Sıcak dövme süreçlerinde kullanılan sıcak iş takım çeliklerine kriyojenik işlem sıcaklığının mekanik özelliklere etkisi
Effect of cryogenic treatment temperature on mechanical properties of hot work tool steels used in hot forging processes
Yazar: CANER KİRAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BİROL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sıcak dövme süreci imalat endüstrisinde çok yoğun olarak kullanılan imalat yöntemlerinden biridir. Dövme sürecinde metalik malzemelerin rahat şekilde plastik deformasyona uğramaları ve kolay şekillenmeleri için metalik malzemeler yeniden kristallenme sıcaklıklarının üzerinde bir sıcaklıkta ısıtılarak şekillendirilmektedir. Dövme esnasında ise özellikle delik vb. geometrilerin şekillendirilmeleri için de dövme sürecinde maça denilen takımlar kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklık altında malzemeye nüfuz eden bu takımlar sıcaklık farklılıkları sonucu oluşan termal ve dövülen parçalara nüfuz etmelerinden dolayı da mekanik gerilmelere maruz kalmaktadır. Dolayısı ile bu malzemelerin yüzey özelliklerinin doğru belirlenmesi önemli bir mühendislik sorunu olup, bilimsel temelli yaklaşımlarla araştırılması önem arz etmektedir. 
Sıcak dövme sürecinde kullanılan çelikler sıcak iş takım çelikleridir. Sıcak iş takım çeliklerinin ömrü, malzemelerin kalitesine, üretim yöntemine ve türüne bağlıdır. Aşınma direnci, darbe direnci, malzeme iç yapısı bu çeliklerin performansını, kullanım ömürlerini ve dayanımlarını etkileyen ana faktörlerdir.
Bu tez çalışmasında sıcak dövme süreçlerinde kullanılan sıcak iş takım çeliklerine kriyojenik işlem sıcaklığının mekanik özelliklere etkisi incelenecektir. Kriyojenik işlem malzeme üzerinde kalıntı östenit miktarının azalmasına ve malzemelerin tokluk, aşınma dayanımı gibi mekanik özelliklerini iyileştirmektedir. 
Çalışma süresince üç ayrı sıcak iş takım çeliği olan E38K, W360 ve 1.2888 kalite çeliklerine geleneksel ısıl işlemin uygulamalarına karşılık -100°C, -140°C ve -180°C kriyojenik ısıl işleme tabi tutulmuştur. Bu işlemlerden önce malzemeler 500 Hv sertliğe getirmek için ısıl işlemler yapıldı. Yapılan farklı işlemler sonucunda malzemelerde XRD ile kalıntı östenit tayini, çalışma sıcaklığı olan 350°C ve oda sıcaklığında Pin-On-Disk aşınma testleri, 350°C ve oda sıcaklığında çentik darbe testleri uygulanmıştır. Aşınma bölgeleri ve malzeme iç yapısı SEM analizi ile mikro yapı incelemesi yapışmıştır. Deneyler sonucunda kriyojenik işlem ile kalıntı östenit miktarının azaldığı, malzeme iç yapısında karbür formunun inceldiği, aşınma dayanımlarının arttığı görülmüştür.

Abstract:
The hot forging process is one of the most heavily used manufacturing methods in the manufacturing industry. In the forging process, metallic materials are shaped by heating them at a temperature above their recrystallization temperature so that they can easily undergo plastic deformation and be easily shaped. During forging, especially holes etc. In the forging process, tools called cores are used to shape the geometries. These tools, which penetrate the material under high temperature, are exposed to thermal and mechanical stresses due to their penetration into the forged parts as a result of temperature differences. Therefore, the correct determination of the surface properties of these materials is an important engineering problem and it is important to investigate with scientific-based approaches.
The steels used in the hot forging process are hot work tool steels. The life of hot work tool steels depends on the quality of the materials, the production method and type. Wear resistance, impact resistance, material internal structure are the main factors affecting the performance, service life and strength of these steels.
In this thesis, the effect of cryogenic treatment temperature on the mechanical properties of hot work tool steels used in hot forging processes will be examined. Cryogenic treatment reduces the amount of residual austenite on the material and improves the mechanical properties of materials such as toughness and wear resistance.
During the study, three different hot work tool steels, E38K, W360 and 1.2888 quality steels, were subjected to cryogenic heat treatment at -100°C, -140°C and -180°C versus conventional heat treatment applications. Before these processes, heat treatments were carried out to bring the materials to 500 Hv hardness. As a result of different processes, residual austenite determination by XRD, Pin-On-Disc wear tests at operating temperature of 350°C and room temperature, notch impact tests at 350°C and room temperature were applied. The microstructure examination was adhered to by SEM analysis of wear zones and material internal structure. As a result of the experiments, it was observed that the amount of residual austenite decreased, the carbide form in the internal structure of the material became thinner, and the wear resistance increased with the cryogenic treatment.