Improvement of tool life of aluminum extrusion die tools

The objective of this work is to improve the durability in an aluminium extrusion die tool, focusing on critical elements. The results on this investigation can be used for planning, design, and production of elements of the same characteristics. The life expectancy of an extrusion die is related to the amount of kilograms extruded. In many occasions, these dies extrude less than the desirable amount of kilograms. The heat treatment, properties and composition of the current material, and their nitriding process were investigated. A new heat treatment for H13 tool steel samples was proposed. The heat treatment consisted of quenching, double tempering, and a cryogenic treatment. Additionally, several PVD coatings were applied to the samples. A block-on-ring type test was done using a T-05 machine. The sliding wear of the samples were measured and analysed. The current treatments, nitriding and material selections used by the manufacturing company were found to be acceptable. Results show that PVD coatings improve the sliding wear resistance of the samples. AlCrN PVD coating shows 1270% improvement in relation to only nitrided samples. Cryogenic treatment did not show any improvement in the sliding wear.

Przedmiotem pracy jest wydłużenie trwałości matryc do wyciskania profili aluminiowych. Rezultaty badań mogą być wykorzystane w planowaniu, projektowaniu i produkcji elementów o podobnych charakterystykach. Trwałość użytkowa matryc do wyciskania jest określana ilością kilogramów wyprodukowanych profili. Badania dotyczyły składu chemicznego materiału matryc, ich obróbki cieplnej i procesu azotowania. Zaproponowano nowy proces obróbki cieplnej stali narzędziowej H 13. Obróbka cieplna składa się z hartowania, podwójnego odpuszczania i obróbki podzerowej w ciekłym azocie. Zaproponowano również różne pokrycia PVD. Badania tribologiczne przeprowadzono na testerze T-05, na którym analizowano zużycie tarciowe i współczynnik tarcia. Materiał matryc i obróbka azotowania plazmowego stosowane przez zakład są do zaakceptowania. Zaproponowano zmiany w obróbce ciepnej, włączając obróbkę podzerową oraz pokrycia PVD celem zmniejszenia współczynnika tarcia i podwyższenia odporności na zużycie. Pokrycia PVD typu AlCrN wykazują przedłużenie trwałości matryc o 1270% w porównaniu z materiałem tylko azotowanym. Obróbka podzerowa nie wpływa w istotny sposób na podwyższenie odporności na zużycie, natomiast zwiększa wytrzymałość na obciążenia dynamiczne.