Kalıp geometrisi, sertliği ve yüzey kalitesinin çeliğin sıcak ekstrüzyonunda kalıp ömrüne etkisi

Abstract

Çeliğin sıcak ekstrüzy onunda kullanılan kalıpların ömrü konusunda yapılmış olan bu çalışmada: (i) olabildiğince geniş bir literatür araştırması yapılmış; (ii) uygulamadaki geçmiş malumatın analizi; (iii) kalıba tesir eden geometrik, fizik (mekanik, termik), hemen bütün faktörler ile metalürjik özelliklerin belirlenmesi; (iv) araştırma ve uygulama için: (a) optimal kalıp geometrisinin belirlenmesi amacıyla hidro dinamik yağ filminin farklı üç kesit formu için optimal fonksiyonlarının etüdü; (b) kalıp yüzey sertliğinin nitrürasyon ile (H 13 çeliğinden ma mul kalıplar) artırılması; (c) yüzey kalitesinin yükseltilmesi gibi üç faktörün üst üste getirilmesiyle sonuca ulaşılma yolu seçilmiştir. Bu çalışma ile, kuşkusuz önem ve etki mertebeleri değişse de, genel olarak, aralarında kuvvet, kesit alanı, ekstrüzyon basıncı, deformasyon hızı, deformasyon, deformasyon mukavemeti, diğer geometrik boyutlar, metal sı caklığı, sürtünme katsayısı ve mamul hassasiyetinin de bulunduğu kalıp ömrünü etkileyen 21 değişkenin dikkate alınması gerekebileceği belirlenmiştir. Diğer bütün faktörler aynı kalmak, ani mekanik ve termik gerilme şoklarına maruz bı rakılmamak kaydıyla kalıp giriş kesitinin radyüs yerine optimal geometrik (te zimizde üstel fonksiyon) formun verilmesiyle kalıp ömrünün birkaç kat artabi leceği; bunun yanında yüzey kalitesinin ortalama pürüzlülüğün 4-5 u dan 0,2 y nın altına indirilerek artırılması ve yüzey sertliğinin 42-44 HRC den 62-68 HRC seviyelerine çıkarılması suretiyle bu değerlerin sınırlarına, işlem lerin performanslarına bağlı olarak, kalıp ömrünün asgari dört-beş; normalde on katı veya daha fazla artırılabileceği ortaya konulmuştur. Geçmiş malumatın analizi ve yapılan yönlendirilmiş çalışma şartları nın bulguları, aynı çap ve geometri şartları için farklı malzemelerin sıcak ekst- rüzyonunda kalıp ömürleri arasında şöyle bir matematik izafi bağıntıyı doğrula mıştır: iki kalıp ömrünün birbirine oranı, çekilen malzemelerin 1100 C deki mu kavemetlerinin ters oranı ile deformasyon mukavemetlerinin ters oranının çarpı mına eşittir.

In this dissertation devoted to the lives of the dies used in the hot extrusion of steel, the following studies have been accomplished: (i) a litterature investigation as large as possible» (ii) a past data analysis of two years experience, obtained from a steel pipe extrusion plant; (iii) identifying the factors or variables geometrical and physical (mechanical, thermal), almost all, which affect the die life; (iv) for the research and application the following three different approaches and their executions have been superposed: (a) in order to defining the optimal die orifice geometry, a thorough study of functions both for load capacity and coefficient of friction in hydro-dynamic lubrication film for the main three cross section alternatives; (b) increasing the surface hardness of the die (H 13 die material) by gas nitriding; (c) enhancing the surface quality, i.e., decreasing the surface roughness of the die. By this work, it is found that it might be necessary to consider 21 variables, although their effect may be totally different in ranking, among them extrusion force, cross-section, extrusion pressure, deformation, deformation speed, resistance to deformation, other geometrical dimensions, temperature of the material, coefficient of friction, and product precision can be mentioned for a global die life series of investigation. Having all other factors fixed and the die not to be exposed to, any mechanical or thermal shock, it is averred that Nthe die life can be increased many-fold by dressing the entrance surface and orifice to conform with the optimal geometrical form (exponential function curve), instead of making radius for the conjunction in the orifice, Having provided this, by enchancing the surface quality to ground and polished; and increasing the surface hardness from the level of 42-44 HRC to 62-68 HRC range, depending on the yield values and the performances, in global terms, die life can be increased up to 10 times and even more. The analysis of past data and the fact findings for the die lives within the plant have shown that there is a high degree of correlation (average 0,94) for a relative mathematical relation: in the same geometrical and diametry conditions, for the different. extrusion materials the ratio of die lives in equal to the inverse ratio of the hot strength values (at 1100 C), times inverse ratio of resistance to deformation.