Kriyojenik işlemin AISI D3 soğuk iş takım çeliğinin performansına etkilerinin incelenmesi
Determining the effects cryogenic treatment on the performance of AISI D3 cold work steel
Yazar: YUSUF ARSLAN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
AISI D3 takım çeliğinden, DIN 9861 standardında imal edilmiş zımbalara uygulanan kriyojenik işlemin, zımbanın performansına etkileri çalışma kapsamında araştırılmıştır. Çalışmanın başlangıcında, D3 takım çeliği zımbalar -145°C'de 24 saat (24HTC),  -145°C'de 36 saat (36HTC) kriyojenik işlem ve -145°C'de 36 saat kriyojenik işlem ardından 150°C'de 2 saat temperleme (36HTCT) işlemi yapılmış zımbalardan 3 farklı grup hazırlanmıştır. Kriyojenik işlem öncesi ve sonrası zımbaların sertlik değerleri ve boyutları ölçülmüştür. İşlem yapılmış (24HTC, 36HTC, 36HTCT) ve yapılmamış (HT) D3 takım çeliği zımbalar ile 1,5 mm kalınlığındaki paslanmaz çelik (AISI 304) sac levhalar işlenerek delme deneyleri gerçekleştirilmiştir. 

Çapları 5, 6, 7, 8, 9 ve 10 mm olan zımbalarla kuru delme şartları altında zımba makinesinde delikler delinmistir. Delme deneylerinde bütün zımba takımlar için sabit sac malzeme ilerleme hızı ve sabit zımba vurma sayısı kullanılmıstır. Altı farklı çaptaki zımbalar için; 6000, 12000, 18000, 24000, 30000, 40000 delme sonunda ağırlık kaybı, delme ucu alın ve yanak aşınmaları mikroskop görüntüleri ve mikroyapı SEM görüntüleri elde edilmiştir. Delinmiş sacın delik çapları, delik dairesellikleri, çapak yükseklikleri ve pulların kesme düzlüğü, kopma yüksekliği, kopma açısı, çapak yükseklikleri, yuvarlanma X ve Y değerleri ölçülmüş ve değerlendirilmiştir. Bu değişkenlerin elde edilen değerleri göz önüne alındığında; kriyojenik işlemin 36HTC ve 36HTCT takımlarda aşınma davranışı ve takımın keskinliği üzerinde 24HTC takımlara göre son derece olumlu etki doğurduğu görülmüştür.

Kriyojenik işlem ve kriyojenik işlem ardına uygulanan temperleme işleminin mikroyapıda meydana getirdiği değişimleri belirlemek amacıyla SEM, EDS, XRD analizleri yapılmıştır. Mikroyapı incelemeleri, D3 takımlara uygulanan kriyojenik işlemin, karbür boyutlarını küçülterek homojen karbür dağılımı sağladığını ve geleneksel ısıl işlem sonrası yapıdaki kalıntı östeniti martenzite dönüştürdüğünü göstermiştir. Mikroyapıdaki bu değişimler kesici takımların aşınma direncinin artmasında önemli bir rol oynamıştır. 40000 delme sayısı için kriyojenik işlemin D3 takım çeliği zımbaların aşınma direncini yaklaşık %79 oranında iyileştirmiş olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
The performance change of the DIN 9861 standard punches which were made of AISI D3 tool steel and were subjected to the cryogenic treatment were studied and the effects of treatment were examined. At the beginning of study, the D3 tool steel punches were treated in three different groups such as I: cryogenic process at -145 oC for 24h (24HTC), II: cryogenic process 36h (36HTC) and III: cryogenic process 36h and then tempering process at 150 °C for 2h (36HTCT). The macro hardness values and the dimensions of punches were measured before and after the cryogenic treatment. Cryogenic treated (24HTC, 36HTC, 36HTCT) and non-treated (HT) puches perforated on the AISI 304 stainless steel sheet metal which has 1.5 mm thickness. 

Punched holes were carried out by 5, 6, 7, 8, 9 and 10 mm diameter punches under the dry conditions. The cutting feed of the sheet metal and the punch stroke were constent during the experiments. The weight lose of each punch was measured at the end of 6000th, 12000th, 18000th, 24000th, 30000th , 40000th  piercing, the face and flank wears of punches, the SEM micro structure images were obtained by the microscope images. Also, the hole diameter, the hole circularty, the burr height, the burnished depth, the rollover depth and length and angle parameters were measured and evaulated. When taking into consideration the obtained values of these parameter, it is observed that the wear behavior and the sharpness of the punch tip of 36HTC and 36HTCT tools showed most positive effect than 24HTC tools.

SEM, EDX, XRD analyses were made in order to determine the changes in the microstructure caused by criyogenic treatment and tempering with respect to tools. Microstructure examinations exhibited that criyogenical and tempering treatments reduced the carbide sizes, provided homogeneous carbide distribution, converted the retained austenite to martensite after the conventional heat treatment. These changes in the microstructure played a significant role in the increase of wear resistance of D3 tools. At the 40000 number perforation, it was decided that the cryogenic treatment had positive effects on the D3 tool steel punches aproximately 79% increased wear resistance.