Kokil kalıplarda tungsten alaşımlı malzeme kullanımı ile termal yorulma ve aşınma direncinin artırılması
Improving thermal fatigue and erosion resistance by using tungsten alloy material in permanent molds
Yazar: BORA YAY
Danışman: PROF. DR. RASİM İPEK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Alüminyum jantlar otomobillerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Jantın kalitesini belirleyen en önemli etmenlerden birisi de kalıptır. Alçak basınçlı döküm teknolojisi ile üretilen jantlar kokil kalıplara dökülmektedir. Jant kalıpları ana hatları ile alt maça, üst maça, yan bloklar ve plakalardan oluşmaktadır. Alt ve üst maçalar sıcak iş takım çeliklerinden, yan bloklar dökme demirden veya çelikten, plakalar ise imalat çeliğinden üretilmektedir. 
Döküm sırasında sıcak metale en fazla maruz kalan parça alt maçadır. Ayrıca üst maçada da sıcak metal akışından dolayı aşınmalara ve korozyonlara rastlanmaktadır. Jant kalıplarında karşılaşılan en önemli sorun kalıbın belirli döküm adetlerinden sonra deformasyona uğraması ve hurda olmasıdır. Deformasyon meydana gelen kalıplar dökülen jantların kalitesini olumsuz etkilemektedir. Kokil kalıplar yüksek maliyetli ve uzun sürelerde üretilen kalıplardır ve sıcak iş takım çelikleri yurt dışından ithal edilmektedir. Bu nedenle kalıplarda malzeme değişikliği ile kalıp ömürleri artırılması bu çalışmada hedeflenmiştir. 
Yapılan çalışmada deney tasarımı olarak seri üretimi temsil edecek bir sistem oluşturulmuştur. Sıvı alüminyumu sürekli sabit sıcaklıkta tutan bir potaya sahip daldırma fırını kullanılarak belirli boyutlarda hazırlanmış numuneler pnömatik bir sistemle sıvı alüminyumun içerisine sabit çevrim süresi ile farklı çevrim sayılarında daldırılmıştır. Belirli sayılarda çevrimler yapıldıktan sonra mevcut kullanımdaki sıcak iş takım çelikleri ile tungsten alaşımlı malzemelerin hasar mekanizmaları incelenerek karşılaştırma yapılmıştır. Numunelerin aşınma ve korozyon kayıpları, sertlik kayıpları ölçülmüştür ve optik mikroskop ile mikroyapı analizleri gerçekleştirilmiştir. Aşınma ve korozyon deneylerine ek olarak laboratuvarda kurulan bir deney düzeneğinde ve döküm simülasyonunda soğutma verimliliği deneyleri gerçekleştirilmiştir.  
Yapılan çalışma sonucunda tungsten alaşımlı malzemelerin aşınma ve korozyon dirençlerinin ve soğutma verimliliğinin sıcak iş takım çeliklerine kıyasla daha yüksek olduğu ve kalıplarda hasar yaşanan ve hızlı soğutma istenen bölgelerde kullanılması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Aluminum wheels are widely used in automobiles. One of the most important factors determining the quality of the wheel is the mold. Wheels produced with low pressure die casting technology are casted into permanent molds. Wheel molds are mainly composed of bottom core, top core, side blocks and plates. Top and bottom cores are made of hot work tool steels, side blocks are made of cast iron or steel, and plates are made of structural steel. The most exposed piece to hot metal during casting is the bottom core. In addition, the upper core also shows wear due to hot metal flow. The most important problem encountered in wheel molds is that the mold deformation and scrap after certain casting pieces. Deformation of molds adversely affects the quality of cast wheels. Permanent molds are high-cost and their production time is long. In addition, hot work tool steels are imported from abroad. Therefore, in this study, it is aimed to increase the mold life by changing the material in the molds. 
In the study, a system was created to represent mass production as experimental design. Samples were prepared in certain sizes and immersed into the liquid aluminum with different cycles with a constant cycle time using a dipping furnace with a crucible that keeps the liquid aluminum at constant temperature. After a certain number of cycles, the damage mechanisms of hot work tool steels and tungsten alloy materials are examined and compared. Wear losses and hardness losses of the samples were measured and microstructure analyzes were performed with optical microscope. In addition to the wear tests, cooling efficiency tests were carried out in an experimental setup and casting simulation set up in the laboratory. 
As a result of the study, it was concluded that the wear and corrosion resistance and cooling efficiency of tungsten alloy materials are higher than hot work tool steels and should be used in areas where molds are damaged and rapid cooling is required.