Einsätze aus Densimet® und TZM.
Für den perfekten Aluminiumguss.

Beim Aluminiumgießen wird die Metallschmelze in eine Form gegossen oder hineingepresst. So entstehen beispielsweise Zylinderköpfe oder Felgen sowie viele andere Gussteile aus Aluminium. Dabei muss die Gussform immer wieder der über 600 °C heißen Metallschmelze standhalten: für Einsätze aus unserer Wolfram-Schwermetalllegierung Densimet® und der Molybdänlegierung TZM kein Problem.

Ihre Vorteile:

  • kürzere Zykluszeiten
  • beste Oberflächenqualität Ihrer Produkte
  • lange Lebensdauer der Gussform
  • keine Risse im Gusseinsatz

Wir liefern Gusseinsätze, Inserts, Angussringe, Kühleinsätze und weitere Einzelteile sowie Halbzeug für Ihre Gussform exakt nach Ihren Vorgaben.

Gusseinsatz für eine Brennkammer
Filtereinsatz aus Wolfram
Gusseinsatz aus Wolfram

Risse und Korrosion.
Warum es herkömmliche Gussformen schwer haben.

Wenn flüssiges Aluminium über die Oberfläche der Form strömt, ist die Stahlgussform von Korrosion, Erosion und Ankleben des Alumiums an der Oberfläche betroffen. Löst sich das eisenhaltige Material in der Aluminiumschmelze oder wird der Stahl durch eine hohe Strömungs- geschwindigkeit von Aluminium abgetragen, verschleißt die Formoberfläche zunehmend.

Auch häufige Temperaturwechsel machen Werkzeugen und Bauteilen beim Vergießen von Metallschmelzen zu schaffen: Unterschiedliche Temperaturverteilungen und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten führen zu Wärmespannungen. Risse und Verformungen als Folge thermischer Ermüdung können zum völligen Ausfall des Bauteils führen.

Der ideale Werkstoff für Aluminium-Gussformen erfüllt also höchste mechanische, thermophysikalische, chemische und tribologische Anforderungen. Herkömmliche Warmarbeitstähle, mit Legierungszusätzen wie Chrom und Molybdän, erfüllen die Erwartungen nicht. Was tun? Wer Geld sparen und die Produktivität beim Aluminiumguss steigern will, sollte gerade bei hochbeanspruchten Gussformen auf hochwertige Werkstoffe setzen.

Gesucht sind: Chemische Beständigkeit gegen Metallschmelzen, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute Warmfestigkeit.

Unsere Werkstoffe für den Aluminiumguss.

Molybdän und Wolfram gehören zu den sogenannten Refraktärmetallen - es sind also Metalle mit einem Schmelzpunkt von über 1700 °C. Molybdän schmilzt bei 2610 °C und Wolfram sogar erst bei 3407 °C. Beiden gemeinsam ist ein geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient, der etwa ein Drittel von Stahl beträgt. Hingegen übersteigt ihre Wärmeleitfähigkeit die eines 1.2343 Stahls um das etwa 4-fache.

Der hohe Elastizitätsmodul von 360 GPa bis ca. 385 GPa stellt eine ausreichend hohe Steifigkeit gerade bei hohen Temperaturen sicher. Die mechanischen Eigenschaften von Molybdän und Wolfram hängen vom Verformungsgrad, der Reinheit und ihrem Rekristallisationsgrad ab. Die Festigkeit bei Raumtemperatur liegt unter derjenigen vergüteter Warmarbeitsstähle. Bei 650 °C ist die Festigkeit vergleichbar mit der von Warmarbeitsstahl.

Typische Werte unserer Werkstoffe für den Aluminiumguss im
Vergleich mit Warmarbeitsstahl
TZMD2MD1851.2343 Stahl
Korrosion++++--
Oxidationab 400 °C ab 600 °C ab 600 °Cunerheblich
Wärmeleitfähigkeit (500ºC) [W/m K]127659030
Temperaturwechselbeständigkeit++++++--
Kerbschlagzähigkeit0-- ++
Zugfestigkeit Rm (RT*) [MPa] 7809908001200 - 1600
Zugfestigkeit Rm (500ºC) [MPa]500670600100 - 1400
Dehngrenze Rp0.2 (RT*) [MPa]7307006001000 - 1400
Dehngrenze Rp0.2 (500ºC) [MPa]490460420650 - 900
Bruchdehnung A5 (RT*) [%]19181010 - 15
Bruchdehnung A5 (500ºC) [%]15167
E-Modul [GPa]320360385214
Thermischer Ausdehnungskoeffizient αth
(500ºC) [10-6 K-1]
5.55.65.213.0
Härte [HRC]25max. 31max. 31>45

*RT = Raumtemperatur

TZM: Molybdän mit 0,5 % Titan, 0,08 % Zirkon, 0,01-0,04 % Kohlenstoff
D185: 97% Wolfram, Rest: Nickel und Eisen
D2M: 90% Wolfram, Rest: Nickel, Molybdän und Eisen

Molybdänlegierung TZM.

Die physikalischen Eigenschaften von TZM unterscheiden sich kaum von reinem Moybdän. Doch mit geringen Mengen kleiner, feinster Karbide ist TZM im Vergleich zu reinem Molybdän fester und hat eine höhere Rekristallisationstemperatur sowie eine höhere Kriechfestigkeit.

Wolframlegierungen D2M und D185.

Reines Wolfram ist sehr schwierig zu bearbeiten und bei niedrigen Temperaturen ausgesprochen spröde. Wolfram wird im Formenbau deshalb nur als Verbundwerkstoff verwendet. Mit Eisen und Nickel bzw. Eisen, Nickel und Molybdän entsteht Densimet® - unser zweiphasiger Werkstoff, der aus einer Binderphase und darin eingelagerten Wolframpartikeln besteht.

Eisen, Nickel und Molybdän machen Wolfram wesentlich besser mechanisch bearbeitbar als das reine Wolfram. Der Wolframanteil in unseren Densimet®-Werkstoffen beträgt bis zu 97 %.

Einsätze für den Aluminiumguss fertigen wir vorwiegend aus Densimet® 185 (D185) und Densimet® D2M. Aufgrund der höheren mechanischen Festigkeit setzen unsere Kunden D2M meist im Hochdruckguss ein. Wegen seiner besonders hohen Wärmeleitfähigkeit wird D185 vor allem im Schwerkraft- und Niederdruckguss zur optimalen Temperaturverteilung in der Gussform verwendet. Wir beraten Sie gerne und finden das passende Material.

Das Maximum herausholen. Mit Densimet® WR.

Sollten Sie nach langem Einsatz unserer Densimet® Gussformen Erosionen oder Auswaschungen am Material entdecken, kein Problem: Mit unseren Densimet® WR Schweißelektroden können Sie die betroffenen Flächen durch Auftragsschweißen wieder instandsetzen und die Gussform für viele weitere Zyklen verwenden. Stäbe aus Densimet® WR liefern wir in unterschiedlichen Längen und Durchmessern - ganz nach Ihrem Wunsch.

Schnelle Wärmeabfuhr. Kurze Zykluszeiten.

Die Wärmeleitfähigkeit unserer Wolfram-Schwermetalllegierung Densimet® und der Molybdänlegierung TZM ist bis zu vier Mal höher als jene von herkömmlichem Stahl. Ihr Vorteil: Die Gussform kühlt an den entscheidenden Stellen wesentlich schneller ab und Sie schaffenmehr Gusszyklen in kürzerer Zeit. Zudem ist durch die schnelle Wärmeabfuhr die Mikrostruktur (Dendriten-Arm-Abstand) der Aluminium-Gussstücke wesentlich feiner. Das führt zu optimierten mechanischen Eigenschaften Ihrer Produkte wie etwa einer erhöhten Festigkeit. Die hohe thermische Leitfähigkeit von Molybdän und Wolfram bewirkt eine schnelle Wärmeabfuhr und sorgt somit für einen geringen Temperaturunterschied zwischen der Gusseinsatzoberfläche und dem Kern des Gussteils.

Wärmeleitfähigkeit

Die Oberflächentemperatur unserer Gusseinsätze ist bei gleichem Energieeintrag wesentlich geringer als jene von Stahl: In Kombination mit der hohen Wärmeleitfähigkeit von Densimet® besteht deshalb keine Gefahr, dass beim Gießprozess Risse im Gusseinsatz entstehen.

Oberflächentemperatur

Geringe thermische Ausdehnung.

Da im Gießverfahren die Aluminiumschmelze auf die kältere Oberfläche des Gusseinsatzes trifft, kommt es aufgrund einer hohen thermischen Ausdehnung häufig zu Brandrissen im Material. Besonders im Hochdruckguss können an der Gussform Rissnetzwerke entstehen. Derthermische Ausdehnungskoeffizient von Densimet® und TZM ist im Vergleich zu Stahl um ein Drittel geringer und vermeidet Brandrissigkeit in der Gussform.Ihr Vorteil: Die gefertigten Gussstücke haben eine optimale Oberflächengüte. Sie profitieren von weniger Ausschuss und haben weniger Instandsetzungsaufwand.

Wärmeausdehnungskoeffizient

Harte Oberfläche.

Nach einer gewissen Zahl von Abgüssen verringert sich die Oberflächenhärte von Gussformen aus Warmarbeitsstahl. Ausgehend von einem geringeren Festigkeitsniveau beobachtet man bei den Refraktärmetallen hingegen keinen Härteabfall.

Oberflächenhärte

Da eine klassische Härtung von Molybdän und Wolfram durch Wärmebehandlungen nicht möglich ist, kann auf das endbearbeitete Bauteil eine Schutzschicht aufgetragen werden. Es eignen sich dazu herkömmliche PVD-Schichten wie CrC oder TiAl. Wir bieten daneben eine eigene verschleißfeste Schicht an, die die Oberflächenhärte auf über 1000 HV erhöht ohne die Korrosionsbeständigkeit des Materials zu beeinflussen. Interessiert? Sprechen Sie mit uns!

Hohe Korrosionsbeständigkeit.

Besonders wenn Aluminium mit hohen Geschwindigkeiten eingespritzt wird, können herkömmliche Gusseinsätze und Kerne leicht erodieren. Molybdän und Wolfram lösen sich in Aluminiumschmelze nicht. Gusseinsätze aus Densimet® und TZM sind besonders erosions- und korrosionsbeständig. Da unser Werkstoff nicht mit der Aluminiumschmelze reagiert, bleiben etwa beim Herauslösen der Gusskörper keine Metallreste auf dem Formeinsatz kleben. Ihr Vorteil: Die Einsätze sind länger verwendbar, müssen nicht aufwendig gereinigt werden und sind schnell für den nächsten Guss bereit.

Korrisionsbeständigkeit

Bye, bye Gussfehler. Hallo Molybdän und Wolfram.

Wenn die Aluminium-Schmelze unregelmäßig erstarrt, enstehen nicht selten Gussfehler wie Lunker und Poren. Vor allem in Bereichen unterschiedlicher Wandstärken. Eine gezielte Wärmeabfuhr kann das vermeiden. Wolfram- und Molybdänlegierung leiten Wärme vier Mal so gut ab wie Warmarbeitsstahl und kühlen das Aluminium-Gussteil genau dort, wo das Material schneller erstarren soll. So können Sie in vielen Fällen Gussfehler vermeiden und auf eine aufwendige Zusatzkühlung verzichten.

Die gute Wärmeleitfähigkeit von Molybdän- und Wolframlegierungen macht Ihren Prozess auch schneller. Deutlich höheres Kühlpotenzial = schnellere Taktzeit.

Wärmebild einer Gussform nach dem Öffnen. Stahlkerne an Position D und E.

Quelle: TCG UNITECH AG
Wärmebild einer Gussform nach dem Öffnen. TZM-Kerne an Position D und E.

Mit besten Empfehlungen.

Setzen Sie auf unsere Erfahrung, wenn es um das Bearbeiten von Molybdän und Wolfram geht. Wir liefern Ihnen unsere Einsätze gerne nach Ihren Zeichnungsvorgaben und Toleranzen. Sie möchten es dennoch lieber selbst machen? Dann geben wir Ihnen einige Empfehlungen zur Bearbeitung von Densimet® und TZM:

Die spanabhebende Bearbeitung von Densimet® ist ähnlich wie die Bearbeitung von Warmarbeitsstahl. Beachten Sie aber bitte unsere Bearbeitungsempfehlungen in den untenstehenden Tabellen. Auch Molybdänwerkstoffe sind gut bearbeitbar. Sie haben jedoch gewisse Eigenschaften, die Sie bei ihrer Bearbeitung berücksichtigen sollten. Bitte beachten Sie unsere Hinweise. Wir empfehlen Ihnen für die Bearbeitung von Molybdän Hartmetallwerkzeug von Ceratizit mit positiver Schneidegeometrie.

Komplizierte Formen und Durchbrüche können Sie mit Hilfe der Funkenerosion herstellen. Die Molybdän oder Wolframlegierung ist dabei die Anode, während die Arbeitselektrode als Kathode fungiert. Als Elektrodenmaterial zum Erodieren empfehlen wir Ihnen unsere Sparkal®-Elektroden.

TZM Molybdänlegierung.

Fräsen mit Hartmetall-Wendeschneidplatten folgender Schneidengeometrie
Spanwinkel γ ≥ + 10º
Neiungswinkel 0 bis 10º
HM-Sorten H 216 T / H 210 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 100 - 150
Vorschub / Zahn [nm] f = 0.03 - 0.10
Kühlung Emulsion
HSS - Tools
Schnittgeschwindigkeit vc = 20 - 25 m/min
Spanwinkel γ ≥ + 10º
Kühlung Emulsion
Drehen
Werkzeuge Ceratizit Maxilock-S mit Code-27 und -25, HM-Sorten H 216 T / H 210 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 100 - 140
Vorschub [mm/U] f = 0.05 - 0.35 (je nach Eckenradius)
Spanntiefe [mm] ap = 0.3 - 0.6 (je nach Plattentyp)
KühlungEmulsion
Bohren - Bohrerdurchmesser bis 18mm
Bohrer HSS (möglichst mit innerem Kühlmittelkanal)
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 10 - 15
Vorschub [mm/U] f = 0.05 - 0.10
KühlungEmulsion
Gewindedrehen
Platten in HM-Sorten H 10 T / H 20 T
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 300 volle Kühlung mit Emulsion
Zustellung ap = 0.002mm / Durchgang

Oxidation: An der Luft oder in sauerstoffhaltigen Atmosphären ist die Oxidation von Molybdän bis 400 °C nicht nennenswert; bei Temperaturen über 600 °C setzt eine starke Oxidation bzw. Sublimation ein.

Densimet® Wolframlegierungen

Fräsen
Verwenden Sie die Ceratizit-Fräswerkzeugsysteme Maximill und VHM Schaftfräser mit positiven Schneidkanten folgender Geometrie:
Spanwinkel Neigungswinkel
HM - Sorten
0º bis + 10º
0º bis + 5º
H 216 T / H 210 T / AMZ
VHM - Schaftfräser Feinstkorn K10 unbeschichtet. DIN 2535 HB
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 70 - 150
Vorschub / Zahn [mm] fz = 0.03 - 0.15
Kühlungtrocken
Bohren
Hartmetallsorten Feinstkorn K10 unbeschichtet
Bohrdurchmesser < 18mm
Bohrer HSS oder Ceratizit VHM Spiralbohrer
Schnittgeschwindigkeit [m/min] HM: 30
HSS: ≥ 8 - 15
Bohrdurchmesser ≥ 18mm
BohrerKurzlochbohrer
Schnittgeschwindigkeit [m/min] HM: 70 - 160
Wendeplatten WCGT Sorte CTWN415
Schnittgeschwindigkeit [m/min] vc = 70 - 100
Vorschub [mm] f = 0.03 - 0.10
Kühlung Emulsion
Gewindebohren
Werkzeuge VA nitrierte Gewindebohrer gerade genutet mit einer Zugfestigkeit von 1400 N/mm2
Kühlung Schneideöl

Oxidation: Densimet®-Wolframlegierungen beginnen ab 600 °C leicht zu oxidieren. Erfahrungsgemäß treten beim Formenguss aber keine Probleme mit Oxidation auf. Die Temperatur der Gießform beim Entformen liegt zwischen 400 °C und 500 °C und die üblicherweise verwendeten Schichten bieten einen zusätzlichen Schutz. Beim Füllen der Form verdrängt die einströmenden Schmelze die Atmosphäre und verhindert Oxidation. Bauteile wie Thermoelementschutzrohre, die gleichzeitig einer Schmelze und sauerstoffhaltigen Atmosphären ausgesetzt sind, müssen in der Regel vor Oxidation geschützt werden.

 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

*TZM-Stab ∅ 25mm spannungsarm geglüht, Daten aus Zugversuch

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
Stahl 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

Drei Wege. Ein Ziel: Die perfekte Legierung.

Durch Hochtemperaturinfiltrieren, Flüssigphasensintern und Hintergießen entstehen hochleistungs-fähige Verbundwerkstoffe mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Unser Kompetenzzentrum Plansee Composite Materials entwickelt Verbundwerkstoffe und kombiniert so unterschiedliche Materialeigenschaften wie Dichte, Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung, Temperaturfestigkeit oder mechanische Festigkeit.

In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden verwirklichen wir Ideen, unter anderem in der Gießereiindustrie, der Medizintechnik und der Automobilindustrie. Sprechen auch Sie mit uns!

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