<p>Syftet med examensarbetet var att undersöka manganhaltens inverkan på skärbarheten och de mekaniska egenskaperna i varmarbetsstål Dievar samt kontrollera och undersöka hypotesen<em> </em>att material med låga Ac1 temperaturer maskinbearbetas svårare än material med högre temperaturer. </p><p>Skärbarhet hos Dievar med olika Mn-halt från 0,084 till 1,59 vikts% studerades i härdat tillstånd med ett pinnfräsningstest. Skärbarheten karakteriserades genom mätning av verktygslivslängd och skärkrafter. Verktygslivslängd bestämdes av fasförslitningsutvecklingen på verktyget. Förslitningsmekanismer studerades på verktygets spån- och släppningssidor med hjälp av svepelektronmikroskop (SEM). Dragprov vid rums- och förhöjd temperatur genomfördes för att studera mangans inverkan på hållfasthetsegenskaper hos Dievar. Mikrostrukturen av stålen i härdat och anlöpt tillstånd undersöktes i SEM. Ac1 temperatur i stålen uppmättes med dilatometer.</p><p>Mangan visade sig ha en positiv inverkan på skärbarheten i Dievar. Verktygets livslängd var två gånger längre vid pinnfräsning av Dievar 1,59 vikts% Mn i jämförelse med Dievar 0,084 och 0,27 vikts% Mn. Mer påkletningsbenägna stål med lägre Mn-halt orsakade mer adhesiv nötning och urflisning av fräsens skäregg. Detta ledde till att förslitningen utvecklades hastigare under bearbetningen av Dievar med lägre Mn-halt.</p><p>De uppmätta skärkrafterna under bearbetning förklarade inte skillnaden i skärbarheten mellan Dievar med olika Mn-halt; skärkrafter var lika i alla material.</p><p>Dievar med högre Mn-halt innehöll mindre primära molybdenrika karbider än Dievar med lägre Mn-halt. Detta berodde på att manganet minskade Ac1 temperaturen i Dievar.</p><p>Mn-halten i Dievar påverkade inte hållfasthetsegenskaperna vid rumstemperatur men visade en tendens att minska stålets hållfasthet vid hög temperatur.</p><p>De genomförda undersökningarna bekräftade inte hypotesen att material med lägre Ac1 temperaturer har sämre maskinbearbetbarhet än material med högre temperaturer. Dievar 1,59 vikts% Mn hade betydligt lägre Ac1 temperatur än andra Dievar-material samt modifierat Orvar men visade sig vara lättare att bearbeta.</p> / <p>The aim of the study was to investigate influence of manganese content on the machinability and mechanical properties of a hot-work tool steel Dievar and verify a hypothesis that materials with low Ac1 temperatures are more difficult to machine than steels with higher Ac1 temperatures.</p><p>Machinability of Dievar with varying manganese content from 0,084 to 1,59 wt% was investigated in the hardened condition in the milling operation. The machinability of the steels was characterized by measuring tool life and cutting forces during machining. The tool life was estimated by measuring flank wear on the tools. Wear mechanisms were investigated on the clearance and rake faces of the tools by SEM. Tensile tests at room and elevated temperatures were carried out to examine the manganese influence on the mechanical properties of Dievar. Microstructure of the steels in hardened and tempered condition was investigated by SEM. Dilatometer tests were done to determine the Ac1 temperature for the steels.</p><p>Manganese content showed to have a positive effect on the machinability of Dievar. Two times longer tool life was reached when end milling Dievar 1,59 wt% Mn comparing to end milling Dievar 0,084 and 0,27 wt% Mn. More adhesive wear and chipping were observed on the tools after end milling the lower manganese containing steels. This resulted in more progressive wear and shorter tool life during machining of these steels.</p><p>The measured cutting forces could not be related to the difference in machinability of the steels with different manganese content. The generated cutting forces were similar for all the tested steels.</p><p>Dievar with higher manganese content contained less primary molybdenum-rich carbides in the microstructure. It was related to the lower Ac1 temperature of Dievar 1,59 wt% Mn comparing to the lower manganese containing steels.</p><p>The manganese content showed no influence on the tensile properties of Dievar at room temperature and a tendency to a slight decrease in yield and ultimate strength at the elevated temperature.</p><p>The machinability tests carried out in the present study did not confirm the hypothesis that materials with low Ac1 temperatures have poor machinability.  Dievar 1,59 wt% Mn had much lower Ac1 temperatures than the other Dievar steels and the modified Orvar steel but showed to have an improved machinability compared to the others.</p>

Syftet med examensarbetet var att undersöka manganhaltens inverkan på skärbarheten och de mekaniska egenskaperna i varmarbetsstål Dievar samt kontrollera och undersöka hypotesen att material med låga Ac1 temperaturer maskinbearbetas svårare än material med högre temperaturer.  Skärbarhet hos Dievar med olika Mn-halt från 0,084 till 1,59 vikts% studerades i härdat tillstånd med ett pinnfräsningstest. Skärbarheten karakteriserades genom mätning av verktygslivslängd och skärkrafter. Verktygslivslängd bestämdes av fasförslitningsutvecklingen på verktyget. Förslitningsmekanismer studerades på verktygets spån- och släppningssidor med hjälp av svepelektronmikroskop (SEM). Dragprov vid rums- och förhöjd temperatur genomfördes för att studera mangans inverkan på hållfasthetsegenskaper hos Dievar. Mikrostrukturen av stålen i härdat och anlöpt tillstånd undersöktes i SEM. Ac1 temperatur i stålen uppmättes med dilatometer. Mangan visade sig ha en positiv inverkan på skärbarheten i Dievar. Verktygets livslängd var två gånger längre vid pinnfräsning av Dievar 1,59 vikts% Mn i jämförelse med Dievar 0,084 och 0,27 vikts% Mn. Mer påkletningsbenägna stål med lägre Mn-halt orsakade mer adhesiv nötning och urflisning av fräsens skäregg. Detta ledde till att förslitningen utvecklades hastigare under bearbetningen av Dievar med lägre Mn-halt. De uppmätta skärkrafterna under bearbetning förklarade inte skillnaden i skärbarheten mellan Dievar med olika Mn-halt; skärkrafter var lika i alla material. Dievar med högre Mn-halt innehöll mindre primära molybdenrika karbider än Dievar med lägre Mn-halt. Detta berodde på att manganet minskade Ac1 temperaturen i Dievar. Mn-halten i Dievar påverkade inte hållfasthetsegenskaperna vid rumstemperatur men visade en tendens att minska stålets hållfasthet vid hög temperatur. De genomförda undersökningarna bekräftade inte hypotesen att material med lägre Ac1 temperaturer har sämre maskinbearbetbarhet än material med högre temperaturer. Dievar 1,59 vikts% Mn hade betydligt lägre Ac1 temperatur än andra Dievar-material samt modifierat Orvar men visade sig vara lättare att bearbeta. / The aim of the study was to investigate influence of manganese content on the machinability and mechanical properties of a hot-work tool steel Dievar and verify a hypothesis that materials with low Ac1 temperatures are more difficult to machine than steels with higher Ac1 temperatures. Machinability of Dievar with varying manganese content from 0,084 to 1,59 wt% was investigated in the hardened condition in the milling operation. The machinability of the steels was characterized by measuring tool life and cutting forces during machining. The tool life was estimated by measuring flank wear on the tools. Wear mechanisms were investigated on the clearance and rake faces of the tools by SEM. Tensile tests at room and elevated temperatures were carried out to examine the manganese influence on the mechanical properties of Dievar. Microstructure of the steels in hardened and tempered condition was investigated by SEM. Dilatometer tests were done to determine the Ac1 temperature for the steels. Manganese content showed to have a positive effect on the machinability of Dievar. Two times longer tool life was reached when end milling Dievar 1,59 wt% Mn comparing to end milling Dievar 0,084 and 0,27 wt% Mn. More adhesive wear and chipping were observed on the tools after end milling the lower manganese containing steels. This resulted in more progressive wear and shorter tool life during machining of these steels. The measured cutting forces could not be related to the difference in machinability of the steels with different manganese content. The generated cutting forces were similar for all the tested steels. Dievar with higher manganese content contained less primary molybdenum-rich carbides in the microstructure. It was related to the lower Ac1 temperature of Dievar 1,59 wt% Mn comparing to the lower manganese containing steels. The manganese content showed no influence on the tensile properties of Dievar at room temperature and a tendency to a slight decrease in yield and ultimate strength at the elevated temperature. The machinability tests carried out in the present study did not confirm the hypothesis that materials with low Ac1 temperatures have poor machinability.  Dievar 1,59 wt% Mn had much lower Ac1 temperatures than the other Dievar steels and the modified Orvar steel but showed to have an improved machinability compared to the others.

Modern manufacturing processes are under a never ending evolvement. Lowered manufacturing costs, higher part quality, shorter lead times and lower environmental impact are some important drivers for this development. Aluminum die casting is an effective and attractive process when producing components for e.g. the automotive sector. Die casting process development, and hot work tool steel development for the die casting dies has led to the state of the art of die casting today. However, with the disruptive emergence of Additive Manufacturing (AM) of hot work steel alloys, new interesting features such as improved conformal cooling channels inside die casting molds can be produced. The new way to manufacture die casting dies, need basic investigating of the AM produced hot work tool steel properties, and their applicability in this demanding hot work segment. Die casting dies face several detrimental wear mechanisms during use in production, three of which has been isolated and used for testing three AM produced steel alloys and one conventional premium hot work tool steel. The wear mechanisms simulated are; thermal fatigue, static soldering and agitated soldering. The aim is to study the AM produced steels applicability in the die casting process. The tested materials are; Premium AISI H13 grade Uddeholm Orvar Supreme, AM 1.2709, AM UAB1 and AM H13. Based on current investigations the conclusion that can be made is that with right chemistry, and right AM processing, conventional material Uddeholm Orvar Supreme still is better than AM H13. This also complies with the literature study results, showing that conventional material still is better than AM material in general. / Våra moderna tillverkningsprocesser är under ständig utveckling. Drivande motiv är minskade tillverkningskostnader, högre tillverkningskvalitet, kortade ledtider samt minskad miljöpåfrestning. Pressgjutning av aluminium är en effektiv och attraktiv tillverkningsprocess ofta använd inom till exempel fordonsindustrin. Utvecklingen av pressgjutningsteknologin har gått hand i hand med utvecklingen av det varmarbets-verktygsstål som används i gjutformarna (pressgjutningsverktyget). Den utvecklingen har lett till dagens processnivå och branschstandard. Men med den revolutionerande additiva tillverkningsteknologins (AM) intåg, och möjlighet att producera komponenter av varmarbetsstål, kommer nya intressanta möjligheter att integrera komplex geometri så som yt-parallella kylkanaler i verktyget utan att tillverkningskostnaden blir för hög etc. Det nya sättet att producera pressgjutningsverktyg ger upphov till behovet av grundläggande materialundersökningar av sådant AM-material, samt hur tillförlitligt det är i pressgjutningsverktyg med pressgjutningens krävande materialegenskapsprofil. Pressgjutningsverktyg utsätts för många förslitningsmekanismer och för höga laster, tre av dessa mekanismer har isolerats för kontrollerade tester av ett konventionellt material och tre AM materials responser. Förslitningsmekanismerna som efterliknats är; termisk utmattning, statisk soldering och agiterad soldering. Målet med undersökningarna är att studera AM producerade materials lämplighet i pressgjutningsprocessen. De material som testats är konventionella premium varmarbetsstålet Uddeholm Orvar Supreme av typ AISI H13, AM 1.2709, AM UAB1 och AM H13. Undersökningarnas slutsats är att med rätt kemisk sammansättning, och med rätt AM printing parametrar, är konventionellt material fortfarande mer applicerbart i pressgjutning än AM producerat. Den slutsatsen faller väl I samklang med resultaten från mekanisk provning som återspeglas i litteraturstudien, som visade visar att konventionellt material är generellt bättre än AM material.

I detta examensarbete har undersökningar kring finfrästa ytor i härdat verktygsstål utförts i samarbete med verktygsstålsproducenten Uddeholms AB i Hagfors. Vid spånskärande bearbetning påverkas materialet ibland negativt. En försöksserie om totalt 90 finfrästa ytor i härdade varmarbetsstålen Uddeholm Orvar Supreme och Uddeholm Dievar har frästs, mätts och utvärderats för att ta reda på hur fräsprocessen inverkar på materialets egenskaper. Det visar sig att materialet påverkas olika mycket beroende på hur fräsningen utförs och med vilken typ av fräsverktyg som används. I detta arbete har endast ändradiefräsar av solid hårdmetall använts. Analysen av ytorna har gjorts med en rad mätmetoder så som optisk ytjämnhetsmätning, hårdhetsmätning med Vickersmetoden, restspänningsmätning med röntgendiffraktion och okulär inspektion av stålets mikrostruktur i ljusmikroskop. Mätningarna utfördes för att se hur materialet påverkas mekaniskt av bearbetningen.   I de mest ogynnsamma försöksfallen är den mekaniska påverkan från fräsbearbetningen av stålets ytor så stor att bearbetningen riskerar försämra tillverkade komponenters livslängd sett ur utmattningssynpunkt. Målet med arbetet är att identifiera det mest gynnsamma sätt fräsningen kan utföras på för att kunna minimera påverkan på materialets egenskaper. Detta ger möjligheten för Uddeholms AB att ge faktabaserade råd till sina kunder om vilket körsätt som ger minsta påverkan av verktygsstålet vid bearbetning. Kunderna kan nyttja då materialet till dess fulla kapacitet. / In this thesis, investigations on hardened finish milled surfaces was done in collaboration with the tool steel manufacturer Uddeholms AB in Hagfors, Sweden. The steel material is affected by machining operations, sometimes in a negative destructive manner. An experimental test series containing a total of 90 surfaces in hot work steels Uddeholm Orvar Supreme and Uddeholm Dievar were milled, measured and evaluated to clarify the milling operations effect on the steels mechanical properties. It was found that the material is affected differently according to how the milling was preformed and with which type of milling tool. In this thesis, only solid carbide end-radius milling tools were used. The surface analysis were conducted with a range of measuring techniques including optical surface roughness measurements, hardness measurements in Vickers scale, residual stress measurements with X-ray diffraction (XRD) and microstructural analysis with optical light microscope. These measurements were conducted in order to determine the milling operations mechanical affects and grade of alteration of the tool steels surfaces. In the least favorable cases, the effect from machining are so profound, that degradation of produced components can be expected in terms of fatigue wear resistance. The goal of the thesis is to identify the most favorable process parameters, in order to minimize degradation of the tooling material in customer user cases, together with the opportunity to give fact based advice to Uddeholms AB customers on the most favorable process parameters in finish milling with radius-mills of hardened hot work tool steels. In this way the customer can utilize the tooling material at its full potential.