Densimet®与TZM嵌入件:
用于完美的铝铸件

铝铸造工艺中,金属熔体会被倒进或者被压入模具中。这个工艺被用于,例如,制造气缸盖、轮毂和许多其他铝铸件。模具必须反复经受温度超过600°C的金属熔体:当然,对于攀时的钨合金 Densimet®与钼合金TZM来说,这都不成问题。

您能享受以下优势:

  • 周期时间更短
  • 您的产品表面质量更佳
  • 模具的使用寿命较长
  • 模具嵌件不会开裂

我们能针对您的模具提供定制型模具镶件、注口衬套、冷却镶件和其它单个零件,以及半成品

用于燃烧室的铸造嵌入件
钨滤波嵌入件
钨模具嵌入件

裂缝和腐蚀:
为什么传统模具经常发生问题

 

当铝熔体与模具表面发生接触时,钢模具表层将受到由铝所引起的腐蚀,侵蚀以及粘附等考验。如果含铁材料溶解于铝熔体中或钢材因为高流速而被侵蚀,模具表层将会逐渐被磨损

频繁的温度变动也会对工具与部件在金属铸造过程中造成压力:温度分布的变化以及不同的热膨胀系数都将导致热应力的产生。由热疲劳所引起的裂纹和变形能够引起部件的完全失效。

所以用于铝铸造的理想模具材料需要达到最高的机械,热物理,化学以及摩擦磨损要求。使用铬和钼等合金添加剂的传统热应钢却不能达到期望。那么还能做什么呢?无论何人想在节约成本同时提升铝铸造工艺的生产效率都应该为模具选择高品质材料,从而更好的避免磨损。

所需特性包括对金属熔体的化学耐性,高导热性和良好的高温稳定性。

用于铝铸造的攀时材料

钼和钨被称为难熔金属,即是熔点高于1700°C的金属。钼在2610°C开始融化而钨的融化温度甚至高达3407°C。它们的热膨胀系数都在较低的层次 – 大约是钢的三分之一。而在另一方面它们的热导性足足是1.2343 钢的5倍。

在360 GPa 至约 385 GPa的高弹性模量保证特别是在高温下材料能够保持足够的坚韧。钼与钨的机械特性取决于它们的冷加工水平,纯度以及再结晶水平。在室温条件的稳定性要低于锻炼热作钢。在650 °C材料的稳定性与热作钢相媲美。

用于铝铸造攀时材料的典型数值与热作钢相比较
TZMD2MD1851.2343 钢
腐蚀++++--
氧化400 ºC起 600 ºC起 600 ºC起微不足道
热导率 (500ºC) [W/m K]127659030
循环热应力耐性++++++--
耐冲击强度0-- ++
抗拉强度 Rm (RT*) [MPa] 7809908001200 - 1600
抗拉强度 Rm (500ºC) [MPa]500670600100 - 1400
屈服强度 Rp0.2 (RT*) [MPa]7307006001000 - 1400
屈服强度 Rp0.2 (500ºC) [MPa]490460420650 - 900
损坏延长率 A5 (RT*) [%]19181010 - 15
损坏延长率 A5 (500ºC) [%]15167
弹性模量 [GPa]320360385214
热膨胀系数 αth
(500ºC) [10-6 K-1]
5.55.65.213.0
硬度 [HRC]25最大 31最大 31>45

*RT = 室温

TZM: 钼加 0.5% 钛, 0.08% 锆, 0.01-0.04% 碳
D185: 97% 钨,剩余物: 镍和铁
D2M: 90% 钨,剩余物:镍、钼与铁

钼合金TZM

虽然TZM的物理特性与纯钼相近,但是少量的极细碳化物使得TZM比纯钼更加坚韧。该材料不但具有更高的再结晶温度抗蠕变性也得到了进一步加强

钨合金D2M与D185

纯钨极难加工,在低温下很脆。因此在模具制造中,钨只使用于复合材料中。结合铁、镍、铁、镍、钼,我们制造出Densimet®,这是一种包含具有嵌入式钨颗粒的粘结相。

铁、镍、钼使钨材料远比纯钨更容易加工。攀时Densimet®材料包含高达97%的钨。

攀时主要使用Densimet® 185 (D185)和Densimet® D2M来生产铝铸嵌入件。由于其较高的机械强度,我们的客户大多把D2M用于高压铸造应用。其特别好的热导率意味着D185主要用于重力和低压铸造的应用,以确保模具的最佳温度分布。我们很高兴为您提供建议,并为您找到合适的应用材料。

Densimet® WR:充分利用您的模具

 

如果你发现,在使用了攀时Densimet®模具材料很长一段时候后,出现了任何腐蚀或冲蚀区,这不是问题:使用攀时Densimet® WR焊接电极进行焊接,使您能够修复受影响的区域,并很大程度上延长模具的使用寿命。攀时供应不同长度与直径的Densimet®WR棒材,以满足您的确切需求。

快速散热:缩短周期

攀时钨基高比重合金Densimet®与钼合金TZM的热传导率比传统的钢高出四倍。受益于你:在关键位置,模具冷却速度明显快,您可以在更短的时间内进行更多的铸造周期。此外,由于快速散热,铝铸件的微观结构(枝晶臂间距)显着更精细。反过来这又有助于优化您产品的机械性能,比如通过增加它们的力量等。钼和钨的高导热率使得热迅速消散,从而保证了模具插入件表面和铸件核心之间的低温差。

导热性

给定相同的能量输入,我们模具镶件的表面温度明显低于钢。结合Densimet®高导热 性能, 这意味着,在铸造过程中模具的插入时无裂纹形成的危险。

表面温度

低热膨胀性

在铸造过程中由于铝熔体接触到较冷的模具表面,在材料中往往会行程热疲劳裂纹。这可能会导致模具中出现网络裂缝,尤其是在高压铸造时。Densimet®与TZM热膨胀系数低于钢的三分之一,从而避免了模具的热疲劳裂纹。

热膨胀系数

硬质表层

热作钢模具的表层硬度在经过一定数量的铸造运作后将会开始降低。而在采用难熔金属材料的情况下,所观察硬度却没有丝毫减少,虽然他们的起步强度较低。

表面硬度

由于传统热处理方式无法增强钼和钨的硬度,成品部件可被附加保护涂层。传统的PVD涂层如CRC或TiAl就能够胜任此项任务。另外我们也能提供自己的耐磨涂层;表层硬度的提升可超过1000 HV,而且不会对材料的耐蚀性有任何影响。感兴趣吗?请与我们联系!

耐腐蚀性较强

当高速注入铝时,传统模具插件与核心特别容易受到侵蚀。钼与钨不能溶于铝熔体。Densimet®与TZM 制造的模具镶件特别耐磨损侵蚀。因为我们的材料不与铝熔体起反应,所以没有金属残留粘附在模具插件上,例如当铸件被拆除时。攀时材料带给您的好处:我们的插件使用寿命更长,不必进行耗时的清洁操作,很快为下一步倾倒做好准备。

裂缝与腐蚀

与铸造缺陷说再见:欢迎钼与钨

如果铝熔体硬化不均匀,将往往导致诸如空洞或孔隙等铸造缺陷的生成。这类现象主要在壁厚度不一的部位发生。这可以通过定向散热来避免发生。钨和钼合金的散热性能是热作钢的四倍,以及对铝铸件的有效冷恰恰发生在需要材料快速硬化的部位。在许多情况下,这使得材料能够避免铸造缺陷生成,以及省去了复杂的附加冷却需求。

钼和钨合金的良好的导热性能也将加快您的工艺流程。明显提高的冷却潜力=缩短周期时间

打开后的模具热像。钢芯在D和E部位。

Source: TCG UNITECH AG
打开后的模具热像。TZM芯在D和E部位。

最佳建议

您可以依靠我们的经验来解决一切与钼和钨加工相关的问题。我们会很乐意按照您的图纸与限度为您提供攀时制造的的嵌入件。您希望自己完成?那么我们也可以为您提供一些与Densimet®与TZM材料加工相关的建议:

Densimet®加工方式与热作钢相似。但请注意查看我们在下面表格中的加工建议。同样钼材料也是可以加工好的。但请注意它们有一些在加工过程中需要考虑到的特性问题。请跟随我们的指导。对于钼加工,我们推荐森拉天时提供的具有正切削几何的硬质金属工具。

您可以通过电火花腐蚀来完成复杂的形态与打孔加工。在这一过程中由钼或钨合金来担当阳极,而工作电极则担当阴极。我们推荐攀时SPARKAL®电极作为用于电火花腐蚀的电极材料。Sparkal®腐蚀电极

TZM钼合金

铣用硬金属可转位切削插入件的切削几何值
倾角 γ ≥ + 10º
切角倾向 0 到 10º
硬金属种类 H 216 T / H 210 T
切削速度 [m/min] vc = 100 - 150
开进 / 齿 [mm] f = 0.03 - 0.10
冷却剂 乳化液
HSS 工具
切削速度 vc = 20 - 25 m/min
倾角 γ ≥ + 10º
冷却剂 乳化液
工具 CERATIZIT Maxilock-S 带 Code-27 与 -25, 硬金属种类 H 216 T / H 210 T
切削速度 [m/min] vc = 100 - 140
开进 [mm/U] f = 0.05 - 0.35 (取决于拐角的半径)
切削深度 [mm] ap = 0.3 - 0.6 (取决于插入件的型号)
冷却剂乳化液
直径达18mm的钻孔,、钻头
钻头 HSS (尽可能带有内部冷却管)
切削速度 [m/min] vc = 10 - 15
开进 [mm/U] f = 0.05 - 0.10
冷却剂乳化液
螺纹切削
插入件 硬金属种类 H 10 T / H 20 T
切削速度 [m/min] vc = 300 用乳化液充分冷却
横进 ap = 0.002mm / pass

氧化:在空气或任何含氧气层内温度达到400°C之前,钼的氧化是微不足道的。在温度高于600°C时严重氧化或者升华将会发生。

Densimet® 钨合金

使用森拉天时的铣削刀具系统Maximil和Helimax以正切角采用以下几何值:
倾角、切削角倾向、硬金属种类 0º 到 + 10º 0º 到 + 5º H 216 T / H 210 T
VHM端铣微粒K10未涂层 DIN 2535 HB
切削速度 [m/min] vc = 70 - 150
开进 / 齿 [mm] fz = 0.03 - 0.15
冷却剂
硬金属种类 微粒 K10 未涂层
钻头直径 < 18mm
钻头 HSS 或硬金属螺旋钻
切削速度 [m/min] 硬金属: 30 HSS: ≥ 8 - 15
钻头直径 ≥ 18mm
钻头短孔钻
切削速度 [m/min] 硬金属: 70 - 160
可转位插件 WCGT 等级 U 17 T
切削速度 [m/min] vc = 70 - 100
开进 [mm] f = 0.03 - 0.10
冷却剂 乳化液
螺纹切削
工具 氮化不锈钢螺纹铣刀,直槽的拉伸强度为1400 N/mm2
冷却剂 切削油

氧化:Densimet® 合金到600 °C时开始轻微氧化。然而,已铸造业的经验来看,这并没有任何问题。当模具打开时,它的温度达到 400 °C与500 °C之间,常用涂料会提供额外的保护。当模具被填充满,熔体排出空气,从而防止氧化。暴露在熔体与氧气中的组件,例如热电偶套管,一般都需要防氧化保护。

 TZM
T [ºC] ρ[g/cm3] cp[kJ/kg K] λ[W/m K] α[ • 10-6 1/K] E[GPa] Rm [MPa]* Rp0.2[MPa]* A5 [%]*
2010.200.2561485.3233978973819
20010.190.2661375.3832870255416
50010.180.2811275.5330950249315
80010.150.2961215.7328944544015
100010.140.3061195.8827438637419
150010.100.3301146.3023115014040

*直径25mm、消除应力退火的TZM棒材,拉伸试验数据

D2M
T[°C] ρ[g/cm3] cp[kJ/kg K] λ[W/m K] α[ • 10-6 1/K] E[GPa] Rm[MPa] Rp0.2[MPa] A5[%]
2017.30.149655.336099067018
20017.20.156665.535089060017
50017.10.160685.633370046016
80017.00.163695.732049033014
D185
T[°C]ρ[g/cm3] cp[kJ/kg K]λ[W/m K]α[ • 10-6 1/K] E[GPa] Rm[MPa] Rp0.2[MPa] A5[%]
2018.50.145905.038580060010
20018.40.149915.13657205209
50018.30.154925.23506004207
80018.20.158935.33404803205
钢 1.2343
T[°C] ρ [kg/cm3] cp[kJ/kg K] λ[W/m K] E[GPa] α[ • 10-6 1/K] Rp0.2[MPa] Rm[MPa]
2077400.46125.0217.68.713001500
10077200.49626.0212.911.512501450
30076700.56828.9198.212.211001300
50076000.55029.5178.912.9750950
70075400.61029.2158.213.2400550

完美合金:三种途径,一个目标

高温渗滤, 液相烧结和背铸法均用于制造具有优异特性的高性能复合材料。在复合材料的开发过程中,我们的能力中心—攀时复合材料—将密度、耐腐蚀性、热导率、热膨胀性、耐高温性和机械稳定性等各种材料特性完美结合在一起,制造出最佳性能的复合材料。

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