Optimisation of annealing parameters and improving die life for nitrided aluminum extrusion dies
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 752756
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN OKUYUCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Alüminyum ekstrüzyon kalıplarında sıcak iş takım çeliği kullanılmaktadır. Yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırmak için vakum sertleştirme prosesi sonrası gas nitrasyon prosesi yapılmaktadır. Bütün kalıplar biyet sıcaklığına ön ısıtma fırınında üretim öncesinde ısıtılmaktadır (450 °C). Kalıpların nitrasyon tabakası atmosfer ön ısıtma fırınlarında ısıtma esnasında oksitlenmektedir. Ön ısıtma süresindeki artış, oksidasyon miktarını artırmaktadır. Oksidasyon tabakası nitrasyon tabakasına zarar vererek yüzeyi pürüzlü hale getirmekte ve nitrasyon tabakasının çatlamasına sebep olabilmektedir. Bu durumda üretim esnasında alüminyum kalıp yüzeyinden geçerken yüzeyde mikro çatlak meydana getirebiliyor. Mikro çatlaklar yüzeyden çelik merkezine doğru ilerleyerek çelikten parça kopmasına (pullanma) sebep vermektedir. Bu durumda, zarar gören kalıp yüzeyleri tolerans dışı olduğunda hurdalanmaktadır. Bu çalışmada; nitrasyon prosesi uygulanmış dokuz numune 6,8,12,15,20,25,30,40 saat 450 °C ön ısıtma fırınında tutulmuştur. Nitrasyon tabakasında oluşan oksidasyon miktarı ve tutma süresinin nitrasyon tabakasına etkisi mikroskop altında incelenmiştir. İki adet numune de korumalı fırında 6 ve 12 saat ön ısıtma yapılarak nitrasyon tabakası gözlemlenerek, korumalı ve korumasız ön ısıtma fırınlarının nitrasyon tabakasına etkisi karşılaştırılmıştır. Nitrasyon tabakasında bulunan beyaz tabakanın aşınma dayanımına katkısı incelenmek için beyaz tabakalı ve beyaz tabakasız olmak üzere 2 numuneye aşınma testi uygulanmıştır. Korumasız fırında kalıplar 6 saat tutulsa bile, beyaz tabakanın kararlı şekilde oksitlendiği gözlemlenmiştir. 12 saat tutma süresinden sonar beyaz tabaka kalınlığı düşmeye başladı fakat 40 saatin sonunda beyaz tabaka tamamen kaybolmadı. Difüzyon tabakasının 14 saatten sonra arttığı gözlemlenmiştir. Diğer bir taraftan; korumalı ön ısıtma fırınında 6 ve 12 saat tutulan numuneler, korumasız ön ısıtma fırınındaki gibi bozulmamıştır. Optik mikroskopta bakıldığında korumalı atmosferdeki nitrasyon numunesinde bozulma gözlenmemiştir. Elektron mikroskop ile gözlemlendiğinde korumasız atmosferdeki nitrasyon tabakasında ağırlıkça %20 oksit elementine rastlanırken, korumalı atmosferde en fazla ağırlıkça %5 oksit elementi gözlemlenmiştir. Aşınma testi uygulanan 2 numunenin beyaz tabakaya sahip olanının daha az aşındığı gözlenmiştir. Çalışmanın sonucunda; korumalı atmosferdeki ön ısıtma fırını, korumasız ön ısıtma fırınına göre nitrasyon tabakasına çok daha az zarar verdiği gözlemlenmiştir. Korumasız atmosfer ön ısıtma fırını tek seçenek olduğu durumlarda, 6 saatte bile oksitlenebildiği için kalıp istenen sıcaklığa geldikten sonra hemen fırından çıkartılmalıdır. Önerilere dikkat edildiği taktirde nitrasyon tabakası daha az zarar görerek kalıp ömürleri artacaktır. Aşınma testi sonucunda beyaz tabaka gevrek bir yapıya sahip olmasına rağmen ekstrüzyon kalıplarının geçiş yüzeylerinde aşınma dayanımını artırdığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Aluminum extrusion dies are made of hot work tool steels. After vacuum hardening, dies are processed to a gas nitriding process to improve surface hardness and wear resistance. Before the extrusion process, all dies are annealed at 450°C to reach billet temperature in the furnace. During the annealing process in an air furnace, the nitride layers (white and diffusion layer) oxidize. The amount of oxidation increases as the holding time is increased. The nitride layer is damaged by oxidation, which causes a rough surface and cracks the nitride layer. Microcracks appear on the surface in this case as the aluminum profile slides over it during the extrusion process. Microcracks spread from the surface to the core, causing flaking on the steel. Die surfaces are damaged in this case, and die life are finished. In this study, specimens were annealed in an air furnace at 450°C for 6,8,12,15,20,25,30,40 hours. As a result, the amount of oxidation was analyzed using an optical and electron microscope, as well as how the white layer was affected by annealing time in an air furnace. Furthermore, two specimens were annealed at 450°C for 6 and 12 hours in an inert furnace (insulated from oxygen). The nitride layers of the two specimens were also studied using an optical and electron microscope. In this case, the oxidation of nitride layers was compared using an air furnace and an inert furnace. Abrasion test was performed on two specimens to determine the white layer's abrasion resistance. The first specimen had a white layer, while the second specimen did not (only have diffusion layer). Even when nitrided specimens are annealed for 6 hours in an air furnace, an oxide layer forms on the white layer and remains stable. The thickness of the white layer begins to reduce after 12 hours of annealing, but the white layer is still available at the conclusion of 40 hours. Furthermore, after 14 hours, the thickness of the diffusion layer begins to increase. Specimens that anneal for 6 to 12 hours in an inert furnace, on the other hand, are not damaged and do not oxidize as much as those that anneal in an air furnace. When examined under an optical microscope, the nitride layers are same. In an optical microscope, the oxide layers of specimens that anneal in an air furnace at the same time are clearly visible. In an inert furnace, only 5% of the oxide components are present, but this value is 20% for annealed specimens in an air furnace. Specimens with white layers abrade less than specimens without white layers. As a consequence of this research, inert furnaces are preferred over air furnaces for nitride layer oxidation during annealing before to extrusion. If an air furnace is the only option, the annealing process must be stopped when the die reaches the desired temperature. In this situation, the nitrided layer will be less damaged, resulting in longer die lifetimes. Even though the white layer is brittle as a result of the abrasion test, it is suitable for extrusion dies.
Benzer Tezler
- Akış tipi çizelgeleme problemlerinin genetik algoritma ile çözüm performansının artırılmasında parametre optimizasyonu
To Increase the performance of flow-shop scheduling problems solving with genetic algorithms: A parameter optimization
ORHAN ENGİN
Doktora
Türkçe
2001
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ALPASLAN FIĞLALI
- Toz metalurjisi ile üretilmiş volfram rodlardan filmaşin üretiminde çalışma koşullarının optimizasyonu ve yapısal-mekanik özelliklerinin incelenmesi
Optimization of the production conditions of tungsten wire draft from tungsten rods produced by powder metallurgy and inspection of the structural and mechanical properties
ALİ ULUS
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF.DR. İSMAİL DUMAN
- Yaş yöntemle ITO ince filmlerin üretimi, elektriksel ve optiksel özelliklerinin karakterizasyonu
Wet deposi̇ted processing of ITO thin films and characterization of thei̇r optoelectronic properties
SANEM GÜZELLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
DR. REFİKA BUDAKOĞLU
- Üç fazlı asenkron motorlarda sıcaklık dağılımının çıkartılarak tasarım optimizasyonunun yapılması
Design optimization by employing thermal distribution in 3-phase induction motors
FİLİZ GÜRGÖZE
Doktora
Türkçe
2009
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET FAİK MERGEN
- Jeoistatistiksel, statik ve kararsız basınç testi verilerine koşullandırılmış heterojen geçirgenlik ve gözeneklilik sahalarının türetilmesi
Generation of porosity and permeability fields conditioned to geostatistical, and pressure transient data
ADİL GÜRKAN CEYHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN SATMAN