Investigation of the tribological performance of AlTiN coated cutting tools in the machining of Ti6Al4V titanium alloy in terms of demanded tool life

• Autorzy: Grzesik Wit , Niesłony Piotr , Habrat Witold

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2019.1.17

Warianty tytułu

PL

Badanie funkcjonalności tribologicznej narzędzi skrawających powlekanych powłoką AlTiN w obróbce stopu tytanu Ti6Al4V pod względem wymaganej trwałości narzędzia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a multi-factorial approach to the tool wear evolution when machining Ti6Al4V titanium alloy using high temperature resistant AlTiN coated cutting tools. Machining conditions were selected based on the technological database of machining titanium alloys in aircraft plants. The main novelty of this study is that tool wear progress within the tool life of about 20 min is assessed integrally in terms of mechanical, thermal and tribological process outputs such as cutting forces, cutting energy and cutting temperature. Moreover, the specific cutting energy (SCE), thermal softening effect and friction coefficient (CoF) were determined when recording tool wear curves. Some important research findings concerns distinguishing the three characteristic wear periods with distinctly different values of SCE and CoF. In particular, it was revealed that the formation of ceramic protective layer (CPL) on the AlTiN deposited coating influences friction and the tool wear mechanism.

PL

W artykule przedstawiono wieloczynnikowe podejście do ewolucji zużycia narzędzi podczas obróbki stopu tytanu Ti6Al4V przy użyciu narzędzi skrawających powlekanych, odporną na wysoką temperaturę, powłoką narzędziową AlTiN. Warunki obróbki zostały ustalone w oparciu o technologiczną bazę obróbki stopów tytanu stosowaną w przemyśle lotniczym. Główną nowością w ocenie przedstawionych badań jest to, że postęp zużycia narzędzia w okresie jego trwałości rzędu 20 minut jest oceniany integralnie, głównie pod względem mechanicznych, termicznych i trybologicznych efektów procesu skrawania, takich jak siły skrawania, energia i temperatura skrawania. Ponadto wyznaczono, adekwatne do zarejestrowanych krzywych zużycia narzędzia, wartości energii właściwej skrawania (EWS), zmiękczenia termicznego i współczynnika tarcia (WT). Niektóre ważne ustalenia badawcze dotyczą rozróżnienia trzech charakterystycznych okresów zużycia z wyraźnie różnymi wartościami EWS i WT. W szczególności okazało się, że utworzenie ceramicznej warstwy ochronnej (CWO) na narzędziowej powłoce z AlTiN wpływa na tarcie i mechanizm zużycia narzędzia.

Słowa kluczowe

EN

coated carbide tool; tool wear; friction; titanium alloy

PL

powlekane narzędzie węglikowe; zużycie narzędzia; stop tytanu

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 21, no. 1
• Strony: 153--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Grzesik Wit

• Faculty of Mechanical Engineering Opole University of Technology ul. Proszkowska 76, 45-758 Opole, Poland

autor

Niesłony Piotr

• Faculty of Mechanical Engineering Opole University of Technology ul. Proszkowska 76, 45-758 Opole, Poland

autor

Habrat Witold

• Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics Rzeszów University of Technology al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• 1. Alling B, Ruban A, Karimi A, Peil O, Simak S, Hultman S, Abrikosov L. Mixing and decomposition thermodynamics of c-Ti1-xAlxN firstprinciples calculation. Physical Review B 2009; 75 (045123): 1-13.
• 2. Bouzakis K D, Michailidis N, Skordaris G, Bouzakis E, Bierman D M, Saoubi R. Cutting with coated tools: coating technologies, characterization methods and performance optimization. CIRP Annals-Manufacturing Technology 2012; 61: 587-609, https://doi. org/10.1016/j.cirp.2012.05.006.
• 3. Cantero J L, Díaz-Álvarez J, Miguélez M H, Marín N C. Analysis of tool wear patterns in finishing turning of Inconel 718. Wear 2013; 297: 885–894, https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.11.004.
• 4. Chim Y C, Ding X Z, Zeng X T, Zhang S. Oxidation resistance of TiN, CrN, TiAlN and CrAlN coatings deposited by lateral rotating cathodic arc. Thin Solid Films 2009; 517: 4845-4849, https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.038.
• 5. Grzesik W, Niesłony P, Habrat W. Investigation of tool wear in the turning of Inconel 718 superalloy in terms of process performance and productivity enhancement. Tribology International 2018; 118: 337-346, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.10.005.
• 6. Grzesik W, Niesłony P, Laskowski P. Determination of material constitutive laws for Inconel 718 superalloy under different strain rates and working conditions. Journal of Materials Engineering and Performance 2017; 26: 5705-5714, https://doi.org/10.1007/s11665-017-3017-8.
• 7. Grzesik W. Advanced machining processes of metallic materials. New York: Elsevier 2017.
• 8. Kajzer W, Jaworska J, Jelonek K, Szewczenko J, Kajzer A, Nowińska K, Hercog A, Kaczmarek M, Kasperczyk J. Corrosion resistance of Ti6Al4V alloy coated with caprolactone-based biodegradable polymeric coatings. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2018; 20(1): 30–38, https://doi.org/10.17531/ein.2018.1.5.
• 9. Klocke F. Manufacturing Processes 1. Berlin: Springer, 2011, https://doi.org/10.1007/978-3-642-11979-8.
• 10. Koller C M, Hollerweger R, Sabitzer C, Rachbauer R, Kolozvari S, Paulisch J, Mayrhofer P H. Thermal stability and oxidation resistance of arc evaporated TiAlN, TaAlN, TiAlTaN, and TiAlN/TaAlN coatings. Surface and Coatings Technology 2014; 259: 599-607, https://doi. org/10.1016/j.surfcoat.2014.10.024.
• 11. Królczyk G, Gajek M, Legutko S. Predicting the tool life in the dry machining of duplex stainless steel. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 15 (1): 62–65.
• 12. Kupczyk M. Cutting edges with high hardness made of nanocrystalline cemented carbides. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 2015; 49 (1): 249–255, https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.07.041.
• 13. Kupczyk M, Jozwiak K, Cieszkowski P, Libuda P. Influence of laser heating on adhesion of CVD coatings to cutting edges. Surface and Coatings Technology 2007; 201 (9–11): 5153–5156, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.07.155.
• 14. Kutschej K, Mayrhofer P H, Kathrein M, Polcik P, Tessadri, Mitterer C. Structure, mechanical and tribological properties of sputtered Ti1- xAlxN coatings with 0.5x0.75. Surface and Coatings Technology 2005; 200: 2358-2365, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.12.008.
• 15. M'Saoubi R, Axinte D, Soo Sl, Nobel Ch, Attia H, Kappmeyer G, Engin S, Sim WM. High performance cutting of advanced aerospace alloys and composite materials, CIRP Annals- Manufacturing Technology 2015; 64: 557-580.
• 16. Maruda R, Krolczyk G, Feldshtein E, Nieslony P, Tyliszczak B, Pusavec F. Tool wear characterizations in finish turning of AISI 1045 carbon steel for MQCL conditions. Wear 2017; 372–373: 54-67, https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.12.006.
• 17. Material Properties Database- MPDB v. 8.37, www. jahm.com.
• 18. Zębala W, Słodki B, Struzikiewicz G. Productivity and reliability improvement in turning Inconel 718 alloy – case study. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2013; 15(4): 421-426.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).