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クーリングインサートラインアップ

Densimet®およびTZMクーリングインサート - 完璧なアルミ鋳物のために

アルミ鋳物では、金属溶融を鋳型に流し込んだり、押し込んだりします。シリンダーヘッドやリムなど、多くの鋳造部品がアルミニウム合金から作られています。その際、鋳造用の工具は、600 °C以上にもなる激しい金属溶融に繰り返し耐えられるものでなければなりません。弊社のタングステンヘビーメタル合金Densimet®やモリブデン合金TZMで作られたインサートであれば、このような問題は全くありません。

弊社は、クーリングインサート、インサート、スプルー部品、その他のコンポーネント、半製品を提供し、お客様の特定の要求に応じて鋳型を最適化します。また、3D技術を用いて高精度に製造された冷却チャンネル付きインサートも提供しています。

一目でわかるメリット:

  • サイクルタイムの短縮による生産性の向上

  • 製品の表面
    品質の向上

  • 鋳型の長耐用年数

  • 鋳型にクラックが発生しない

  • 鋳造部品にキャビティがない

  • ホットスポットが発生しない > 鋳型内に空洞がない

材料の仕様はこちらをご覧ください。

D2M規格

クラックと腐食 - 従来の鋳型の問題点

アルミニウム鋳物の製造

液状のアルミニウムは鉄製の鋳型を攻撃し、クラック、腐食、侵食、アルミニウムの接着力などの原因となります。鉄を含む材料が溶融アルミに放出されたり、アルミニウムの流量が速いために鋼が剥がされたりすると、鋳型表面の摩耗の増加を引き起こす。

鋳型のクラック

鋳造された金属が溶けるときの温度の変化は、工具やコンポーネントにも影響を与えます。温度分布の違いや熱膨張係数の違いにより、熱応力が発生します。熱疲労によるクラックや変形は、コンポーネントの完全な破損の原因となります。

アルミニウムの鋳型には、機械的、熱的、化学的、そしてトライボロジー的に最も厳しい条件を満たす材料が求められます。クロムやモリブデンなどの合金を添加した従来の熱間加工鋼では、もはや今日の期待に応えることはできません。これに対して弊社は何ができるでしょうか?コスト削減と生産性向上を目指すなら、ストレスの大きい鋳型に高品質の材料を使うべきです。

弊社のアルミ鋳物用材料

アルミ鋳物の冷却インサート

モリブデンとタングステンは、1700 °C以上の融点を持つ金属で、いわゆるリフラクトリーメタルです。モリブデンは2610 °C、タングステンは3407 °Cにならないと溶けません。どちらも熱膨張係数が低く、鉄の3分の1程度です。対照的に、Densimetの熱伝導率は1.2343スチールの約4倍です。

360GPaから約385GPaという高弾性率により、高温下でも十分に高い剛性を確保しています。モリブデンとタングステンの機械的特性は、変形の程度、純度、再結晶度に依存します。室温での強度は、熱間加工鋼よりも低いです。しかし、650 °Cでは熱間鋼と同等の強度を持っています。

熱間加工鋼と比較した場合の弊社のアルミ鋳物用材料の代表値
 
  D2M D185 TZM 1.2343鋼
腐食 + + ++ --
酸化 600°C以上 600°C以上 400 °C以上 ごく僅か
熱伝導率 (500°C) [W/m K] 65 90 127 30
周期的な熱応力への耐性 ++ ++ ++ --
衝撃強度 - -
0 ++
引っ張り強度 Rm (RT*) [MPa] 990 800
780 1200~1600
引っ張り強度 (500°C) [MPa] 670 600 500 100~1400
降伏強度 Rp0.2 (RT*) [MPa] 700 600
730 1000~1400
降伏強度 Rp0.2 (500 °C) [MPa] 460 420
490 650~900
破断伸び A5 (RT*) [%] 18 10
19 10~15
破断伸び A5 (500 °C) [%] 16 7
15  
弾性率 [GPa] 360 385
320 214
熱膨張係数 αth
(500 °C) [10-6 K-1]
5.6 5.2 5.5 13.0
硬度 [HRC] max. 31 max. 31 25 >45

*RT = Raumtemperatur
++ (sehr gut), + (gut), -- (weniger gut)

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

 

タングステン合金 D2M・D185

純粋なタングステンは加工が非常に難しく、低温では非常にもろいです。そのため、タングステンは鋳型製造時に複合材としてのみ使用されます。鉄とニッケル、または鉄、ニッケル、モリブデンは、結合相とそれを含むタングステン粒子からなる二相材料であるデンシメット®を作るために使用されます。
鉄、ニッケル、モリブデンは、タングステンを純粋なタングステンよりも機械的に加工しやすくします。弊社のデンシメット®材料のタングステン含有率は最大で97%です。
アルミ鋳物用インサートは、主にデンシメット® 185 (D185)とデンシメット® D2Mから製造されています。機械的強度が高いことから、お客様は通常、高圧鋳造にD2Mを使用されます。D185は熱伝導率が特に高いため、鋳型内の最適な温度分布を確保するために、主に重力鋳造や低圧鋳造に使用されます。弊社では、お客様が適切な材料を見つけられるよう、アドバイスをさせていただきます。

モリブデン合金 TZM

TZMの物理的特性は、純モリブデンと非常によく似ています。しかし、小さくて非常に微細な炭化物の含有量が少ないTZMは、純モリブデンよりも強度が高く、再結晶温度が高いだけでなく、耐クリープ性にも優れています。

具体的な材料の利点を詳しく

  • 優れた熱伝導性

    Exzellente Wärmeleitfähigkeit

    Die Wärmeleitfähigkeit unserer Wolfram-Schwermetalllegierung Densimet® und der Molybdänlegierung TZM ist bis zu vier Mal höher als jene von herkömmlichem Stahl. Ihr Vorteil: Die Gießform kühlt an den entscheidenden Stellen wesentlich schneller ab und sie schaffen mehr Gießzyklen 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.

    Die Oberflächentemperatur unserer Gießeinsätze 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.

    Wenn die Aluminium-Schmelze unregelmäßig erstarrt, entstehen nicht selten Gussfehler wie Lunker und Poren. Vor allem in Bereichen unterschiedlicher Wandstärken. Eine gezielte Wärmeabfuhr kann das vermeiden. Unsere Wolfram- und Molybdänlegierungen kühlen das Aluminium-Gießteil genau dort, wo das Material schneller erstarren soll. So können Sie in vielen Fällen Fehler vermeiden und auf eine aufwendige Zusatzkühlung verzichten.

  • 低熱膨張率

    Geringe thermische Ausdehnung

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

  • 低摩耗

    Geringer Verschleiß

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

    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!

  • 高腐食耐性

    Hohe Korrosionsbeständigkeit

    Besonders wenn Aluminium mit hohen Geschwindigkeiten eingespritzt wird, können herkömmliche Gießeinsätze und Kerne leicht erodieren. Molybdän und Wolfram lösen sich in Aluminiumschmelze nicht. Gießeinsätze 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.

異なる温度での材料特性の比較*

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[%]
20 17.3 0.149 65 5.3 360 990 670 18
200 17.2
0.156 66 5.5 350 890 600 17
500 17.1 0.160 68 5.6 333 700 460 16
800 17.0 0.163
69 5.7 320 490 330 14
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[%]
20 18.5 0.145 90
5.0 385 800
600 10
200 18.4
0.149 91
5.1 365 720
520
9
500 18.3
0.154 92
5.2
350 600
420
7
800 18.2 0.158
93
5.3 340 480 320 5
TZM
 
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[%]*
20 10.20 0.256 148
5.32 339 789
738
19
200 10.19
0.266 137
5.38 328 702
554
16
500 10.18 0.281 127
5.53 309 502
493 15
800 10.15 0.296
121
5.73 289 445 440
15
1000 10.14 0.306 119 5.88 274 386 374 19
1500 10.10 0.330 114 6.30 231 150 140 40

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

鋼 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]
20 7740
0.461
25.0
217.6
8.7
1300
1500
100 7720
0.496
26.0
212.9
11.5
1250
1450
300 7670
0.568
28.9
198.2
12.2
1100
1300
500 7600
0.550
29.5
178.9
12.9
750
950
700 7540 0.610 29.2 158.2
13.2
400 550

*材料特性に関するデータは、典型的な/特徴的なガイド値です。これらのデータは、弊社の知識の範囲内で提供されていますが、保証するものではありません。

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モリブデンやタングステンの加工に精通した弊社のノウハウをご活用ください。お客様の図面の仕様と公差に基づいて、インサートを提供させていただきます。

自分でやってみたいと思いませんか?Densimet®の機械加工は、熱間加工鋼の加工に似ています。モリブデンも加工のしやすい材料です。ただし、加工時に考慮しなければならない特性があります。具体的な推奨事項は、材料のページに記載されています。

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Densimet®WR溶加材

弊社のDensimet®インサートを長期間使用した後、材料に侵食や溶出が発生した場合でも、弊社のDensimet® WR溶加材を使用すれば、ビルドアップ溶接によって表面を修復し、鋳型の使用を継続することができますので、ご安心ください。弊社では、お客様の具体的なニーズに合わせて、様々な長さと直径のDensimet® WRのロッドを提供しています。

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