Laser assisted machining of Inconel 718 superalloy

• Main Author: Tavakoli Manshadi, Salar
• Other Authors: Mahmoud Helmi Attia (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2009
• Subjects: Engineering - Mechanical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40803

This research work assesses the effect of Laser Assisted Machining (LAM) on the machinability of Inconel 718 using a triple layer coated carbide and a sialon ceramic tool. This study was motivated by issues related to poor machinability of IN718 under conventional machining operations. In this work a focused Nd:YAG laser beam was used as a localized heat source to thermally soften the workpiece prior to material removal. Finishing operations were assumed throughout the experiments. Optimization screening tests were performed over a wide range of cutting speeds (ranging from 100 to 500 m/min) and feeds (ranging from 0.125 to 0.5 mm/rev). Results showed a significant drop in all three components of cutting force when thermal softening caused by the laser power was in effect. These tests yielded the optimum cutting speed and feed to be 200 m/min and 0.25 mm/rev for the coated carbide and 300 m/min and 0.4 mm/rev for the ceramic tool. Under these optimum conditions tool life tests were carried out. Drastic increase in terms of the material removal rate (MRR) was demonstrated under LAM conditions as compared to conventional machining. A nearly %300 increase in MRR was established for the coated carbide tool while slightly reducing tool life, mainly because the coatings offering thermal and wear protection could not withstand the high temperatures associated with LAM. Nearly %800 increase in MRR for the ceramic tool was achieved while improving tool life (about %50). In all cases, improvements in surface finish and surface integrity were observed. The dominant mode of tool failure was observed to be average flank wear for all tools tested. However, the coated carbide tool exhibited signs of chipping and flaking in the coatings. The morphology of the chips produced was analyzed and it was shown that temperature and increased chip thickness were the main causes of transition from steady state to shear localized chip structure. Shear localized or sawtooth chips tended to === Cette recherche évalue l'effet de l’usinage assisté par Laser (UAL) sur l’usinabilité d'Inconel 718 en utilisant deux outils : Le premier est enrobé d’une triple couche de carbure et le second est en céramique sialon. Cette étude a été motivée par la difficulté d’usiner IN718 conventionnellement. Dans ce travail, un rayon laser Nd:YAG a été utilisé comme une source de chaleur localisée pour adoucir thermiquement la pièce avant l'usinage. Les expériences représentaient les opérations de finitions. Une optimisation a été exécutée à travers une sélection unitaire pour une large gamme de vitesses de coupes (aux limites de 100 à 500 m/min) et de vitesses d’avance (aux limites de 0.125 à 0.5 mm/rév). Les résultats ont manifesté une réduction significative dans toutes les trois composantes de la force de coupe quand l'adoucissement thermique provoqué par le laser était mis en effet. D’après les tests, les valeurs optimales de vitesse de coupe et d’avance sont 200 m/min et 0.25 mm/rév pour l’outil avec la couche de carbure et 300 m/min et 0.4 mm/rév pour l’outil en céramique. Dans ces conditions optimales, des épreuves de tenue d’outils ont été réalisées. Une augmentation du taux d’enlèvement de matière a été démontrée lors de l’application de l’UAL en comparaison à l’usinage conventionnel. Une augmentation dans le taux d’enlèvement de matière de 300% a été établie pour l’outil enrobé de carbure avec une légère réduction en tenue d’outil. La raison de cette réduction est le fait que ces couches qui offrent une protection thermique et une résistance d’usure ne pouvaient pas résister aux températures élevées associées à l’UAL. Une augmentation de 800% dans le taux d’enlèvement de matière a été accomplie pour l’outil en céramique avec une amélioration de tenue d’outils d’environ 50%. Dans tous les cas, une amélioration de l’intégrité de la surface à ét