Sıcak dövme kalıpları için yüzey kaplama tabakası geliştirilmesi
Development of surface coating layer for hot forging molds
Yazar: YAŞAR SERT
Danışman: PROF. DR. TEVFİK KÜÇÜKÖMEROĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Adezyonlar = Adhesions ; Nanosertlik = Nanohardness ; Sıcak dövme = Hot forging

Özet:
Bu tez çalışmasının ana amacı, sıcak dövme işlemlerinde üretim performansı ve maliyetini etkileyen en önemli unsur olan dövme kalıplarının aşınma dayanımlarının artırılarak, kalıp başına düşen üretilen parça sayısının artırılmasıdır. Bu amaç doğrultusunda 1.2714 sıcak iş takım çeliği yüzeyleri yüksek sıcaklık uygulamalarında kendinden yağlayıcılık özelliği ve
yüksek sertlik ve aşınma dayanımına sahip yenilikçi ve özgün TiCrNb-hBN tabakası ile değişken kaplama parametreleri kullanılarak sentezlenmiştir. Ardından söz konusu kaplama tabakasının yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri belirlenmiştir. Gerçekleştirilen laboratuvar ölçekli testler neticesinde en başarılı kaplama tabakası, 24,6 GPa nanosertlik ve 85 N adezyon dayanımı değerleri ile 3x10-3 Torr çalışma basıncı, 100 V bias gerilimi ve 600 V LaB6 hedef
malzeme gerilimi şartlarında belirlenmiştir. Elde edilen bulgularda, sertlik ve aşınma özellikleri arasında bir korelasyonun mevcut olduğu belirlenmiştir. Laboratuvar ölçekli testlerde belirlenen optimum kaplama tabakası, mevcut imalat hattında kullanılan prototip bir dövme kalıbına da kaplanarak, gerçek uygulama şartlarında kullanım performansı değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; h-BN katkılı kompozit kaplama tabakasının, kaplamasız dövme kalıbının kullanım
ömrünü yaklaşık %320 oranında geliştirerek eşsiz katkılar sunduğunu ortaya koymuştur.

Abstract:
The main purpose of this thesis is to increase the wear resistance of forging dies, which is the most important factor affecting production performance and cost in hot forging processes, and to increase the number of parts produced per die. For this purpose, 1.2714 hot work tool steel surfaces used as mold material were synthesized using an innovative and unique TiCrNbhBN layer, which has self-lubricating properties and high hardness and wear resistance, using variable coating parameters in high temperature applications. Then, the structural, mechanical and tribological properties of the original coating layer were determined. As a result of the laboratory-scale tests, the most successful coating layer was determined as the R8 coating produced at 24.6 GPa nanohardness and 85 N adhesion strength values, 3x10-3 Torr working
pressure, 100 V bias voltage and 600 V LaB6 target material voltage. In the obtained findings, it was determined that there was a correlation between hardness, adhesion strength and wear properties. The optimum coating layer, determined in laboratory-scale tests, was also coated on a prototype forging mold used in the existing production line, and its performance in real application conditions was evaluated. Obtained results; It has been revealed that the h-BN doped
composite coating layer offers unique additives by improving the service life of the uncoated forging die by approximately 320%.