Aluminyum ekstrüzyonunda kalıp malzemesi olarak kullanılan sıcak iş takım çeliklerinin yüzey işlemleri ve tribolojik karakterizasyonu

Abstract

Sıcak iş takım çelikleri genellikle enjeksiyon, ekstrüzyon ve dövme gibi yüksek sıcaklık proseslerinde kalıp malzemesi olarak kullanılmaktadır. Çalışma koşullarında yüksek termomekanik ve tribolojik gerilmelere maruz kalan kalıplarda, aşınma, plastik şekil değiştirme ve termal yorulma gibi hasarlar meydana gelir. Hasarların önlenebilmesi için sıcak iş takım çeliklerinde alaşım kompozisyonu, ısıl işlem ve yüzey işlemleri önemli parametreleri oluşturmaktadır. İyi tasarlanmış alaşım kompozisyonuna sahip sıcak iş takım çelikleri çalışma sıcaklıklarında mekanik özelliklerini korurken, kalıp yüzeylerine uygulanan yüzey işlemleri sayesinde şekillenen metalin aşındırıcı etkisine karşı korunurlar. Çalışma kapsamında, konvansiyonel olarak ısıl işlem uygulanmış farklı alaşım kompozisyonlarına sahip sıcak iş takım çeliklerinin yüzey işlemleri ile aşınma davranışlarının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla farklı alaşım kompozisyonlarına sahip DIN 1.2343, DIN 1.2367 ve DIN 1.2999 sıcak iş takım çelikleri seçilmiştir. Çeliklere öncelikle konvansiyonel olarak ısıl işlem uygulanmış ve ardından seçili numunelere nitrasyon ve fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile CrN, AlTiN tek kaplamalar ve CrN/AlTiN çift kaplamalar uygulanmıştır. Uygulanan işlemlerin ardından numunelerin aşınma davranışları oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta incelenmiştir. Oda sıcaklığında yapılan aşınma testlerinde çelik ve seramik aşındırıcılar kullanılmıştır. AA6080 alaşımının ekstrüzyon koşullarında, çelik yüzeylerinin davranışlarını belirlemek amacıyla, testler 450 °C'de AA6080 alaşımına karşı gerçekleştirilmiştir. Aşınma testleri sonrasında aşınma yüzeyleri profilometre, ışık mikroskopu, taramalı elektron mikroskopu ve enerji dağılım spektrometresi ile karakterize edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Aşınma, Isıl İşlem, Sıcak İş Takım Çelikleri, Yüzey İşlemleri.

Hot work tool steels are used as die materials in high temperature forming processes like injection, extrusion and forging. Failures like wear, plastic deformation and thermal fatigue occur in the dies that are exposed to thermomechanical and tribological stresses under working conditions. Alloy composition, heat and surface treatment processes are important parameters for the prevention of such failures in hot work tool steels. While a well designed alloy composition protects their mechanical properties at high working temperatures, surface treatments applied on the die surfaces protects them against wear during metal forming. In this study, it is aimed to improve the wear behavior of conventionally heat treated hot work tool steels, by applying various surface treatment processes. DIN 1.2343, DIN 1.2367 and 1.2999 hot work tool steels having different alloy compositions were chosen for this purpose. Conventional heat treatment processes were applied to the steels first and then surface treatment processes were applied to the selected samples, like nitriding and CrN, AlTiN single coatings, CrN/AlTiN duplex coatings by physical vapor deposition. Wear behavior of the samples were investigated at room temperature and elevated temperature, after these treatments. Steel and ceramic counterpart materials were used for the wear tests performed at room temperature. High temperature wear tests, on the other hand, were performed at 450 °C against AA6080 alloy, in order to simulate the conditions in aluminum extrusion and to evaluate the performance of die material. Worn surfaces were characterized after the tests using profilometer, light microscope, scanning electron microscope and energy dispersive spectrometer.Key Words: Heat Treatment, Hot Work Tool Steels, Surface Treatment, Wear.