Вкладыши TZM и Densimet®. Для отличного алюминиевого литья.

В процессе алюминиевого литья расплавленный металл либо заливается, либо впрессовывается в форму. Эта технология применяется, например, для создания головок цилиндров, ободьев колес и многих других литых алюминиевых деталей. При этом форма постоянно подвергается воздействию расплава при температуре свыше 600 °C: для вкладышей из сплава тяжелых металлов на вольфрамовой основе Densimet® и сплава молибдена TZM это не является проблемой.

Преимущества для вас:

  • более короткое время цикла
  • высокое качество поверхности ваших изделий
  • долгий срок службы формы
  • отсутствие трещин во вкладыше в форму

Мы поставляем изготовленные по индивидуальным параметрам вкладыши в формы, литниковые втулки, охлаждающие вкладыши и прочие компоненты, а также полуфабрикаты для ваших форм.

Литая вставка для камеры сгорания
Фильтрующая вставка из вольфрама
Вкладыш из вольфрама

Трещины и коррозия. С чем связаны сложности с традиционными формами.

 

Стальные формы подвержены коррозии, эрозии и налипанию алюминия на поверхности при протекании расплава алюминия по поверхности формы. Если железосодержащий материал растворяется в алюминиевом расплаве или сталь подвергается эрозии из-за высокой скорости потока, поверхность формы постепенно изнашивается.

Быстрые температурные циклы также подвергают инструменты и компоненты стрессу при литье металла: различия в распределении температуры и коэффициентах теплового расширения ведут к термострессу. Трещины и деформации в результате термической усталости могут приводить к полному выходу компонента из строя.

Поэтому идеальный материал для литейных форм, используемых в алюминиевом литье, должен отвечать высочайшим требованиям к механическим, теплофизическим, химическим и трибологическим свойствам. Традиционные теплостойкие стали, в которых применяются такие легирующие элементы, как хром и молибден, не соответствуют ожиданиям. Что тут можно сделать? Каждому, кто задается целью экономии финансовых средств и повышения производительности технологии алюминиевого литья, следует применять высококачественные материалы для форм, подвергающихся сильному износу.

Необходимые свойства – химическая стойкость в расплавах металлов, высокая теплопроводность и хорошая устойчивость к высоким температурам.

Наши материалы для алюминиевого литья.

Молибден и вольфрам относятся к тугоплавким металлам, то есть металлам с температурой плавления выше 1 700 °C. Молибден плавится при 2 610 °C, а вольфрам только при 3 407 °C. Они оба обладают низким коэффициентом теплового расширения – примерно втрое меньшим, чем у стали. С другой стороны, их теплопроводность приблизительно в четыре раза больше, чем у стали.

Высокий модуль упругости примерно от 360 ГПа до 385 ГПа гарантирует достаточную жесткость даже при высоких температурах. Механические свойства молибдена и вольфрама зависят от степени их холодной обработки, их чистоты и уровня рекристаллизации. Стабильность при комнатной температуре ниже, чем у закаленных теплостойких сталей. При 650 °C стабильность этих металлов сопоставима со стабильностью теплостойкой стали.

Типичные показатели наших материалов для алюминиевого литья в сравнении с теплостойкой сталью
TZMD2MD1851.2343 steel
Коррозия++++--
Окислениеот 400 ºC от 600 ºC от 600 ºCнезначительное
Теплопроводность (500ºC) [Вт/м K]127659030
Устойчивость к циклическим тепловым нагрузкам++++++--
Ударная вязкость0-- ++
Прочность на разрыв Rm (RT*) [МПа] 7809908001200 - 1600
Прочность на разрыв Rm (500ºC) [МПа]500670600100 - 1400
Предел текучести Rp0.2 (RT*) [МПа]7307006001000 - 1400
Предел текучести Rp0.2 (500ºC) [МПа]490460420650 - 900
Удлинение при разрыве A5 (RT*) [%]19181010 - 15
Удлинение при разрыве A5 (500ºC) [%]15167
Модуль упругости [ГПа]320360385214
Коэффициент теплового расширения αth (500ºC) [10-6 K-1]5.55.65.213.0
Твердость [HRC]25макс. 31макс. 31>45

*RT = комнатная температура ("room temperature")

TZM: Молибден с добавлением 9,5% титана, 0,08% циркония, 0,01-0,04% углерода
D185: 97% вольфрама, остальное: никель и железо
D2M: 90% вольфрама, остальное: никель, молибден и железо

Сплав молибдена TZM.

Физические свойства сплава TZM мало отличаются от свойств чистого молибдена. Однако добавление небольшого количества очень мелких карбидов делает сплав TZM более упругим по сравнению с чистым молибденом и обеспечивает более высокую температуру рекристаллизации и большее сопротивление ползучести.

Вольфрамовые сплавы D2M и D185.

Чистый вольфрам необычайно сложен в машинной обработке и очень хрупок при низких температурах. Поэтому в производстве литейных форм вольфрам применяется только в составе композиционных материалов. В сочетании с железом и никелем или железом, никелем и молибденом мы получаем сплав Densimet®, наш двухфазный материал, включающий связующую фазу со встроенными частицами вольфрама.

Железо, никель и молибден делают материал на основе вольфрама гораздо более простым в машинной обработке по сравнению с чистым вольфрамом. Наши материалы Densimet® содержат до 97% вольфрама.

В основном мы производим вкладыши для алюминиевого литья из сплавов Densimet® 185 (D185) и Densimet® D2M. Благодаря своей большей механической прочности D2M в основном используется нашими клиентами для литья под высоким давлением. Благодаря высокой теплопроводности сплав D185 в основном применяется в литье без применения давления и под низким давлением для обеспечения максимального распределения температуры в форме. Мы будем рады проконсультировать вас и подобрать подходящий материал для вашей сферы применения.

Densimet® WR: как получить максимум от вашей литейной формы.

 

Если вы заметите эрозию или истертые участки на наших формах из Densimet® после длительной эксплуатации, то это не проблема: метод наварки нашими сварочными электродами Densimet® WR позволит вам отремонтировать поврежденные участки и увеличить срок службы вашей формы еще на большое количество циклов. Мы поставляем стержни Densimet® WR различных длин и диаметров – для точного соответствия вашим требованиям.

Быстрое рассеивание тепла. Короткое время цикла.

Теплопроводность сплава тяжелых металлов на вольфрамовой основе Densimet® и молибденового сплава TZM превышает теплопроводность традиционной стали до четырех раз. Преимущества для вас: в критических участках литейная форма охлаждается значительно быстрее, и вы можете выполнить больше циклов литья за более короткое время. Кроме того, благодаря быстрому рассеиванию тепла микроструктура (расстояние между осями дендритов) алюминиевых отливок заметно мельче. В свою очередь это помогает оптимизировать механические свойства ваших изделий, например, путем повышения их прочности. Высокая теплопроводность молибдена и вольфрама позволяет теплу быстро рассеиваться, гарантируя низкую разность температур между поверхностью вкладыша в форму и центром отливки.

Теплопроводность

При одинаковой сообщенной энергии температура наших вкладышей в формы заметно ниже, чем у стальных. В сочетании с высокой теплопроводностью сплава Densimet® это означает, что нет риска образования трещин во вкладыше в форму в процессе литья.

Температура поверхности

Низкое тепловое расширение.

Поскольку алюминиевый расплав в процессе литья приходит в соприкосновение с более холодной поверхностью вкладыша в форму, в материале часто образуются трещины от теплового износа. Это может приводить к образованию сетчатых трещин в форме, в частности при литье под высоким давлением. Коэффициент теплового расширения материалов Densimet® и TZM втрое меньше, чем у стали, что позволяет избегать растрескивания формы от теплового износа.

Коэффициент теплового расширения

Твердая поверхность.

Твердость поверхности литейных форм из теплостойкой стали начинает снижаться после определенного количества литейных циклов. В случае тугоплавких металлов, напротив, не наблюдается снижения твердости, хотя изначально у них уровень прочности ниже.

Твердость поверхности

Поскольку придать молибдену и вольфраму твердость традиционными методами термической обработки невозможно, на готовый компонент может быть нанесено защитное покрытие. Для этой цели подходят традиционные покрытия, нанесенные методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), например из CrC или TiAl. Мы также предлагаем вам наше собственное износостойкое покрытие, повышающее твердость поверхности до уровня более 1000 HV, не оказывая при этом никакого влияния на коррозионную стойкость материала. Если вы заинтересованы: просто свяжитесь с нами!

Высокая коррозионная стойкость.

Традиционные вкладыши в формы и сердечники особенно подвержены эрозии при впрыске алюминия на высокой скорости. Молибден и вольфрам не растворяются в алюминиевом расплаве. Вкладыши в формы из Densimet® и TZM особенно особенно устойчивы к эрозии и коррозии. Поскольку наш материал не вступает в реакцию с алюминиевым расплавом, никакие остатки металла не оседают на вкладыше в форму, например, при удалении отливок. Преимущества для вас: вкладыши могут эксплуатироваться дольше, их не приходится подвергать затратным по времени процедурам очистки, и они быстро готовы к следующей заливке.

коррозионная стойкость

Прощайте, дефекты литья. Да здравствуют молибден и вольфрам.

Если алюминиевый расплав отвердевает неровно, то это часто приводит к таким дефектам литья, как образование полостей и пористости. Это происходит, как правило, на участках с переменной толщиной стенок. Этого можно избежать путем прицельного рассеивания тепла. Сплавы вольфрама и молибдена рассеивают тепло в четыре раза эффективнее, чем теплостойкая сталь, и охлаждают алюминиевые отливки точно в том месте, в котором материал должен затвердевать быстрее. Во многих случаях это позволяет избежать дефектов литья и избавляет от необходимости сложного дополнительного охлаждения.

Хорошая теплопроводность сплавов на молибденовой и вольфрамовой основе также позволяет ускорить ваши технологические процессы. Заметно более высокий охлаждающий потенциал = более короткое время цикла.

Тепловое изображение формы после открытия. Стальные сердечники в позиции D и E.

Источник: TCG UNITECH AG
Тепловое изображение формы после открытия. Сердечники из TZM в позиции D и Е.

Наилучшие рекомендации.

Положитесь на наш опыт во всех вопросах, связанных с машинной обработкой молибдена и вольфрама. Мы будем рады поставлять вам вкладыши, изготовленные по вашим чертежам и в соответствии с вашими допусками. Но что, если вы предпочитаете изготавливать их сами? В этом случае мы можем дать вам рекомендации по машинной обработке Densimet® и TZM:

Densimet® в основном схож в машинной обработке с теплостойкой сталью. Но, пожалуйста, соблюдайте наши рекомендации по обработке в таблицах ниже. Материалы на основе молибдена также хорошо обрабатываются. Однако они обладают определенными свойствами, которые следует учитывать при обработке. Пожалуйста, следуйте нашим указаниям. Для машинной обработки молибдена мы рекомендуем инструменты из твердых металлов с положительной геометрией резания от CERATIZIT.

Вы можете создавать сложные формы и рисунки отверстий с помощью электроэрозионной обработки. В данном методе сплав на молибденовой или вольфрамовой основе выступает в качестве анода, а рабочий электрод – в качестве катода. Мы рекомендуем применять наши электроды Sparkal® в качестве электродного материала для электроэрозионной обработки. Электроды Sparkal®.

Молибденовый сплав TZM.

Фрезерная обработка с использованием индексируемых режущих пластин из твердых металлов со следующей геометрией резания
Передний угол γ ≥ + 10º
Угол наклона режущей кромки от 0 до 10º
Классы твердого металла H 216 T / H 210 T
Скорость резания [м/мин] vc = 100 - 150
Подача / зубец [мм] f = 0.03 - 0.10
Хладагент Эмульсия
Инструменты из быстрорежущей стали
Скорость резания vc = 20 - 25 м/мин
Передний угол γ ≥ + 10º
Хладагент Эмульсия
Токарная обработка
Инструменты CERATIZIT Maxilock-S с Code-27 и -25, классы твердых металлов H 216 T / H 210 T
Скорость резания [м/мин] vc = 100 - 140
Подача [мм/об] f = 0.05 - 0.35 (в зависимости от радиуса закругления вершины)
Глубина реза [мм] ap = 0.3 - 0.6 (в зависимости от типа вкладыша)
ХладагентЭмульсия
Сверление, диаметр сверла до 18 мм
Сверло из быстрорежущей стали (предпочтительно со внутренним каналом для хладагента)
Скорость резания [м/мин] vc = 10 - 15
Подача [мм/об] f = 0.05 - 0.10
ХладагентЭмульсия
Нарезание резьбы
Вкладыши Классы твердого металла H 10 T / H 20 T
Скорость резания [м/мин] vc = 300 полное охлаждение эмульсией
Подача ap = 0.002 мм / проход

Окисление: В воздухе или любой другой окисляющей среде при температурах до 400 °C окислением молибдена можно пренебречь. При температурах свыше 600 °C происходит сильное окисление или сублимация.

Вольфрамовые сплавы Densimet®.

Фрезерование
Используйте установки фрезерной обработки CERATIZIT Maximil и Helimax с положительными режущими кромками со следующей геометрией:
Передний угол Угол наклона режущей кромки Классы твердого металла от 0º до + 10º от 0º до + 5º H 216 T / H 210 T
Концевая фреза VHM, микрозерно K10 без покрытия DIN 2535 HB
Скорость резания [м/мин] vc = 70 - 150
Подача / зубец [мм] fz = 0.03 - 0.15
Хладагентсухой
Сверление
Классы твердого металла H 216 T / H 210 T (CERATIZIT)
Диаметр сверла < 18 мм
Сверло спиральное сверло из быстрорежущей стали или твердого металла
Скорость резания [м/мин] Твердый металл: 30 Быстрорежущая сталь: ≥ 8 - 15
Диаметр сверла ≥ 18 мм
СверлоСверло для обработки неглубоких отверстий
Скорость резания [м/мин] Твердый металл: 70 - 160
Индексируемые пластины WCGT, класс U 17 T
Скорость резания [м/мин] vc = 70 - 100
Подача [мм] f = 0.03 - 0.10
Хладагент Эмульсия
Нарезание резьбы
Инструменты Резьбовая фреза из азотированной стали с прямой канавкой, прочность на разрыв 1 400 Н/мм2
Хладагент Смазочно-охлаждающая жидкость

Окисление: Сплавы на вольфрамовой основе Densimet® начинают слегка окисляться при 600 °C. Однако опыт литейной промышленности показывает, что проблем здесь не возникает. При открытии формы ее температура составляет примерно от 400 °C до 500 °C, и обычно используемые покрытия обеспечивают дополнительную защиту. При заполнении формы воздушная среда замещается расплавом, что предотвращает окисление. Такие компоненты, как карманы для термопары, подвергающиеся одновременно воздействию как расплава, так и окисляющей среды, обычно нуждаются в защите от окисления.

 TZM
T [ºC] ρ[г/см3] cp[кДж/кг K] λ [Вт/м K] α[ • 10-6 1/K] E [ГПа] Rm [МПа] 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

Пруток из TZM ∅ 25mm, отожженный, результат испытаний на прочность на разрыв

D2M
T [°C] ρ[г/см3] cp[кДж/кг K] λ [Вт/м K] α[ • 10-6 1/K] E [ГПа] Rm [МПа] Rp0.2[МПа] A5 [%]
2017.30.149655.336099067018
20017.20.156665.535089060017
50017.10.160685.633370046016
80017.00.163695.732049033014
D185
T [°C]ρ[г/см3] cp[кДж/кг K]λ [Вт/м K]α[ • 10-6 1/K] E [ГПа] Rm [МПа] Rp0.2[МПа] A5 [%]
2018.50.145905.038580060010
20018.40.149915.13657205209
50018.30.154925.23506004207
80018.20.158935.33404803205
Сталь 1.2343
T [°C] ρ [kg/cm3] cp[кДж/кг K] λ [Вт/м K] E [ГПа] α[ • 10-6 1/K] Rp0.2[МПа] Rm [МПа]
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

Три пути. Одна цель: идеальный сплав.

Высокотемпературная пропитка, жидкофазное спекание и заливка жидким металлом - все эти методы используются для создания высокотехнологичных композиционных материалов с превосходными характеристиками. В процессе разработки композиционных материалов наш экспертный центр – PLANSEE Composite Materials –комбинирует такие различные свойства материалов, как плотность, коррозионная стойкость, теплопроводность и тепловое расширение, термостойкость и механическая устойчивость.

Мы тесно сотрудничаем с нашими клиентами из литейной промышленности, сферы производства медицинской техники, автомобильной и прочих отраслей промышленности и вместе претворяем их идеи в жизнь. Присоединяйтесь к ним – свяжитесь с нами!

Ваше контактное лицо
Ваш контакт:
Bill Appleby
Звоните нам:
+1 214 697 5541
или отправьте email:
william.appleby@plansee.com
Bill Appleby