Milling of gamma titanium aluminides

• Autores: Hukkerikar Abhishek
• Directores de la Tesis: Pedro José Arrazola Arriola (dir. tes.), Patxi Xabier Aristimuño Osoro (codir. tes.)
• Lectura: En la Mondragon Unibertsitatea ( España ) en 2022
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Joaquín Barreiro García (presid.), Aitor Madariaga Zabala (secret.), Stefania Rizzuti (voc.), François Ducobu (voc.), Gorka Ortiz de Zarate Bengoa (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Aplicada por la Mondragón Unibertsitatea
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de materiales
      • Propiedades de materiales
      • Ensayo de materiales
    • Tecnología de productos metálicos
      • Productos torneados y mecanizados
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  eBiltegia 
• Resumen
  • español

    Las aleaciones gamma-TiAl son nuevos intermetálicos adecuados para aplicaciones de alta temperatura debido a sus propiedades únicas de material. Sin embargo, debido a su alta fragilidad, dureza e imprevisible vida de la herramienta durante el mecanizado, limitan su producción en serie.

    Por lo tanto, para resolver esto, este trabajo de tesis implica desarrollar un análisis de sensibilidad experimental de las aleaciones Gamma -TiAl en términos de composición, microestructura, herramientas de fresado, lubricación en las fuerzas de corte, el desgaste de la herramienta y el análisis de la integridad de la superficie (rugosidad de la superficie, alteraciones de la microestructura sub-superficial y microdureza) proporcionando así una tabla de fresado optimizada. Una caracterización tribológica de las aleaciones llevó a la conclusión de que la microestructura de las aleaciones gamma - TiAl es inmune a los aspectos tribológicos de la fricción, la cantidad de adhesión a la pieza y la partición del calor.

  • English

    Gamma Titanium Aluminide (gamma – TiAl) alloys are intermetallics with approximately half the density of nickel based superalloys. Their low density, high specific strength, and good structural integrity at high temperatures make them potential candidates for aeroengine components.

    However, characteristics such as poor ductility at room temperature, high hardness, and substantial surface damage during machining have earned these alloys the reputation of “difficult to cut”. Therefore, the present study aims to assess the machinability and surface integrity of second generation Ti-48Al-2Cr-2Nb gamma – TiAl alloys through end bull milling.

    First, a tribological characterisation of the tool coating (TiAlSiN) under dry, flood and Minimum Quantity Lubrication (MQL) was carried out. The effectiveness of tool coatings in reducing tribological properties was evaluated by conducting experiments with uncoated pins. The tribological characteristics of the gamma – TiAl alloys were subsequently benchmarked against one of the most used titanium alloys, Ti-6Al-4V.

    The effect of contact parameters such as contact pressure and sliding velocity on the evolution of tribological phenomena was determined.

    Secondly, a comprehensive sensitivity analysis of the milling input parameters to the output parameters during the bull end milling of Ti-48Al-2Cr-2Nb was conducted. The influence of microstructures (Near lamellar and Duplex) was analysed together with three types of lubrications (dry, flood and MQL), two bull end mill tools, and milling process parameter (cutting speed).

    The assessment of output parameters of cutting forces, tool wear, and surface integrity in the form of surface roughness, sub-surface microstructural alterations, and subsurface microhardness demonstrated the relevance of all the input parameters in affecting the output ones. As a result, a process window with long tool life and high surface integrity was established in accordance with industrial requirements.

  • euskara

    Titanio aluminuroaren aleazioak (gamma – TiAl) konposatu intermetalikoak dira eta nikel oinarriko superaleazioen dentsitate erdia dute gutxi gorabehera. Daukaten dentsitate baxuagatik, erresistentzia espezifiko altuagatik eta tenperatura altuetan duten egiturazko osotasun onagatik hegazkingintzako aplikazioetan erabiltzeko hautagai potentzialak dira.

    Hala ere, giro-tenperaturan duten harikortasun eskasak, gogortasun handiak eta mekanizazioan sortzen diren gainazaleko kalte handiek bezalako ezaugarriek, aleazio hauei "mekanizatzen zailak" izatearen ospea eman diete. Hori dela eta, ikerketa honek Ti-48Al-2Cr-2Nb gamma – TiAl aleazioen bigarren belaunaldiko mekanizagarritasuna eta gainazaleko osotasuna ebaluatu nahi ditu fresatze bidez mekanizatzean.

    Lehenik eta behin, erremintaren estalduraren (TiAlSiN) karakterizazio tribologikoa egin zen lubrifikazio gabe, hozkarrri txorrotada bidezko lubrifikazioarekin eta kantitate minimoko lubrifikazioarekin (MQL). Estaldurek propietate tribologikoak murrizteko duten eraginkortasuna estali gabeko tresnekin egindako esperimentuekin alderatuz ebaluatu da. Ondoren gamma – TiAl aleazioen ezaugarri tribologikoak titanioaleaziorik erabilienetako batekin alderatu ziren, Ti-6Al-4V-rekin. Kontaktu parametroek, hala nola kontaktu presioak eta irristatze-abiadurak, fenomeno tribologikoetan duten eragina zehaztu zen.

    Bigarrenik, fresatzeko erreminta torikoa erabiliz Ti-48Al-2Cr-2Nb-ren fresatze eragiketaren sarrera eta irteera parametroen sentsibilitate analisi integrala egin zen. Bi mikroegituren eragina, ia-laminarra eta duplexa, hiru lubrifikazio-mota (lehorra, hozkarri txorrotada eta MQL), fresatzeko erreminta torikoak eta fresatze eragiketako ebaketa parametro bat (ebaketa-abiadura) aztertu ziren.

    Parametro zientifikoen (ebaketa-indarrak) eta industria-parametroen ebaluazioak (erreminten higadura eta gainazaleko osotasuna [gainazaleko zimurtasuna, gainazaleko mikroegituraren alterazioak eta gainazaleko mikrogogortasuna]) frogatu zuen sarrera parametro guztien eragin garrantzitsua irteerako parametroetan. Ondorioz, erremintaren bizitza luzea eta gainazaleko osotasun handiko prozesu-leiho bat ezarri zen.