Heat treatment and mechanical properties of AISI D3 and AISI Hl3 tool steels

Abstract

VII AISI D3 ve AISI HI 3 TAKIM ÇELİKLERİNİN ISIL İŞLEMİ VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÖZET Bu çalışmada farklı menevişleme sıcaklıklarının AISI D3 soğuk iş ve AISI H13 sıcak iş takım çeliklerinin mekanik özellikleri ve mikroyapıları üzerindeki etkileri araştırıldı. İlk olarak çelikler için genel ısıl işlem prensipleri ve zaman sıcaklık dönüşüm eğrileri anlatıldı, daha sonra soğuk iş ve sıcak iş takım çeliklerinin ısıl işlem prensipleri ve yolları ile seçim ve uygulama alanları anlatıldı- Deneysel çalışma bölümünde, standard test numuneleri hazırlandı- Daha sonra AISI D3 ve AISI H13 takım çeliklerinden yapılan deney numuneleri sırasıyla 980 C ve 1020 C deki tuz banyosunda 20 dakika tutulup yağda sertleştirildi- AISI D3 çeliğinden yapılan deney numuneleri 200°C, 250°C, 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C, 550°C de, 60 dakika bir kez, Al SI H13 çeliğinden yapılan deney numuneleri ise 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C, 450 °C, 500 °C, 550 C, ve 600 C de 60 dakika çifte temperlendi- Temper 1 eme işleminden sonra tüm numuneler durgun havada soğutuldu- Isıl işlemin tamamlanmasından sonra` sertlik ölçme, çekme ve düzlem gerilme kırılma tokluğu deneyleri ile mekanik özellikler ölçüldü ve farklı ısıl işlemler etkisinde kalan mikroyapılar optik mikroskop altında incelendi- Son olarak» yapılan deney sonuçları ve mikroskopik incelemeler ışığında farklı menevişleme sıcaklıklarının AISI D3 ve AISI H13 takım çeliklerinin mekanik özellikleri ve mikroyapıları üzerindeki etkileri araştırıldı-

91 VI I -SUMMARY AND CONCLUSIONS The effect of tempering temperature on hardness, tensile properties, fracture toughness and microstructure of AISI D3 and AISI H13 tool steels were investigated. For this purpose, standard specimens machined of the two steels were heat treated at various temperatures to produce a wide range mechanical properties and microstructures. The following conclusions can be derived from this study: 1.) Increasing tempering temperature results in some decrease in hardness and tensile properties, but an increase in fracture toughness of in AISI H13 tool steel. The secondary hardening peak at tempering temperature 500°C is observed. This results an increase in hardness, along with a slight decrease in fracture toughness. 2.) In the as-recieved condition and in each heat treated condition the AISI D3 tool steel exhibited higher tensile strength than the AISI H13 tool steel, but smaller fracture elongation and fracture toughness. 3.) Undissolved carbides and even some coarsening were observed in the microstructure even tempering at temperatures as high as 550°C for AISI D3 tool steel. 4.) An inverse relation was observed between hardness (in the range of 50 to 59 HRC) and fracture toughness (16 to 22.8 MPam1/2) in AISI D3 tool steel.92 5.) In A1SI D3 steel a good combination of hardness, of 1/2 about ( 59 HRC) and fracture toughness, (16 MPam ), may be achieved by austeni t i zing at 980°C and tempered at 350°C. 6.) The ductility of a raartensitic steel will increase as the carbon content is decreased and that higher fracture toughness values could be achieved by keeping tempering temperature high. However, the best fracture toughness achievable in these tool steels at high hardness levels required in usage is limited to rather modest values. 7.) In AISI H13 tool steel, austenitized at 1020°C and double tempered at 550°C just beyond the secondary hardening peak, a fracture toughness of about 48.5 MPa 1/2 m can be achieved and a hardness of 52 HRC. 8.) Except a small but definite carbide growth, no significant effect of tempering temperature on microstructure was observed in AISI D3 tool steel. The microstructure of the AISI H13 steel was also appeared to be unaffected under the highest magnifications reached in the optical microscope.