Optimisation of annealing parameters and improving die life for nitrided aluminum extrusion dies

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.