Sıcak şekillendirme

Sıcak Şekillendirme (preste sertleştirme ya da sıcak presleme olarak da bilinir), ultra yüksek dayanımlı çeliklere (yaygın olarak 22MnB5), soğuk şekillendirme operasyonlarıyla verilemeyecek kadar karmaşık şekil vermek için kullanılan görece yeni bir teknolojidir.So, H., D. Faßmann, H. Hoffmann, R. Golle & M. Schaper. "An investigation of the blanking process of the quenchable boron alloyed steel 22MnB5 before and after hot stamping process", Journal of Materials Processing Technology 212, 437-449 (2012).

Metod
1) Direkt yöntem: Form verilmemiş sac fırında ısıtılır, sıcak durumdayken form verilir ve kalıpta sertleştirilerek istenen özellikler elde edilir.

2) Endirekt yöntem: Saca form verme, kesme ve delme işlemleri soğukken tamamlanır. Parça sonra ısıtılıp, kalıpta sertleştirilerek dayanımı yükseltilir.

küçükresim|upright=3.27|orta|Sıcak şekillendirme prosesinin özeti.

Yöntem seçimi parçanın karmaşıklığına ve sacın kaplamasına bağlı olarak seçilir (Ör. çinko bazlı kaplamalar genellikle dolaylı yöntemi gerektirir). Her iki yöntemde de sac çok yumuşak ve form verilebilir haldeyken şekillendirip, daha sonra içine soğutma kanalları delinmiş kalıpta sertleştirilir. Sıcak şekillendirilen çelikler genellikle ~1000 MPa akma () ve ~1500 MPa kopma () dayanımına sahiptir.Kurz, T., "New Developments in Zinc Coated Steel for Press Hardening", in Insight Edition Conference, September 20-21, Gothenburg, Sweden (2011).Watkins, J., "Material Development", in AP&T Press Hardening, Next Step Seminar, Novi, MI, October, (2011).

Sıcak şekillendirmede, sacın fırın çıkışındaki sıcaklığı yaklaşık 950 °C olduğundan sacın kalıba transferi genellikle robotik uygulamalar kullanılarak gerçekleştirilir. Ayrıca minimum östenitlenme sıcaklığına kadar ısıtılmış olan sacın, kalıba yükleme sırasında maruz kalacağı havada bekleme süresi, prosesin kalitesi açısından önemlidir. Bu sürenin olabildiğince az olması için de ısıtma fırını, şekillendirme işleminin gerçekleştiği prese yakın bir bölgede konumlandırılır. Robotik bir uygulamanın kullanılması, hızlı bir taşıma ve kalıba yükleme operasyonu için de bir avantaj oluşturmaktadır.

Prosesin Avantajları

Yüksek dayanımlı çelik kullanımı sayesinde daha düşük kalınlıktaki sac, aynı kaza performansını sağlayarak ağırlık tasarrufu için kullanılabilir.Smith, D. "2011 Grand Cherokee", Presented in Great Designs in Steel, May 18th, Livonia, MI, (2011)

Ancak çeliklerde dayanım artıkça form verilebilirlik azaldığı gibi geri yaylanma da artmaktadır. Dolayısıyla karmaşık bir geometriyi üretebilmek ya da toleransları tutturabilmek problem olmaktadır.Billur, E. & T. Altan, "Challenges in Forming Advanced High Strength Steels", in Proceedings of New Developments in Sheet Metal Forming 2010, pp285-304, May 2-4, Stuttgart, Germany (2010).

Prosesin en önemli dezavantajı ise yüksek yatırım maliyetidir. Sıcak şekillendirme işlemi konvansiyonel olarak kullanılan pres hatlarında ve pres kalıplarında gerçekleştirilemez. Sıcak şekillendirme için özel olarak tasarlanmış, yüksek maliyetli pres hatları ve özel soğutma mekanizmalarına sahip pres kalıpları gerekir. Türkiye'de otomotiv, beyaz eşya, vb. sektörlere hizmet vermek için kurulu bulunan onlarca adet konvansiyonel (soğuk şekillendirme işlemlerine uygun) pres hattı mevcuttur. Fakat sıcak şekillendirme için özel olarak tasarlanmış ve kurulmuş olan tesis sayısı Türkiye'de beşten azdır.

Gelişim ve Tarihçe
Sıcak şekillendirme (preste sertleştirme) yönetimi ilk olarak İsveçli bir firma olan Plannja tarafından geliştirilmiş ve patentlenmiş, ilk olarak da tıraş ve çim biçme makinelerinin bıçaklarının üretilmesinde kullanılmıştır.1984 yılımda bir otomobil imalatçısı olarak Saab firması, ilk defa Saab 9000 modelinde preste sertleştirilmiş bir bor çeliğinden üretilmiş bir araç parçası kullanılmıştır.Karbasian, H., Tekkaya, E., ″A Review on Hot Stamping″, Journal of Materials processing technology 210 (2010) 2103-2118. 1980 ve 90'lı yıllarda kapı içi çelik barlar ve tampon takviye sacı gibi görece basit şekillerde kullanılmıştır. 2000'li yıllardan itibaren kullanımı oldukça artan bu sınıftaki çelikler, yaygın olarak 1500 MPa seviyesinde üretilmektedir.Billur, E., Fundamentals and Applications of Hot Stamping Technology for Producing Crash-Relevant Automotive Parts, Doktora Tezi, The Ohio State University, Columbus, OH, 2013. Son yıllarda 500MPa, 1000-1200 MPa ve 1800-2000 MPa seviyelerinde üç yeni sınıf ortaya çıkmıştır.Billur, E., Producing Ultra High Strength Automotive Components: Hot Stamping of Boron Alloyed Steels vs. Cold Stamping of New Generation Steels, 2nd International Metal Forming Conference 2014, Atılım Üniversitesi Metal Şekillendirme Mükemmeliyet Merkezi, 2014. 1800 MPa seviyesi, ilk kez 2011 yılından itibaren Mazda CX-5'te kullanılmaktadır.	Matsuoka, H. ve Fujihara, K., Mazda CX-5, EuroCarBody 2011 - 13th Global Car Body Benchmarking Conference, Automotive Circle International, 2011. 500 MPa seviyesi ise ilk kez Volvo XC90'da, 2014'ten bu yana kullanılmaktadır.Ljungqvist, H., Amundsson, K. ve Lindblad, O., The All-New Volvo XC90 Car Body, EuroCarBody 2014 - 16th Global Car Body Benchmarking Conference, Automotive Circle International, 2014. 1000-1300 MPa seviyesi çelikleri, bir çelik üreticisi piyasaya sunmuş, diğerleri tarafından halen geliştirilme aşamasındadır.Billur, E., Çetin, B., Gürleyik, M. & Berk, Ö.C., "Yeni Nesil Yüksek Dayanımlı Çelikler: Gelişmeler, Trendler ve Kısıtlar", Makina Tasarım ve İmalat Dergisi (MATİM), basılacak. Sıcak şekillendirilmiş çeliklerin 2015 itibarı ile en çok kullanıldığı otomobil yeni Volvo XC90'dır ve gövde ağırlığının %38'i sıcak şekillendirilmiştir. Bunun %33'ü 1500 MPa seviyesinde, %5'i 500 MPa seviyesindedir.

küçükresim|upright=3.27|orta|Sıcak şekillendirilmiş çelik komponentlerin otomotiv endüstrisindeki kullanımı.

Kaynakça

Kategori:Metal işçiliği
Kategori:Metalurji