3.İyi Yorulma ve Kırılma Tokluğu
Ekstrem ortamlarda termal döngülere ve darbe yüklerine karşı koyabilir.

4.Kararlı Mikro yapı
İyi yapısal kararlılık sergiler ve uzun süreli yüksek sıcaklık kullanımında performans bozulmasına karşı direnç gösterir.

Ⅳ. Tipik Süper Alaşım Malzemeleri

1.Nikel Bazlı Süper Alaşımlar
Uluslararası Ortak Kaliteler:

2.Kobalt Bazlı Süper Alaşımlar

Uluslararası Ortak Kaliteler:

Yaygın Çin Kaliteleri (Uluslararası Eşdeğerleri ile):

3.Demir Bazlı Süper Alaşımlar

Özellikler: Düşük maliyet, iyi işlenebilirlik; orta sıcaklık ortamları için uygun (≤700°C).

Uluslararası Ortak Kaliteler:

Yaygın Çin Kaliteleri (Uluslararası Eşdeğerleri ile):

4.Nikel Bazlı, Kobalt Bazlı ve Demir Bazlı Süper Alaşımların Karşılaştırması

Ⅴ. Süper Alaşımların Uygulama Örnekleri

Ⅵ. Süper Alaşımların İşlenmesindeki Zorluklar

1.Yüksek Mukavemet ve Sertlik:

Süper alaşımlar, oda sıcaklığında bile yüksek mukavemeti korur (örneğin, Inconel 718'in çekme mukavemeti 1000 MPa'yı aşar). İşleme sırasında, bir iş sertleşmiş tabaka oluşturma eğilimindedirler (sertlik 2-3 kat artar), bu da sonraki işlemlerde kesme direncini önemli ölçüde artırır. Bu gibi durumlarda, takım aşınması artar, kesme kuvvetleri dalgalanır ve kesme kenarının yontulması daha olası hale gelir.

2.Kötü Isıl İletkenlik ve Yoğunlaşmış Kesme Isısı:

Süper alaşımlar düşük bir ısıl iletkenliğe sahiptir (örneğin, Inconel 718'in ısıl iletkenliği sadece 11,4 W/m·K'dir, çeliğin yaklaşık üçte biri). Kesme ısısı hızla dağıtılamaz ve kesme ucu sıcaklığı 1000°C'yi aşabilir. Bu, takım malzemesinin yumuşamasına (yetersiz kırmızı sertlik nedeniyle) ve difüzyon aşınmasının hızlanmasına neden olur.

3.Şiddetli İş Sertleşmesi:

Malzeme yüzeyi işlendikten sonra sertleşir, bu da takım aşınmasını daha da yoğunlaştırır.

4.Yüksek Tokluk ve Talaş Kontrolünde Zorluk:

Süper alaşımların talaşları oldukça toktur ve kolay kırılmaz, genellikle takımın etrafına sarılabilen veya iş parçası yüzeyini çizebilen uzun talaşlar oluşturur. Bu, işleme sürecinin kararlılığını etkiler ve takım aşınmasını artırır.

5.Yüksek Kimyasal Reaktivite:

Nikel bazlı alaşımlar, takım malzemeleri (WC-Co sementit karbürler gibi) ile difüzyon reaksiyonlarına yatkındır ve yapışkan aşınmaya yol açar. Bu, takım yüzey malzemesinin aşınmasına ve hilal şeklinde bir aşınma kraterinin oluşmasına neden olur.

Ⅶ. Parmak Frezelerle Süper Alaşımların Frezelenmesinde Yaygın Sorunlar

1. Şiddetli Takım Aşınması

• Süper alaşımların yüksek sertliği ve mukavemeti, parmak frezenin ön ve yan yüzeylerinin hızlı aşınmasına yol açar.

• Yüksek kesme sıcaklıkları, takımda termal yorulma çatlaklarına, plastik deformasyona ve difüzyon aşınmasına neden olabilir.

2.Aşırı Kesme Sıcaklığı

• Süper alaşımların kötü ısıl iletkenliği, kesme sırasında oluşan büyük miktarda ısının zamanında dağıtılamaması anlamına gelir.

• Bu, takımın yerel olarak aşırı ısınmasına yol açar, bu da ciddi durumlarda takımın yanmasına veya yontulmasına neden olabilir.

3.Şiddetli İş Sertleşmesi

• Süper alaşımlar, işleme sırasında iş sertleşmesine yatkındır ve yüzey sertliği hızla artar.

• Bir sonraki kesme geçişi daha sert bir yüzeyle karşılaşır, bu da takım aşınmasını artırır ve kesme kuvvetlerini yükseltir.

4.Yüksek Kesme Kuvvetleri ve Şiddetli Titreşim

• Malzemenin yüksek mukavemeti, büyük kesme kuvvetleri ile sonuçlanır.

• Takım yapısı uygun şekilde tasarlanmamışsa veya takım güvenli bir şekilde sıkıştırılmamışsa, işleme titreşimlerine ve gevezeliğe yol açabilir, bu da takım hasarına veya kötü yüzey finişine neden olur.

5.Takım Yapışması ve Birikmiş Kenar

• Yüksek sıcaklıklarda, malzeme takımın kesme kenarına yapışma eğilimindedir ve bir birikmiş kenar oluşturur.

• Bu, kararsız kesmeye, iş parçasında yüzey çiziklerine veya hatalı boyutlara neden olabilir.

6.Kötü İşlenmiş Yüzey Kalitesi

• Yaygın yüzey kusurları arasında çapaklar, çizikler, yüzey sert noktaları ve ısıdan etkilenen bölgede renk bozulması bulunur.

• Yüksek yüzey pürüzlülüğü, parçanın hizmet ömrünü etkileyebilir.

7.Kısa Takım Ömrü ve Yüksek İşleme Maliyetleri

• Yukarıdaki sorunların birleşik etkisi, alüminyum alaşımı veya düşük karbonlu çelik gibi malzemelerin işlenmesine kıyasla çok daha kısa bir takım ömrü ile sonuçlanır.

• Sık takım değişimi, düşük işleme verimliliği ve yüksek işleme maliyetleri sonuçlardır.8. Çözümler ve Optimizasyon

Ⅷ. Çözüm ve Optimizasyon Önerileri

1.Şiddetli Takım Aşınması İçin Çözümler:

1.1.Üstün aşınma direnci ve enine kopma mukavemeti sunan ultra ince taneli karbür malzeme (Submikron/Ultra ince taneli Karbür) seçin.

*Ultra ince taneli sementit karbür, mükemmel aşınma direnci ve yüksek sertliği nedeniyle kalıplarda, kesici takımlarda, hassas işlemede, elektronik bileşenlerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tipik WC tanecik boyutu yaklaşık 0,2 ila 0,6 μm arasında değişir. Farklı ülkelerden ve markalardan gelen standartlara göre, yaygın olarak kullanılan ultra ince taneli sementit karbür kaliteleri aşağıdaki gibidir:

A.Çin Ortak Ultra İnce Taneli Sementit Karbür Kaliteleri (örneğin XTC, Zhuzhou Sementit Karbür, Jiangxi Nadir Toprak, Meirgute, vb.)

B.Alman Kaliteleri (örneğin CERATIZIT, H.C. Starck, vb.)

C.Japon Kaliteleri (örneğin Mitsubishi, Sumitomo, Toshiba, vb.)

D. ABD Kaliteleri（Kennametal、Carbide USA）

1.2. Kenar mukavemetini artırmak için, tırmık açısını azaltmak ve orta derecede bir boşluk açısı korumak gibi takım geometrisini optimize edin.

1.3. Yontulmayı ve mikro çatlakların yayılmasını önlemek için kenar honlama yapın.

2.Aşırı Kesme Sıcaklığı İçin Çözümler:

2.1 800–1000°C kesme sıcaklıklarına dayanabilen AlTiN, SiAlN veya nACo gibi yüksek performanslı ısıya dayanıklı kaplamalar kullanın.

2.2 Kesme ısısını derhal gidermek için yüksek basınçlı soğutma sistemleri (HPC) veya minimum miktarda yağlama (MQL) uygulayın.

2.3 Isı oluşumunu en aza indirmek için kesme hızını (Vc) azaltın.

3.Şiddetli İş Sertleşmesi İçin Çözümler:

3.1 Takımın iş sertleşmiş tabakada kalma süresini azaltmak için diş başına ilerlemeyi (fz) artırın.

3.2 Sertleşmiş tabakayı kademeli olarak çıkarmak için daha küçük kesme derinlikleri (ap) ve çoklu geçişler seçin.

3.3 Sertleşmiş tabakadan donuk bir kenarla kesmeyi önlemek için takımı keskin tutun.

4.Yüksek Kesme Kuvvetleri ve Şiddetli Titreşim İçin Çözümler:

4.1 Rezonansı azaltmak için değişken helis ve değişken adım takımları (eşitsiz aralık) kullanın.

4.2 Rijitliği artırmak için takım çıkıntı uzunluğunu en aza indirin (L/D oranını<4 tutun).

4.3 İş parçasının kararlılığını artırmak için fikstür tasarımını optimize edin.

4.4 Mümkün olduğunda yüzey frezeleme yerine çevresel frezeleme kullanarak kesme yolunu akıllıca planlayın.

5.Takım Yapışması ve Birikmiş Kenar İçin Çözümler:

5.1 Yapışma eğilimlerini azaltmak için düşük sürtünme katsayılı kaplamalar (örneğin, TiB₂, DLC, nACo) seçin.

5.2 Yağlamayı iyileştirmek için kesme sıvıları veya MQL kullanın.

5.3 Donuk takımların neden olduğu kazımayı ve ısı birikimini önlemek için keskin kesme kenarlarını koruyun.

6.Kötü İşlenmiş Yüzey Kalitesi İçin Çözümler:

6.1 Kesme pürüzsüzlüğünü iyileştirmek için boşluk açılarını ve kenar işlemini optimize edin.

6.2 Titreşimi ve kesme izlerini en aza indirmek için ilerleme hızını azaltın.

6.3 Finisaj işleme için ince taşlanmış takımlar kullanın ve çoklu geçişleri düşünün: kaba frezeleme→yarı finisaj frezeleme→finisaj frezeleme.

6.4 Yerel aşırı ısınmayı ve oksidasyon renk bozulmasını önlemek için kesme sıvıları uygulayın.

7.Kısa Takım Ömrü ve Yüksek İşleme Maliyetleri İçin Çözümler:

7.1 Her bir takımın hizmet ömrünü uzatmak için yukarıdaki stratejileri kapsamlı bir şekilde uygulayın.

7.2 Aşırı kullanımdan kaçınmak için takım izleme sistemleri (örneğin, otomatik takım değişimi/ömür tespiti) kurun.

7.3 Genel maliyet etkinliğini artırmak için tanınmış markaları veya yüksek kaliteli kaplamalı takımları seçin.

7.4 Süper alaşımların toplu işlenmesi için, verimliliği ve maliyeti optimize etmek için özelleştirilmiş takımlar kullanılması önerilir.

Ⅸ. Önerilen Kesme Parametreleri

Örnek: Inconel 718

Notlar:

• Yüksek Basınçlı Soğutma: Bu yöntem, kaba işleme işlemleri sırasında ısıyı hızla gidermede ve takım aşınmasını azaltmada etkilidir.

• Minimum Miktarda Yağlama (MQL): Bu, yeterli yağlama sağlarken çevresel etkiyi en aza indirmek için kaba işlemede kullanılabilir.

• Finisaj İşlemleri: Yüzey kalitesini sağlamak ve termal hasarı önlemek için finisaj için yüksek basınçlı soğutma önerilir.

Bu parametreler, yüksek mukavemet, sertlik ve iş sertleşme eğilimi gibi zorlu malzeme özelliklerini göz önünde bulundurarak Inconel 718'in işlenmesi için optimize edilmiştir. Belirli makine yeteneklerine ve takım koşullarına bağlı olarak ayarlamalar gerekli olabilir.

Ⅹ. Sonuç

Zorlu olmasına rağmen, süper alaşımların işlenmesi, uygun takım seçimi ve proses optimizasyonu ile yönetilebilir. Parmak frezeler kritik bir rol oynar ve başarı, malzeme seçimi, geometri, kaplamalar, soğutma ve stratejinin bir kombinasyonuna bağlıdır.

Özel takım ihtiyaçları veya belirli süper alaşım işleme çözümleri için, teknik destek ve numuneler için bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.