Inserts Denimet®.
Pour un coulage d'aluminium parfait.

Au cours du procédé de coulage d'aluminium, le métal en fusion est coulé ou pressé dans le moule. Ce procédé est utilisé, par exemple, dans la fabrication de culasses, jantes de roues ou beaucoup d'autres coulages d'aluminium. Ici, l'insert de moule doit pouvoir supporter à plusieurs reprises le métal en fusion à une température supérieure à 600 °C: pour les inserts faits avec notre alliage tungstène-métal lourd Densimet®, cela ne pose aucun problème.

Vos avantages :

  • Temps de cycle plus courts
  • Une qualité de surface idéale pour vos produits
  • Une plus longue durée de vie du moule
  • Aucune fissure dans l'insert de moule

Nous fournissons surdes inserts de moule, des buses d'injection, des inserts de refroidissement et d'autres pièces individuelles sur mesure, ainsi que des produits semi-finis pour votre moule.

Insert de fonderie pour chambre de combustion
Insert de filtre en tungstène
Insert de moule en tungstène

Fissures et corrosion.
Pourquoi les moules traditionnels ont leurs limites.

 

Les moules en acier sont sensibles à la corrosion, à l'érosion et à l'adhérence de l'aluminium à la surface lorsque l'aluminium en fusion déborde de la surface du moule. Si le matériau ferrifère se dissout dans l'aluminium en fusion ou si l'acier est érodé par de nombreux flux en fusion, la surface du moule est progressivement usée.

Les cycles de température fréquents mettent également outils et composants à rude épreuve lors du coulage des métaux : les variations dans la répartition de la température et les différents coefficients de dilatation thermique entraînent des contraintes thermiques. Des fissures et des déformations liées à la fatigue thermique peuvent causer des défaillances du composant.

Le matériau idéal pour les moules utilisés dans le cadre du coulage d'aluminium doit par conséquent répondre aux exigences les plus strictes sur les plans mécanique, thermophysique, chimique et tribologique. Les aciers trempés travaillés à chaud conventionnels faisant appel à des additifs d'alliage comme le chrome et le molybdène ne satisfont pas à ces attentes. Que faire ? Tout responsable désireux d'économiser de l'argent tout en renforçant la productivité du procédé de coulage d'aluminium doit utiliser des matériaux d'une qualité irréprochable pour les moules afin d'éviter toute complication liée à l'usure et aux défaillances.

Les propriétés requises sont les suivantes : résistance chimique à l'égard des fusions de métaux, excellente conductivité thermique et bonne stabilité face aux températures élevées.

Nos matériaux pour le moulage d'aluminium.

Le molybdène et le tungstène sont reconnus en tant que métaux réfractaires, à savoir les métaux ayant un point de fusion supérieur à 1700 °C. Le molybdène fond à 2610 °C et le tungstène ne fond qu'à 3407 °C. Ils ont tous les deux un faible coefficient de dilatation thermique d'environ un tiers de celui de l'acier. D'autre part, leur conductivité thermique est environ quatre fois plus grande que celle de l'acier 1.2343.

Le haut module d'élasticité de 360 GPa à environ 385 GPa assure amplement le rigidité à hautes températures. Les propriétés mécaniques du molybdène et du tungstène dépendent de leur niveau de travail à froid, de leur pureté et du degré de recristallisation. La stabilité à température ambiante est inférieure à celle des aciers trempés travaillés à chaud. A 650 °C, la stabilité est comprable à celle d'un acier travaillé à chaud.

Valeurs typiques de nos matériaux pour le moulage d'aluminium comparés à l'acier à chaud
TZMD2MD185Acier 1.2343
Corrosion++++--
Oxydationà partir de 400 ºC à partir de 600 ºC à partir de 600 ºCnégligeable
Conductivité thermique (500ºC) [W/m K]127659030
Résistance aux cycles de contraintes thermiques++++++--
Résilience0-- ++
Résistance à la traction Rm (RT*) [MPa] 7809908001200 - 1600
Résistance à la traction Rm (à 500ºC) [MPa]500670600100 - 1400
Limite d'élasticité Rp0.2 (RT*) [MPa]7307006001000 - 1400
Limite d'élasticité Rp0.2 (à 500ºC) [MPa]490460420650 - 900
Allongement à la rupture A5 (RT*) [%]19181010 - 15
Allongement à la rupture A5 (à 500ºC) [%]15167
Module d'élasticité [GPa]320360385214
Coefficient de dilatation thermique αth (à 500ºC) [10-6 K-1]5,55.65.213.0
Dureté [HRC]25max. 31max. 31>45

*RT = température ambiante

TZM : molybdène avec 0,5 % de titane, 0,08 % de zirconium, 0,01-0,04 % de carbone
D185 : 97 % de tungstène, traces de nickel et de fer
D2M : 90 % de tungstène, traces de nickel, de molybdène et de fer

Alliage de molybdène TZM.

Les propriétés physiques du TZM diférent très peu de celles du molybdène pur. Mais de petites quantités ajoutées de carbures extrêmement fines font que le TZM est plus résistant que le molybdène pur et donnent une température de recristallisation plus haute et une plus grande résistance au fluage.

L'embarras du choix.

Le tungstène pur est extrêmement difficile à usiner et très cassant à basses températures. Dans la fabrication de moules, le tungstène est donc uniquement utilisé dans les matériaux composites. En combinaison avec le fer et le nickel, le fer ou le nickel nous obtenons du Densimet®, qui est notre matériau à deux phases incluant une phase liante avec des particules de tungstène imbriquées.

Le fer, le nickel et le molybdène rendent le matériau tungstène beaucoup plus facile à usiner que le tungstène pur. Nos matériaux en Densimet® contiennent jusqu'à 97% de tungstène.

Nous fabriquons principalement nos inserts pour le moulage d'aluminium à partir de Densimet® 185 (D185) et de Densimet® D2M. De part sa grande résistance mécanique, nos clients utilisent le plus souvent: Le D2M pour les applications de moulage à haute pression.<Sa bonne conductivité thermique particulière font que le D185 est principalement utilisé dans les applications de moulage par gravité et en basse pression. Afin de s'assurer d'une bonne répartition de la température dans le moule, nous serions ravis de vous conseiller et d'identifier le matériau adéquate pour votre application.

Tirez-en le maximum. Avec le WR Densimet®.

 

Vos moules présent des zones usées ou altérées ? Les soudures en WR Densimet® vous permettent de recharger les zones usées et de prolonger la durée de vie de votre moule pour de nombreux cycles encore. Nous fournissons des barres en WR Densimet® de diverses longueurs et diamètres pour répondre précisément à vos besoins.

Dissipation plus rapide de la chaleur.

La conductivité thermique de notre alliage tungstène-métal lourd Densimet® est jusqu'à cinq fois supérieure à celle de l'acier ordinaire. Votre avantage : le moule refroidit bien plus rapidement et vous pouvez effectuer davantage de cycles de coulage en un temps réduit. De plus, grâce à la dissipation rapide de la chaleur, la microstructure (espacement des bras dendritiques) des coulages d'aluminium est nettement plus fine. Ceci contribue à l'optimisation des propriétés mécaniques de vos produits, par exemple, en améliorant leur solidité. La haute conductivité thermique du molybdène et du tungstène permettent à la chaleur d'être dissipée rapidement, assurant ainsi une différence faible de température entre la surface et le centre du moule. La haute conductivité thermique du molybdène et du tungstène permettent à la chaleur d'être dissipée rapidement, assurant ainsi une différence faible de température entre la surface et le centre du moule.

Conductibilité thermique

Compte tenu du même niveau d'entrée d'énergie, la température de surface des inserts de moule est significativement plus basse à celle de l'acier. En combinaison avec la haute conductivité thermique du Densimet®, cela implique qu'il n'y a pas de risques de formation de fissures pendant le procédé de coulée.

Température de surface

Faible dilatation thermique.

Parce que l'aluminium fondu rentre en contact avec la surface plus froide de l'insert du moule pendant la coulée; des fissures dues à la fatigue thermique se forment souvent dans le matériau. Cela peut engendrer une fissuration dans le moule, en particulier pendant la coulée sous haute pression. Le coefficient de dilatation thermique du Densimet® et du TZM est un tiers plus faible que celui de l'acier et permet d'éviter les fissures de fatigue thermique dans le moule.

Coefficient de dilatation thermique

Dureté de surface.

La dureté en surface des moules en acier travaillant à chaud commence à diminuer après un certain nombre d'opérations de coulée. Dans le cas des métaux réfractaires, on n'observe pas de diminution de la dureté.

Dureté de surface

Parce qu'il n'est pas possible d'augmenter la dureté du molybdène et du tungstène avec des méthodes traditionnelles de traitement thermique, un revêtement de protection peut être appliqué sur le composant fini. Le revêtement classique par PVD tels que le CrC ou le TiAl sont adaptés pour ce besoin. Nous proposons aussi notre propre revêtement résistant à l'usure qui accroît la dureté jusqu'à 1000 HV sans pour autant avoir un impact sur la résistance à la corrosion du matériau. Intéressé ? Contactez-nous !

Haute résistance à la corrosion.

Les inserts de moule et noyaux traditionnels de fonderie sont particulièrement sujets à l'érosion quand l'aluminium est injecté à grande vitesse. Le molybdène et le tungstène ne se dissolvent pas dans l'aluminium en fusion. Les inserts de moule réalisés en Densimet® et TZM s'avèrent extrêmement résistants à l'érosion et à la corrosion. Parce que notre matériau ne réagit pas avec l'aluminium en fusion, aucun résidu métallique n'adhère à l'insert du moule, par exemple lors du retrait des coulages. Votre avantage : les inserts peuvent être utilisés plus longtemps, ne requièrent pas de nettoyages chronophages et sont immédiatement prêts pour le prochain coulage.

résistance à la corrosion

Terminés les défauts de coulage : voici le molybdène et le tungstène.

Si l'aluminium en fusion ne se solidifie pas de manière uniformisée, cela est souvent dû à des défauts de coulage tels que des cavités et de la porosité. Ce genre de défaut se produit principalement dans les zones où l'épaisseur de la paroi est variable. Ces complications peuvent être évitées à l'aide d'une dissipation de la chaleur ciblée. Les alliages de tungstène et de molybdène dissipent la chaleur quatre fois plus efficacement que l'acier trempé travaillé à chaud et refroidissent l'aluminium en fusion précisément aux endroits où le matériau est censé se solidifier plus rapidement. Souvent, cela permet d'éviter les défauts de coulage et évite d'avoir à recourir à un refroidissement supplémentaire complexe.

Par ailleurs, les bonnes propriétés de conductivité thermique des alliages de molybdène et de tungstène accélèrent vos procédés. Un potentiel de refroidissement nettement plus élevé = cycles plus courts.

Image thermique d'un moule après ouverture. Noyaux en acier aux positions D et E.

Source : TCG UNITECH AG
Image thermique d'un moule après ouverture. Noyaux en TZM aux positions D et E.

Les meilleures recommandations.

Reposez-vous sur notre expérience dans l'usinage du molybdène et du tungstène. Nous serions heureux de vous proposer nos inserts fabriqués en conformité avec vos propres schémas et tolérances. Mais peut-être préférez-vous le faire vous-mêmes ? Dans ce cas, voici nos recommandations pour l'usinage du Densimet® et du TZM :

Le Densimet® est usiné à l'identique de l'acier trempé travaillé à chaud. Veuillez toutefois prendre en considération nos recommandations pour l'usinage dans les tableaux ci-dessous. Le molybdène peut lui aussi être usiné. Il présente cependant certaines propriétés qui doivent être prises en compte lors de l'usinage. Veuillez vous conformer à nos instructions. Pour l'usinage du molybdène, nous vous recommandons d'utiliser des outils en métal dur avec une géométrie de coupe positive de Ceratizit.

L'électro-érosion vous permet de réaliser des formes et perforations complexes. Dans ce procédé, l'alliage de molybdène ou de tungstène agit comme une anode et l'électrode de travail comme une cathode. Nous vous recommandons nos électrodes Sparkal® pour l'électro-érosion. <a href="fr/produits/composants/outils-dusinage-et-de-mise-en-forme/electrodes-derosion.html" title="Sparkal® Électrodes">Électrodes Sparkal®.

Alliages de molybdène Densimet®.

Fraisage à l'aide de plaquettes de coupe amovibles avec la géométrie de coupe suivante
Angle de coupe γ ≥ + 10º
Dépouille 0 - 10º
Qualité du métal H 216 T / H 210 T
Vitesse de coupe [m/min] vc = 100 - 150
Avance par dent [mm] f = 0.03 - 0.10
Refroidissement Émulsion
Outils en acier ARS
Vitesse de coupe vc = 20 - 25 m/min
Angle de coupe γ ≥ + 10º
Refroidissement Émulsion
Tournage
Outils CERATIZIT Maxilock S avec code -27 et -25, qualité du métal H 216 T / H 210 T
Vitesse de coupe [m/min] vc = 100 - 140
Avance [mm/U] f = 0,05 - 0,35 (en fonction du rayon d'angle)
Profondeur de coupe [mm] ap = 0,3 - 0,6 (en fonction du type d'insert)
RefroidissementÉmulsion
Perçage, diamètre de perçage jusqu'à 18 mm
Foret ARS (de préférence avec conduit de refroidissement intere)
Vitesse de coupe [m/min] vc = 10 - 15
Avance [mm/U] f = 0.05 - 0.10
RefroidissementÉmulsion
Filetage
Inserts Qualité du métal H 10 T / H 20 T
Vitesse de coupe [m/min] vc = 300 (refroidissement total avec émulsion)
Alimentation ap = 0.002mm / pass

Oxydation : dans l'air ou toute atmosphère contenant de l'oxygène à des températures atteignant les 400 °C, l'oxydation du molybdène est minime. Au-delà de 600 °C, une forte oxydation ou sublimation a lieu.

Alliages de tungstène Densimet®.

Fraisage
Utilisez les systèmes de fraisage Maximil et Helimax de CERATIZIT avec la géométrie suivante:
Angle de coupe
Dépouille
Qualité du métal
0º à + 10º
0º à + 5º
H 216 T / H 210 T / AMZ
Outil de fraisage de finition K10 non revêtu-VHM DIN 2535 HB
Vitesse de coupe [m/min] vc = 70 - 150
Avance par dent [mm] fz = 0.03 - 0.15
Refroidissementsec
Perçage
Qualité du métal finition K10 non revêtu
Diamètre de perçage < 18mm
Foret HSS ou foret monobloc helicoïdal en carbure
Vitesse de coupe [m/min] Carbure: 30
Acier rapide HSS: ≥ 8 - 15
Diamètre de perçage ≥ 18mm
ForetBroche courte
Vitesse de coupe [m/min] Carbure: 70 - 160
Foret à plaquettes WCGT Sorte CTWN415
Vitesse de coupe [m/min] vc = 70 - 100
Avance [mm] f = 0.03 - 0.10
Refroidissement Émulsion
Filetage
Outils Coupe-fil en acier inoxydable nitruré à goujure droite avec une résistance à la traction de 1 400 N/mm²
Refroidissement Liquide de coupe

Oxydation: Les alliages de tungstène en Densimet® commencent légèrement à s'oxyder dès 600 °C. Cependant, l'expérience dans l'industrie du moulage montre qu'aucun problème n'apparaît. La température du moule lorsqu'il est ouvert se situe entre 400 °C et 500 °C et des revêtements couramment utilisés offrent une protection supplémentaire. Lorsque le moule est rempli, le liquide fondu chasse l'air, empêchant l'oxydation. Les composants tels que les thermogéométriques qui sont simultanément exposés au liquide fondu et à l'air contenant de l'oxygène auront généralement besoin d'être protégé contre l'oxydation.

 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 rod ∅ Barre 25 mm de diamètre recuit de détente, données de tests de traction

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
Acier 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

Trois filières, un seul objectif: l'alliage parfait.

L'infiltration haute-température, le frittage solide-liquide et le surmoulage sont tous utilisés pour produire des matériaux composites dotés de propriétés remarquables. Notre centre de compétence – Plansee Matériaux Composites – combine, pendant le développement de ses composites, des propriétés de matériaux aussi diverses que la densité, la résistance à la corrosion, la conductivité et la dilatation thermique, la résistance aux hautes températures et la stabilité mécanique.

Nous travaillons en étroite collaboration avec nos clients dans le domaine de la fonderie, des technologies médicales, de l'automobile et dans d'autres industries pour faire de leurs idées une réalité. Rejoignez-les et contactez-nous !

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