Effect of Arc Deposition and High Power Impulse Magnetron Sputter Coatings on the Performance of Tools for Machining Various Ferrous Materials and Ti6al4v Alloys

Abstract

In this thesis, the performance of different coating techniques in machining various steels and Ti6Al4V is investigated. Currently, most of the carbide tools with the coating because of the tool life. In order to increase the productivity of the manufacturing processes and to use new materials, the research on the coating of cutting tools has been increased. Recently, the interest in physical vapor deposition has increased because the tool life is increased for many difficult-to-machine materials and difficult machining conditions. Two types of PVD coating were used in this work. The surfaces of the coated tools were examined under scanning electron microscope. The effects of cathodic arc deposition and high pulse magnetron sputtering on tool performance were investigated on various workpieces such as 4140 and CK45 steels, D2 tool steel (60HRC), GG25 cast iron and also on Ti6Al4V alloy. In the performance tests, the cutting forces were measured over a period of time and the wear patterns were recorded. The results indicate that HIPIMS coated tools perform better in operations where normal load is low and torsion forces are high. Those tools also work better in materials harder than 250 BHN. The better performance of HIPIMS coated tools were attributed to their less smooth and droplet free surfaces.

Bu tezde, çeşitli çelik ve Ti6Al4V'nin işlenmesi sırasında farklı kaplama tekniklerinin performansı incelenmiştir. Karbür takımların büyük bir kısmı fiziksel buharlaşma yöntemi ile kaplanmaktadır. Kaplama takım ömrünü arttıran önemli bir faktördür. Günümüzde üretim süreçlerinde ve kullanılan yeni iş parçası malzemelerinde verimliliği artırabilmek için kesici takımların kaplanması ile ilgili araştırmalar artmıştır. İşlenmesi zor birçok malzeme için takım ömrü ve zor işleme koşulları nedeniyle fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile kesici takım kaplama konusuna olan ilgi son zamanlarda artmaktadır. Bu tezde, PVD kaplama tekniğinin iki üyesi olan katodik ark buharlaştırma tekniği ve yüksek itkili magnetron püskürtme yöntemi kullanılmıştır. 4140 ve CK45 çelikleri, D2 takım çeliği (60HRC), GG25 dökme demir ve Ti6Al4V alaşımı gibi farklı iş parçalarında katodik ark biriktirme ve yüksek darbeli magnetron püskürtmenin alet performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kaplanan takımların yüzeyleri taramalı electron mikroskobunda incelenmiştir. Performans testleri sırasında belli bir süre kesme kuvvetleri ölçülerek aşınma miktarı görüntüler üzerinden belirlenmiştir. Sonuçlar, HIPIMS kaplamalı takımların normal yükün düşük ve burulma kuvvetlerinin yüksek olduğu operasyonlarda daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymaktadır. Bu takımlar ayrıca 250 BHN'den daha sert malzemelerde daha iyi çalışmaktadır. HIPIMS kaplamalı takımların daha iyi performans göstermesi, daha pürüzsüz ve damlacıksız yüzeylerine bağlanmıştır.