Toz katkılı elektriksel kıvılcımla işlenmiş Tİ-6AL-4V alaşımının yüzey özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Elektriksel kıvılcımla işleme yöntemi, alışılmamış imalat yöntemleri arasında günümüzde yaygın şekilde kullanılan üretim tekniklerinden biridir. Bu işleme yöntemi genel olarak, dielektrik sıvı içerisinde iş parçası ve elektrot arasındaki termal ve elektriksel enerji geçişi esasına dayanır. Dielektrik sıvı içerisinde, iş parçası ve elektrot arasında meydana gelen ardışık kıvılcımların ısıl etkisi ile malzeme kaldırılır. Yöntemde, malzeme kaldırma oranı, yüzey pürüzlülüğü, yüzey sertliği gibi temel işleme çıktıları birçok parametreye bağlıdır. Bu parametrelere; iş parçası ve takım malzemeleri özellikleri, darbe akımı, darbe süresi, bekleme süresi ve dielektrik sıvı malzemesi örnek olarak verilebilir. İş parçası ve takım malzemesi elektriksel iletkenliğe sahip olduğu sürece, malzemelerin sertliğine bağlı olmaksızın aynı kolaylıkta işlenebilmektedir. İş parçası ve takım arasında temas bulunmadığından kesme kuvvetleri oluşmamaktadır. Bu özellikleriyle başta kalıpçılık, otomotiv ve havacılık sektörleri için eşsiz bir işleme yöntemi olarak ortaya çıkmaktadır. Farklı boyut ve yoğunluklarda farklı malzemelerden tozların dielektrik sıvıya katılması, işleme yöntemini ve sonuçlarını önemli oranda değiştirmektedir. Günümüzde araştırmacıların yoğun ilgisi ile karşılaşan yöntem, toz katkılı elektriksel kıvılcımla işleme olarak adlandırılmaktadır.Bu çalışmada, parametrik dizilerle belirlenmiş deneyler ile farklı yoğunluklarda dielektrik sıvı içerisine katılan SiC toz katkılarının titanyum alaşımı (Ti-6Al-4V) iş parçası yüzeyi üzerindeki etkileri konu edilmiştir. Yüzey morfolojisi; dielektrik sıvı yoğunluğu yanında, uygulanan farklı darbe akımı ve süreleri için değerlendirilmiştir. Çalışma sonunda, farklı ikincil kıvılcım yapılarının varlığı, işlenmiş yüzeyin topolojik ve mikro yapı değişimleri analiz edilerek belirlenmiştir. Özellikle dielektrik sıvıdan iş parçası yüzeyine toz tane taşınım mekanizmasının, oluşan ikincil kıvılcımların geometrisine ve enerji yoğunluklarına bağlı olarak geliştiği sonucuna varılmıştır. Elde edilen bulgular doğrultusunda ikincil kıvılcımların oluşumu ve malzeme taşınımı ile ilgili yeni bir mekanizma önerilmiştir. Sonuçlar işlemin metodolojik yüzey alaşımlama için hızlı, basit ve etkili bir yöntem olabileceğini ortaya koymaktadır.

Electrical discharge machining is one of the most commonly used untraditional machining processes. This process is based on a thermal and electrical energy transfer between electrode and the workpiece in a dielectric liquid. Material is removed by thermal actions of consecutive sparks which occur between the tool electrode and the workpiece material that are separated in a non-conductive dielectric liquid by a small gap. Typical machining outputs like material removal rate, surface roughness and surface hardness depend on many critical parameters in the process such as workpiece and tool material, type of dielectric liquid, pulse current, pulse on time and pulse off time. Any material regardless of hardness can be machined with this process as long as it is conductive, there is no direct conduct between electrode and the workpiece, unlike conventional machining processes, so there is no any resultant cutting forces. These two main specialties make this process unique for some areas especially in molding, automotive and aerospace industries. Powder additive in different concentrations, sizes and materials added in dielectric liquid effects the process and the considerably.This material removal process is called powder mixed electrical discharge machining and attracts researchers' interests lately.In this study, the effects of SiC powder mixing in dielectric liquid on titanium alloy (Ti-6Al-4V) workpiece surface is studied. Experimental studies are conducted with parametrically ordered samples using different SiC concentration in dielectric liquid. Surface morphologies are analyzed for different pulse currents and pulse durations. At the end of the study, the existence of secondary discharges in different forms is examined by discussing surface topological and micro structural alterations. It is concluded that powder transfer mechanism from dielectric to workpiece surface is related with the geometry and energy density of secondary discharges. A new mechanism based on secondary discharges and material transfer phenomena is suggested in the light of the results. The results pointed out the possibility of methodological surface alloying with the use of the process that is fast, simple and effective.