Initial Tool Wear Mechanisms in Turning of Titanium Metal Matrix Composites
RESUME Cette etude porte sur les mecanismes d'usure initiale de l'outil en tournage mecanique des composites a matrice metallique de titane (Ti MMCs) Compares a d'autres materiaux, les MMCs presentent de nombreux avantages, par exemple une grande rigidite, une haute resistance a la corrosion et une tres bonne resistance a l'usure meme aux hautes temperatures. Toutefois, ces proprietes avantageuses peuvent etre a l'origine de certains problemes lors de l'usinage, comme une usure severe des outils de coupe ainsi qu'une duree de vie tres limitee. L'usure initiale de l'outil et son effet sur la duree de vie n'ont pas ete etudies en detail et la plupart des etudes se sont focalisees sur la periode d'usure a taux d'usure constant. Dans cette recherche des outils en carbure de tungstene (WC/Co) avec un liant cobalt, revetu de TiN/TiAlN ont ete utilises pour tous les tests experimentaux. L'usure des outils pendant les premieres secondes de l'usinage et ses influences sur la duree de vie de l'outil ont ete analysees et discutees. Les forces de coupe ont ete mesurees a l'aide d'un dynamometre. Apres l'usinage, les mecanismes d'usure initiale des outils ont ete etudies par la microscopie electronique a balayage (MEB) et l'analyse dispersive en energie (EDS) Afin de determiner la variabilite de la composition chimique de surface d'un outil brut et d'une piece a usiner, une spectrometrie de photoelectrons induits par rayons X (SPX) a ete utilisee. La methode de sonde ionique focalisee (FIB) a ete choisie pour decouper et determiner les elements ou sous couches qui se developpent lors de l'usinage. Les diagrammes d'usure obtenus par les essais experimentaux montrent que la premiere periode de transition de l'usure de l'outil se produit dans la premiere seconde d'usinage. La comparaison de temps de transition de ces diagrammes aux diagrammes de force a devoile une bonne correlation. L'analyse des mecanismes d'usure a revele que l'usure commence par une phase preliminaire dite "abrasive" suivie par une phase dominante dite "adhesion" ABSTRACT This research focused on the initial tool wear mechanisms in turning of titanium metal matrix composites (Ti MMCs) Compared to other materials, MMCs have many advantages, such as: high stiffness, high corrosion resistance, and very good wear resistance even at high temperatures. On the other hand, these advantages cause a lot of problems during the machining process, including severe tool wear and short tool life. The initial tool wear and its effects on the entire tool life has not been investigated in detail and most studies have been performed in the steady state wear period. Thus, in this research the first seconds of machining and its effects on tool life was discussed. WC/Co inserts with the coating TiN/TiAlN were used for all the experimental tests. Machining forces were registered by a dynamometer. After machining, the initial tool wear mechanisms were investigated using Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) In order to study the surface chemical compositions of an unused insert and a raw work piece material, X ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was used. Also, to find out what elements or sub layers are under the layer that develops during the machining, a Focused Ion Beam (FIB) technique was applied to an insert. Based on the results of the experimental tests and tool wear progression charts, the first transition time of tool wear occurs in the first second of machining. Also, there are good correlations between the transition time in tool wear progression charts and the cutting force diagrams. Finally, mapping the wear mechanisms in different tools during the initial moments of machining Ti MMC revealed that the preliminary wear mechanism is abrasion and the dominant wear mechanism is adhesion.