Investigation of the machinability by milling of the laser sintered Inconel 625/NiTi-TiB2 composite

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. The processing capability of milling a metal-matrix composite based on Inconel 625 with the addition of NiTi-TiB2, obtained by laser sintering, is investigated. The composite is intended for turbine blades manufacture and has strength characteristics close to Inconel 625, however, due to the addition of TiB2, its’; heat- and wear resistance is higher. This material is new; its machinability has not been studied yet. The aim of the work is to determine the technological capabilities of milling with end mills of this composite. Investigations. The new composite is milled with end mills, and recommendations on the selection of cutting speed, milling depth and width are obtained. Experimental Methods. Measuring end mill wear and cutting force. Wear is assessed by the flank chamfer using a microscope, and cutting forces are measured with a Kistler 9257B dynamometer. Milling is carried out at three speeds: 25, 35 and 50 m/min. To determine the optimal parameters of the depth and width of milling, the following ratios are used: 1: 1, 1: 4; 1:16, while the volume of chips removed per unit of time remained constant for all ratios. Results and Discussion. The back surface of the cutter teeth wears out more intensively. After reaching the wear chamfer along the flank surface of a value equal to 0.11 - 0.15 mm, there is a sharp increase in forces and brittle destruction of the tooth. Milling at a speed of 25 m/min guaranteed 28 minutes of stable operation, after which the amount of wear quickly approached the critical value of 0.11 mm, at a cutting speed of 50 m/min, critical wear occurred already after 14 minutes. The dependences of the cutting force on time for all selected cutting speeds, throughout the test time, have an increasing character, which indicates the effect of wear of cutters on cutting forces. It is found that the durability of cutters increases with increasing width and decreasing the depth of milling.

About the authors

A. Yu. Arlyapov

Email: arlyapov@tpu.ru
Ph.D. (Engineering), National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, arlyapov@tpu.ru

S. Yu. Volkov

Email: vsu@pkmion.ru
National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, vsu@pkmion.ru

V. V. Promakhov

Email: vvpromkhov@mail.ru
Ph.D. (Engineering), National Research Tomsk State University, 36 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, vvpromkhov@mail.ru

A. S. Zhukov

Email: zhuk_77@mail.ru
D.Sc. (Physics and Mathematics), National Research Tomsk State University, 36 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russian Federation, zhuk_77@mail.ru

References

  1. Inconel 625/TiB2 metal matrix composites by direct laser deposition / V. Promakhov, A. Zhukov, M. Ziatdinov, I. Zhukov, N. Schulz, S. Kovalchuk, Y. Dubkova, R. Korsmik, O. Klimova-Korsmik, G. Turichin, A. Perminov // Metals. – 2019. – Vol. 9, iss. 2. – P. 141. – doi: 10.3390/met9020141.
  2. Microhardness and microstructure evolution of TiB2 reinforced Inconel 625/TiB2 composite produced by selective laser melting / B. Zhang, G. Bi, S. Nai, C. Sun, J. Wei // Optics and Laser Technology. – 2016. – Vol. 80. – P. 186–195. – doi: 10.1016/j.optlastec.2016.01.010.
  3. Patel M.R.R., Ranjan M.A. Advanced techniques in machining of aerospace superalloys: a review // International Journal of Advance Research in Engineering, Science and Technology. – 2015. – Vol. 2, iss. 5. – P. 149–154. – doi: 10.26527/ijarest.150507103716.
  4. Баранчиков В.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Обработка специальных материалов в машиностроении: справочник. – М.: Машиностроение, 2002. – 264 с. – (Библиотека технолога). – ISBN 5-217-03132-8.
  5. Microstructure and mechanical properties of selective laser melted Inconel 718 compared to forging and casting / T. Trosch, J. Strößner, R. Völkl, U. Glatzel // Materials letters. – 2016. – Vol. 164. – P. 428–431. – doi: 10.1016/j.matlet.2015.10.136.
  6. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: учебник для машиностроительных и приборостроительных специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1985. – 304 с.
  7. Cutting force and surface finish analysis of machining additive manufactured titanium alloy Ti-6Al-4V / A. Polishetty, M. Shunmugavel, M. Goldberg, G. Littlefair, R.K. Singh // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 7. – P. 284–289. – doi: 10.1016/j.promfg.2016.12.071.
  8. A brief review on machining of Inconel 718 / S. Roy, R. Kumar, Anurag, A. Panda, R.K. Das // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 9. – P. 18664–18673. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.06.212.
  9. Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы: справочник. – М.: Металлургия, 1983. – 192 с. – ISBN 978-5-458-28144-7.
  10. Arunachalam R., Mannan M.A. Machinability of nickel-based high temperature alloys // Machining Science and Technology. – 2000. – Vol. 4, iss. 1. – P. 127–168. – doi: 10.1080/10940340008945703.
  11. Технология обработки металлов резанием: учебное пособие. – Б. м.: Sandvik Coromant, 2009. – 359 с.
  12. Grguraš D., Kern M., Pušavec F. Suitability of the full body ceramic end milling tools for high speed machining of nickel based alloy Inconel 718 // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 77. – P. 630–633. – doi: 10.1016/j.procir.2018.08.190.
  13. Latest machining technologies of hard-to-cut materials by ultrasonic machine tool / F. Feucht, J. Ketelaer, A. Wolff, M. Mori, M. Fujishima // Procedia CIRP. – 2014. – Vol. 14. – P. 148–152. – doi: 10.1016/j.procir.2014.03.040.
  14. Kuo K.L., Tsao C.C. Rotary ultrasonic-assisted milling of brittle materials // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2012. – Vol. 22, suppl. 3. – P. 793–800. – doi: 10.1016/S1003-6326(12)61806-8.
  15. Influence of ultrasonic assistance on delamination during machining of different composite materials / M. Kuruc, M. Necpal, T. Vopát, V. Šimna, J. Peterka // Annals of DAAAM and Proceedings. – 2017. – Vol. 28. – doi: 10.2507/28th.daaam.proceedings.055.
  16. Ni C., Zhu L., Yang Z. Comparative investigation of tool wear mechanism and corresponding machined surface characterization in feed-direction ultrasonic vibration assisted milling of Ti–6Al–4V from dynamic view // Wear. – 2019. – Vol. 436–437. – P. 203006. – doi: 10.1016/j.wear.2019.203006.
  17. HEM Guidebook: a machinist’;s guide to increasing shop productivity with high efficiency milling. – Harvey Performance Company, LLC, 2017. – URL: https://www.harveyperformance.com/in-the-loupe/hem-guidebook-download/ (accessed: 15.01.2021).
  18. Roberts S. High-efficiency milling speed changes rules // Canadian Metalworking. – 2018. – January 10. – URL: https://www.canadianmetalworking.com/article/cuttingtools/high-efficiency-milling-speed-changes-rules (accessed: 15.01.2021).
  19. Derek K. Optimize cutting efficiency, optimize throughput // Modern Machine Shop. – 2005. – February 15. – URL: https://www.mmsonline.com/articles/optimize-cutting-efficiency-optimize-throughput (accessed: 15.01.2021).
  20. High Speed Machining Vs. HEM. – 2017. – August 11. – URL: https://www.harveyperformance.com/in-the-loupe/high-efficiency-milling-vs-high-speed-machining/ (accessed: 15.01.2021).
  21. High efficiency vs. High Feed Milling: which is more productive? // Modern Machine Shop. – 2018. – November 2. – URL: https://www.mmsonline.com/articles/high-efficiency-vs-high-feed-milling-which-is-more-productive (accessed: 15.01.2021).
  22. Каталог режущего инструмента компании «ПК МИОН». – Томск, 2019. – URL: http://pkmion.ru/catalog/frezy/ (дата обращения: 15.01.2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».