Su verme ısıl işleminin H13 takım çeliğinin darbe dayanımına ve mikroyapısına etkisi
Effect of quenching heat treatment on impact strength and microstructure of H13 tool steel
Yazar: ÇAĞATAY ATAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİKA ÖZER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Darbe dayanımı = Impact strength ; Isıl işlem = Heat treatment ; Mikroyapı = Microstructure ; Su verimi = Water yield ; Takım çelikleri = Tool steels

Özet:
Sıcak iş takım çelikleri sıcak şekillendirme teknikleri ve döküm işlemlerinde kullanılırlar. Bu tür uygulamalarda, kalıp parçaları ile işlenen malzeme doğrudan temas halindedir. Bu çalışma ortamları kalıbı oluşturan parçaların yüzey sıcaklığının artmasına sebep olur. Sıcak iş çalışma şartlarında kalıp parçalarının maruz kaldığı bu ısınma, kalıp malzemesinin zamanla kendisinden beklenen performansı yerine getirememesine ve çalışma ömürlerinin azalmasına neden olur. Kalıpların çalışma ömürleri ise kalıp maliyetlerini belirleyen önemli bir faktördür. Kalıp çalışma ömrünü sertlik, tokluk ve aşınma dayanımı gibi kalıp malzemesinin mekanik özellikleri belirler. Kalıp malzemesi ve uygulanan ısıl işlem, kalıp çalışma ömrünü belirleyen önemli iki etkendir. AISI H13 çeliği, sertleşebilirlik kabiliyeti, tokluk ve aşınma direnci gibi üstün özelliklere sahip kolay temin edilebilir popüler bir sıcak iş takım çeliğidir. Dahası, AISI H13 takım çeliklerinin çalışma performansları uygun ısıl işlemler ile arttırılabilmektedir. Günümüzde H13 çeliği, farklı ısıl işlemler uygulanabilen bir kalıp malzemesidir. H13 çeliğine geleneksel olarak uygulanan ısıl işlem ise su verme+temperleme ısıl işlemidir. Bu çalışmada; AISI H13 çeliğine su verme ve çift su verme ısıl işlemleri uygulanmıştır. Su verme işlemi 1030 °C sıcaklıkta 30 dakika bekleme ile gerçekleştirilmiştir. Su verme işlemleri oda sıcaklığında yağda soğutma şeklinde yapılmıştır. Isıl işlemler sonrası numunelerin mikroyapıları ve sertlikleri incelenmiştir. Sertlik ölçümleri ASTM E18 standardına göre Rockwell C (HRC) skalası ile gerçekleştirilmiştir. Ticari AISI H13 çeliğinin mikroyapısının ferritik matriste çökelen farklı büyüklüklerdeki karbür partiküllerinden oluştuğu belirlenmiştir. Farklı büyüklüklerdeki karbürler, kromca zengin M23C6 ve M7C3, vanadyum ve molibdence zengin MC tipi karbürlerdir. Su verme işlemi uygulanan numunelerin mikroyapıları çıta martensit ve ince küresel karbür partiküllerinden meydana gelmiştir. 9 HRC olan ticari H13 çeliğinin sertliği su verme işlemi ile 45,6 HRC'ye yükselmiş, çift su verme ile 38,1 HRC'ye düşmüştür. Sertlikteki değişimler mikroyapıdaki martensit fazının morfolojisindeki değişime ve karbürlerin boyutlarındaki değişimlere atfedilmiştir.

Abstract:
Hot work tool steels are used in hot forming techniques and casting processes. In such applications, the die parts and the material being processed are in direct contact. These working environments cause the surface temperature of the parts forming the die to increase. This heating, which the DİE parts are exposed to under hot working conditions, causes the die material not to performans the expected performance over time and reduces its working life. The working life of the die is an important factor that determines the die costs. The mechanical properties of the die material such as hardness, toughness and wear resistance determine the working life of the die. The die material and applied heat treatment are two important factors that determine the working life of the die. AISI H13 steel is an easily available popular hot work tool steel with superior properties such as hardenability, toughness and wear resistance. Moreover, the working performance of AISI H13 tool steels can be increased by appropriate heat treatments. Today, H13 steel is a die material that can be subjected to different heat treatments. The heat treatment conventionally applied to H13 steel is quenching + tempering heat treatment. In this study; Quenching and double quenching heat treatments were applied to AISI H13 steel. The austenitization process was carried out at 1030 °C for 30 minutes. Quenching processes were carried out in the form of oil cooling at room temperature. After heat treatment, the microstructures and hardness of the samples were investigated. Hardness
measurements were carried out with the Rockwell C (HRC) scale according to the ASTM E18 standard. It has been determined that the microstructure of commercial AISI H13 steel consists of carbide particles of different sizes precipitated in the ferrite matrix. Carbides of different sizes are chromium-rich carbides of the type of M23C6 and M7C3, and vanadium- and molybdenum-rich carbides of the type of MC. The microstructures of the quenched samples were composed of lath martensite and fine spherical carbide particles. The hardness of commercial H13 steel, which was 9 HRC, increased to 45.6 HRC with quenching and decreased to 38.1 HRC with double quenching. The changes in hardness were attributed to the change in the morphology of the martensite phase in the microstructure and the changes in the dimensions of the carbides.