Obrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceObrabotka Metallov / Metal Working and Material ScienceОбработка металлов (технология • оборудование • инструменты)1994-63092541-819XНовосибирский государственный технический университет42442010.17212/1994-6309-2026-28.2-72-98TECHNOLOGYТЕХНОЛОГИЯResearch ArticleCutting forces, chip morphology and wear characteristics in milling of Inconel 625 alloy produced by EBAMСилы резания, морфология стружки и особенности износа режущих кромок при фрезеровании аддитивного Inconel 625 EBAMhttps://orcid.org/0000-0003-2334-167955647175700N-1472-20164110-5685БабаевАртём СергеевичBabaevArtem S.
Russian Federation

канд. техн. наук

Ph.D. (Engineering)

temkams@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9351-571357117126400AAH-4717-20198273-1440KozlovViktor N.КозловВиктор Николаевич
Russian Federation

Ph.D. (Engineering), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

kozlov-viktor@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8254-58537101640980A-5335-20143138-0441SavchenkoNickolai L.СавченкоНиколай Леонидович
Russian Federation

Doctor of Technical Sciences

доктор техн. наук

savnick@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8663-487758429868000HSE-8277-20238935-8238СемёновАртём РомановичSemenovArtem R.
Russian Federation

Младший научный сотрудник

Junior researcher

artems2102@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2660-2312W-4917-20191954-2265TsygankovRoman S.ЦыганковРоман Сергеевич
Russian Federation

Младший научный сотрудник

Junior researcher

tsygankovrs@gmail.comНациональный исследовательский Томский государственный университетNational Research Tomsk State Universityruen282ТОМ 28, №2 (2026)VOL 28, NO2 (2026)729802062026Copyright ©; 2026, Бабаев А.С., Козлов В.Н., Савченко Н.Л., Семёнов А.Р., Цыганков Р.С.Copyright ©; 2026, Babaev A.S., Kozlov V.N., Savchenko N.L., Semenov A.R., Tsygankov R.S.2026Бабаев А.С., Козлов В.Н., Савченко Н.Л., Семёнов А.Р., Цыганков Р.С.Babaev A.S., Kozlov V.N., Savchenko N.L., Semenov A.R., Tsygankov R.S.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rcsi.science/1994-6309/article/view/424420

Introduction. Nickel-based alloys such as Inconel 625 are widely used in the aerospace industry due to their high heat resistance and corrosion resistance. However, their machining is complicated by the low thermal conductivity of the material, its tendency to work hardening, and accelerated tool wear. The advent of additive technologies makes it possible to obtain blanks close to the final shape, but the machinability of such materials has not been sufficiently studied, especially taking into account the anisotropy of properties caused by synthesis conditions. In this regard, the study of cutting forces, the explanation of chip morphology, and the description of the causes of tool wear during milling of additively manufactured Inconel 625 is an urgent task. Methods. The samples were obtained by electron beam additive manufacturing (EBAM) from Inconel 625 wire. Milling was carried out with uncoated cemented carbide end mills. The cutting forces were recorded using a three-component dynamometer Kistler mod. 9257BA. The microstructure, chip morphology, and tool wear were studied by scanning electron microscopy using energy-dispersive analysis and X-ray diffraction analysis. Results and discussion. It has been found that in conventional milling, the cutting forces increase linearly with increasing feed rate. The cutting speed of 23.8 m/min reduces cutting forces compared to 11.9 m/min, but leads to an increase in chip length and deterioration of its removal. Machinability anisotropy is revealed: the cutting forces along the synthesis direction exceed the corresponding values when milling transversely across, which correlates with a higher yield strength in the longitudinal direction. The chip length increases with increasing feed rate and cutting speed, reaching 1.55 mm under maximum conditions, while the chips lose their coiled shape and become cracked. The dominant wear mechanism is adhesion-fatigue wear, confirmed by the presence of WC particles on the rake surface of the chips and the formation of Cr23C6 and NiW phases on the cutting edges. Oxidative wear does not play a significant role. X-ray diffraction analysis showed a decrease in the initial crystallographic texture in the chips and on the machined surface, as well as a broadening of the peaks, indicating severe plastic deformation. Conclusions. Rational milling parameters have been determined (cutting speed from 11.9 to 23.8 m/min, feed rate of no more than 200 mm/min, depth of cut up to 1 mm, width of cut up to 7 mm), ensuring tool operability. An increase in the feed rate to 250 mm/min leads to catastrophic failure of the cutting edges. The results obtained can be used to develop technological recommendations for the subtractive machining of parts made of additively manufactured Inconel 625 (EBAM).

Введение. Сплавы на основе никеля, например Inconel 625, широко востребованы благодаря высокой жаропрочности и коррозионной стойкости. Однако их обработка резанием осложняется низкой теплопроводностью материала, склонностью к упрочнению и ускоренному износу инструмента. Аддитивные технологии позволяют получить заготовки, близкие к окончательной форме, но обрабатываемость таких материалов изучена недостаточно, особенно с учётом анизотропии свойств, вызванной условиями синтеза. В связи с этим исследование сил резания, объяснение морфологии стружки и описание причин износа инструмента при фрезеровании аддитивного Inconel 625 является актуальной задачей. Методы и оборудование. Образцы получены методом электронно-лучевого аддитивного производства (EBAM) из проволоки Inconel 625. Фрезерование проводилось твёрдосплавными концевыми фрезами без покрытия. Регистрация сил резания выполнялась с помощью трёхкомпонентного динамометра Kistler 9257BA. Микроструктура, морфология стружки и износ инструмента исследовали методами сканирующей электронной микроскопии с применением энергодисперсионного анализа и путём рентгеноструктурного анализа. Результаты и обсуждение. Установлено, что при встречном фрезеровании силы резания линейно возрастают с увеличением минутной подачи. Скорость резания 23,8 м/мин снижает силы резания в сравнении с 11,9 м/мин, но приводит к росту длины стружки и ухудшению её удаления. Выявлена анизотропия обрабатываемости: силы резания вдоль направления синтеза превышают соответствующие значения при фрезеровании поперёк, что коррелирует с более высоким пределом текучести в продольном направлении. Длина стружки увеличивается с ростом подачи и скорости резания, достигая 1,55 мм при максимальных режимах, при этом стружка теряет скрученность и покрывается трещинами. Доминирующим механизмом износа является адгезионно-усталостный, подтверждённый наличием на прирезцовой поверхности стружки части WC и образованием на режущих кромках фаз Cr23C6 и NiW. Окислительный износ не играет существенной роли. Рентгеноструктурный анализ показал снижение исходной кристаллографической текстуры в стружке и на обработанной поверхности, а также уширение пиков, свидетельствующее о сильной пластической деформации. Выводы. Определены рациональные режимы фрезерования (скорость резания от 11,9 до 23,8 м/мин, подача не более 200 мм/мин, глубина резания до 1 мм, ширина резания до 7 мм), обеспечивающие работоспособность инструмента. Превышение подачи 250 мм/мин приводит к катастрофическому разрушению режущих кромок. Полученные результаты могут быть использованы для разработки технологических рекомендаций по субтрактивной обработке деталей из аддитивного Inconel 625 EBAM.

Inconel 625MillingAdditive technologiesCutting forceChipWearInconel 625ФрезерованиеАддитивные технологииСилы резанияСтружкаИзносThe work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 23-79-10166, https://rscf.ru/en/project/23-79-10166/).Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-79-10166 (https://rscf.ru/en/project/23-79-10166/).

Funding

The work was supported by the Russian Science Foundation (project No. 23-79-10166, https://rscf.ru/en/project/23-79-10166/).

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-79-10166 (https://rscf.ru/en/project/23-79-10166/).

A review of surface integrity in machining and its impact on functional performance and life of machined products / R. M’;Saoubi;, J.C. Outeiro, H. Chandrasekaran, O.W. Dillon Jr., I.S. Jawahir // International Journal of Sustainable Manufacturing. – 2008. – Vol. 1 (1–2). – P. 203–236. – DOI: 10.1504/IJSM.2008.019234.Part functionality alterations induced by changes of surface integrity in metal milling process / C. Yue, H. Gao, X. Liu, S.Y. Liang // Applied Sciences. – 2018. – Vol. 8. – DOI: 10.3390/app8122550.Kaya E., Akyüz B. Effects of cutting parameters on machinability characteristics of Ni-based superalloys // Open Engineering. – 2017. – Vol. 7. – P. 330–342. – DOI: 10.1515/eng-2017-0037.Deshpande Y.V., Andhare A.B., Padole P.M. How cryogenic techniques help in machining of nickel alloys? // Machining Science and Technology. – 2018. – Vol. 22. – P. 543–584. – DOI: 10.1080/10910344.2017.1382512.Experimental investigation on surface integrity of end milling nickel based alloy – Inconel 718 / X. Cai, S. Qin, J. Li, Q. An, M. Chen // Machining Science and Technology. – 2014. – Vol. 18. – DOI: 10.1080/10910344.2014.863627.Dry machining of Inconel 718, workpiece surface integrity / A. Devillez, G. Le Coz, S. Dominiak, D. Dudzinski // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2011.04.011.Deshpande et al. Enhancing the machinability of Inconel 625 milling using cryogen and blend of biodegradable oils and application of advanced algorithms / Y.V. Deshpande, S. Binani, A. Singh, M. Mohatkar, A.S. Chatpalliwar, P.S. Barve // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2023. – Vol. 45. – Art. 587. – DOI: 10.1007/s40430-023-04509-y.Inconel 625 sustainable milling surface integrity and the dependence on alloy processing route / R.H.L. Silva, J. Schoop, A. Hassui, I.S. Jawahir // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 130. – P. 4493–4512. – DOI: 10.1007/s00170-023-12938-1.Akgün M., Demir H. Optimization and finite element modelling of tool wear in milling of Inconel 625 superalloy // Journal of Polytechnic. – 2021. – Vol. 24 (2). – P. 391–400. – DOI: 10.2339/politeknik.706605.Akgün M., Demir H. Estimation of surface roughness and flank wear in milling of Inconel 625 superalloy // Surface Review and Letters. – 2021. – Vol. 28 (4). – DOI: 10.1142/S0218625X21500116.Jarosz K., Patel K.V., Özel T. Mechanistic force modeling in finish face milling of additively manufactured Inconel 625 nickel-based alloy // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2020. – Vol. 111. – P. 1535–1551. – DOI: 10.1007/s00170-020-06222-9.Analytical force modelling for micro milling additively fabricated Inconel 625 / A. Abeni, D. Loda, T. Özel, A. Attanasio // Production Engineering. – 2020. – Vol. 14. – P. 613–627. – DOI: 10.1007/s11740-020-00980-x.Tool life and wear mechanisms during Alloy 625 face milling / M.A. Rodrigues, A. Hassui, R.H.L. Silva, D. Loureiro // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 85. – P. 1439–1448. – DOI: 10.1007/s00170-015-8056-4.The effect of finish-milling operation on surface quality and wear resistance of Inconel 625 produced by selective laser melting additive manufacturing / E. Tascioglu, Y. Kaynak, Ö. Poyraz, A. Orhangül, S. Ören // Advanced Surface Enhancement. – Singapore: Springer, 2020. – P. 263–272. – DOI: 10.1007/978-981-15-0054-1_27.Chauhan S., Trehan R., Singh R.P. Classification of surface roughness for CNC face milling of Inconel 625 superalloy utilizing cutting force signal features with SVM and ANN // Materials Today: Proceedings. – 2023. – Vol. 113. – P. 9–18. – DOI: 10.1016/j.matpr.2023.07.101.Energy consumption and economic modelling of performance measures in machining of wire arc additively manufactured Inconel-625 / P. Raval, D. Patel, R. Prajapati, V. Badheka, M.K. Gupta, N. Khanna // Sustainable Materials and Technologies. – 2022. – Vol. 32. – DOI: 10.1016/j.susmat.2022.e00434.Effects of machining parameters on finishing additively manufactured nickel-based alloy Inconel 625 / J. Fei, G. Liu, K. Patel, T. Özel // Journal of Manufacturing Materials Processing. – 2020. – Vol. 4. – DOI: 10.3390/jmmp4020032.Kaynak Y., Tascioglu E. Finish machining-induced surface roughness, microhardness and XRD analysis of selective laser melted Inconel 718 alloy // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 71. – P. 500–504. – DOI: 10.1016/j.procir.2018.05.013.Characterization of Inconel 718® superalloy fabricated by wire arc additive manufacturing: effect on mechanical properties and machinability/ U. Alonso, F. Veiga, A. Suárez, A.G. Del Val // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – Vol. 14. – P. 2665–2676. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.07.132.Development of a multimaterial structure based on CuAl9MN2 bronze and Inconel 625 alloy by double-wire-feed additive manufacturing / K. Kalashnikov, T. Kalashnikova, V. Semenchuk, E. Knyazhev, A. Panfilov, A. Cheremnov, A. Chumaevskii, S. Nikonov, A. Vorontsov, V. Rubtsov, E. Kolubaev // Metals. – 2022. – Vol. 12 (12). – DOI: 10.3390/met12122048.Структура заготовок из сплава Inconel 625 полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча / А.Е. Болтрушевич, Н.В. Мартюшев, В.Н. Козлов, Ю.С. Кузнецова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 206–217. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-206-217.Choi J.G., Yang M.Y. In-process prediction of cutting depths in end milling // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 1999. – Vol. 39 (5). – P. 705–721. – DOI: 10.1016/S0890-6955(98)00067-4.Исследование сил резания и обрабатываемости при фрезеровании порошковой коррозионно-стойкой стали, полученной по технологии прямого лазерного выращивания (LMD) / А.С. Бабаев, В.Н. Козлов, А.Р. Семёнов, А.С. Шевчук, В.А. Овчаренко, Е.А. Сударев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 38–56. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.2-38-56.Study of the machinability of an Inconel 625 composite with added NiTi-tib2 fabricated by direct laser deposition / A. Arlyapov, S. Volkov, V. Promakhov, A. Matveev, A. Babaev, A. Vorozhtsov, A. Zhukov // Metals. – 2022. – Vol. 12. – DOI: 10.3390/met12111956.Episodes of chip formation in micro-to-nanoscale cutting of Inconel 625 / M.A. Rahman, M. Rahman, K.S. Woon, M. Mia // International Journal of Mechanical Sciences. – 2021. – Vol. 199. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2021.106407.The machinability of stainless steel 316 L fabricated by selective laser melting: Typical cutting responses, white layer and evolution of chip morphology / G. Li, W. Xu, X. Jin, L. Liu, S. Ding, C. Li // Journal of Materials Processing Technology. – 2023. – Vol. 315. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.117926.Effect of post-deposition heat treatments on high-temperature wear and corrosion behavior of Inconel 625 / E. Kocaman, U. Gürol, A. Günen, G. Çam // Materials Today Communications. – 2025. – Vol. 42. – DOI: 10.1016/j.mtcomm.2024.111101.Experimental study of cutting-parameter and tool life reliability optimization in Inconel 625 machining based on wear map approach / E. Liu, W. An, Z. Xu, H. Zhang // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 53. – P. 34–42. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.02.006.The effect of addition of hBN nanoparticles to nanofluid-MQL on tool wear patterns, tool life, roughness and temperature in turning of Ni-based Inconel 625 / Ç.V. Y?ld?r?m, M. Sar?kaya, T. K?vak, S. Sirin // Tribology International. – 2019. – Vol. 134. – P. 443–456. – DOI: 10.1016/j.triboint.2019.02.027.Tool wear mechanisms in the machining of Nickel based super-alloys: a review / W. Akhtar, J. Sun, P. Sun, W. Chen, Z. Saleem // Frontiers of Mechanical Engineering. – 2014. – Vol. 9. – P. 106–119. – DOI: 10.1007/s11465-014-0301-2.Astakhov V.P. The assessment of cutting tool wear // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2004. – Vol. 44. – P. 637–647. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2003.11.006.Degradation modes and tool wear mechanisms in finish and rough machining of Ti17 Titanium alloy under high-pressure water jet assistance / Y. Ayed, G. Germain, A. Ammar, B. Furet // Wear. – 2013. – Vol. 305 (1–2). – P. 228–237. – DOI: 10.1016/j.wear.2013.06.018.Experimental study on the oxidation and diffusion behavior of Inconel 625 and tool materials / E. Liu, N. Wang, J. Qi, Z. Xu, X. Liu, H. Zhang // Crystals. – 2018. – Vol. 8 (12). – DOI: 10.3390/cryst8120471.Study of a methodology for calculating contact stresses during blade processing of structural steel / V. Kozlov, A. Babaev, N. Schulz, A. Semenov, A. Shevchuk // Metals. – 2023. – Vol. 13 (12). – DOI: 10.3390/met13122009.