شماره ركورد
33189
پديد آورنده
محمدرضا فارسيجاني
عنوان
بررسي عملكرد ابزارهاي كاربيدي و cBN در ماشينكاري سوپرآلياژ هستلويايكس
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مكانيك - ساخت و توليد
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/10/11
استاد راهنما
دكتر بهنام داودي
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مكانيك
چكيده
ماشينكاري سوپرآلياژهاي پايه نيكل، مانند Hastelloy X، بهدليل پايداري حرارتي بالا، استحكام زياد و مقاومت فوقالعاده در برابر اكسيداسيون و خوردگي، چالشهاي قابل توجهي بههمراه دارد. اين ويژگيها، اگرچه براي كاربردهاي حساس در صنايع هوافضا و پتروشيمي بسيار ارزشمند هستند، باعث كاهش قابليت ماشينكاري ميشوند و منجر به سايش شديد ابزار، نيروهاي برشي بالا و بارهاي حرارتي زياد در فرآيند ماشينكاري ميگردند. اين مطالعه به بررسي اين چالشها پرداخته و عملكرد مقايسهاي ابزارهاي كاربيدي پيشرفته و ابزارهاي نيتريد بور مكعبي (cBN) را تحت شرايط ماشينكاري شديد ارزيابي ميكند. در اين پژوهش به اين مقوله پرداخته شد كه چگونه ميتوان سايش ابزار را به حداقل رساند و عمر ابزار را در فرايند تراش اين ماده سخت ماشينكاريشونده افزايش داد، و همزمان نرخ برداشتن مواد و كيفيت سطح را درحدقابل قبولي حفظ كرد. براي پاسخ به اين پرسش، آزمايشهاي سيستماتيك طراحي و اجرا شدند كه بر ماشينكاري با سرعت و نرخ پيشروي بالا تمركز داشتند. دو نوع ابزار - اينسرتهاي كاربيدي نوآورانه و ابزارهاي cBN با درصد محتواي متفاوت - مورد ارزيابي قرارگرفتند. در اين پژوهش از روشهاي تحليلي پيشرفته مانند ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيفسنجي پراش انرژي اشعه ايكس (EDS) براي بررسي مكانيزمهاي سايش، از جمله سايش ساينده، چسبنده و خستگي حرارتي، استفاده شد. همچنين، متدولوژي سطح پاسخ (RSM) براي مدلسازي رابطه بين پارامترهاي ماشينكاري (سرعت برش، نرخ پيشروي، عمق برش) و سايش ابزار به كار گرفته شد و شرايط بهينه ماشينكاري تعيين گرديد. علاوه بر اين، از MATLAB براي شناسايي شرايط بهينهاي كه نرخ برداشتن مواد را در ميان ابزارها با پارامترهاي برشي متفاوت متعادل ميكند، استفاده شد. نتايج، بينشهاي مهمي در زمينه عملكرد ابزارها و رفتار سايش ارائه دادند. اينسرتهاي كاربيدي جديد در طيف گستردهاي از شرايط ماشينكاري عملكرد پايداري نشان دادند و براي كاربردهاي عمومي مناسب بودند. با اين حال، عملكرد ابزارهاي cBN بسته به درصد محتواي آنها متفاوت بود. ابزارهاي با محتواي cBN زياد، بهدليل شكنندگي حرارتي و مكانيكي، فارغ از شرايط برشي، دچار خرابي زودهنگام شدند. در مقابل، ابزارهاي با محتواي cBN كم مقاومت بيشتري در برابر سايش و پايداري حرارتي داشتند اما حساسيت بالايي به هندسه لبه برش نشان دادند. تحليلهاي SEM و EDS مكانيزمهاي سايش غالب را شناسايي كردند، بهطوريكه سايش خراشان در سرعتهاي برشي بالا و سايش چسبندگي در سرعتهاي پايينتر غالب بودند. شرايط برشي بهينه، كه از مدلهاي RSM به دستآمد، بهطور مؤثري سايش را كاهش داد و عمر ابزار را افزايش داد، در حالي كه نرخهاي بالاي ماشينكاري حفظ شدند. اين پژوهش نهتنها محدوديتهاي ابزارهاي موجود را برجسته ميكند، بلكه بينشهاي عملي براي طراحي و استفاده از ابزارهاي برشي پيشرفته در ماشينكاري سوپرآلياژها ارائه ميدهد. با پر كردن شكاف بين خواص مواد ابزار و پارامترهاي ماشينكاري شديد، اين مطالعه مسيري براي افزايش بهرهوري، كاهش هزينههاي عملياتي و بهبود كارايي ماشينكاري Hastelloy X ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/16
عنوان به انگليسي
An Investigation on the Performance of Carbide and cBN Tools in the Machining of Hastelloy X Superalloy
تاريخ بهره برداري
12/31/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدرضا فارسيجاني
چكيده به لاتين
Machining nickel-based superalloys, such as Hastelloy X, presents significant challenges due to their high thermal stability, exceptional strength, and outstanding resistance to oxidation and corrosion. While these properties make them invaluable for critical applications in aerospace and petrochemical industries, they also reduce machinability, leading to severe tool wear, high cutting forces, and elevated thermal loads during machining. This study addresses these challenges by evaluating the comparative performance of advanced carbide tools and cubic boron nitride (cBN) tools under extreme machining conditions. It investigates how tool wear can be minimized and how tool life can be extended during the turning of this difficult-to-machine material while maintaining acceptable material removal rates and surface quality. To achieve this, systematic experiments were designed and executed, focusing on high-speed and high-feed-rate machining. Two types of tools—innovative carbide inserts and cBN tools with varying cBN content—were evaluated. Advanced analytical methods such as Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) were employed to study wear mechanisms, including abrasive, adhesive, and thermal fatigue wear. Additionally, Response Surface Methodology (RSM) was used to model the relationship between machining parameters (cutting speed, feed rate, depth of cut) and tool wear, enabling the determination of optimal machining conditions. Using MATLAB, optimal conditions that balanced material removal rates across tools with varying cutting parameters were further identified. The results provided significant insights into tool performance and wear behavior. Innovative carbide inserts demonstrated stable performance across a wide range of machining conditions, making them suitable for general-purpose applications. However, the performance of cBN tools varied depending on their cBN content. High-cBN-content tools experienced premature failure due to thermal and mechanical brittleness, regardless of cutting conditions. Conversely, low-cBN-content tools exhibited greater wear resistance and thermal stability but showed high sensitivity to cutting edge geometry. SEM and EDS analyses identified dominant wear mechanisms, with abrasive wear prevailing at higher cutting speeds and adhesive wear dominating at lower speeds. Optimal cutting conditions derived from the RSM models effectively reduced tool wear and extended tool life while maintaining high machining rates. This study not only highlights the limitations of existing tools but also provides practical insights for designing and utilizing advanced cutting tools for machining superalloys. By bridging the gap between tool material properties and extreme machining parameters, this research offers a pathway to improving productivity, reducing operational costs, and enhancing the machining efficiency of Hastelloy X.
كليدواژه هاي فارسي
هستلوي ايكس , سوپرآلياژهاي پايه نيكل , مكانيزمهاي سايش ابزار , نيتريد بور مكعبي , اينسرتهاي كاربيدي
كليدواژه هاي لاتين
Hastelloy X , Nickel-based superalloys , Tool wear mechanisms , Cubic boron nitride , Carbide inserts
Author
mohamad reza farsijani
SuperVisor
behnam davoodi