HOT-WORK TOOL STEELS WITH
IMPROVED PROPERTIES FOR
DIE CASTING APPLICATIONS by Wolfgang Pannes ThyssenKrupp Ferrosta s.r.o V Holešovičkách 1579 / 24 180 00 Praha 8 - Libeň Tel.: 2 8 1 0 9 6 5 1 1, 2 8 1 0 9 6 5 3 2 Fax: 2 8 1 0 9 6 5 0 0 - více informací, materiálové listy, srovnání jakostí na : www.tksu.at/cesky.html nebo dotaz
[email protected]
tlakové lití Ovlivňující faktory na životnost forem pro tlakové lití
vlastnosti oceli
výroba nástroje
ocel
konstrukce nástroje
chem. složení – rozsah obsahu jednotlivých prvků
tvarové přechody, rozměrové poměry, tvarové složitosti
výroba oceli
opracování
tavba, rafinace, st. čistoty, struktura
složitost povrchu, tvarové přechody - tvary, erodování - broušení
stav oceli tepel. zpracování, opracování
pracovní nasazení, ůdržba provozní teplota předohřev, chlazení
teplotní změny počet prac. taktů, ostřiky
strojní zařízení Wu2001_193.ppt
uzavírací tlaky, plnící tlaky, rychlost tlakování
ThyssenKrupp
Nástrojové oceli - THYROTHERM použití: tlakové lití EFS – Extra Fein Struktur – takto označené oceli THYROTHERM se vyznačují výrazně vyšší kvalitou struktury, jedná se o zcela mimořádně přísnou technologii výroby a to již při třídění šrotu, samotnou kontrolu procesu tavby a tepelného zpracování. Výsledkem je vyšší čistota, rovnoměrnější rozložení a přesnější obsah legur v chem. složení, zlepšení technologických hodnot v délce i průřezu a stálost struktury po tep. zpracovaní. EFS SUPRA – tj. elektrostrusk. přetavená ocel (ESU, ESR) se z dokonalenou technologii vlastního přetavovacího procesu. Vysoká hospodárnost a produktivita je základním předpokladem ve výrobě. Krátká životnost nebo dlouhé prostoje přinášejí vícenáklady, vyšší režii. Pro nástroje beztřískového tvarování obrobků ze železa a neželezných kovů a jejich slitiny – pro tlakové lití, protlačování za tepla, zápustkové kování, pro výrobu trubek, ale také skla je proto doporučováno použití kvalitních ocelí pro práci za tepla. Oceli EFS / SUPRA ze závodů Edelstahl Witten-Krefeld mají ty nejlepší předpoklady zajistit uživateli maximální spokojenost ve smyslu – nástroj / výrobce / spotřebitel .
Tlakové odlévání je určeno pro ekonomickou výrobu obrobků s velkou přesností rozměrů a pravidelností ve velkých sériích. Moderní automobilové komponenty kladou zvláště vysoké požadavky na přesnost používaných dílů. Převodové skříně se často vyrábějí z hliníkové tlakové slitiny. Předpokladem pro jejich výrobu je nástroj, který nejen že má optimální konstrukci, ale rovněž je vyroben z optimálního materiálu. Ten hraje klíčovou úlohu pro vysoký počet vstřiků drahých nástrojů. Pečlivým výběrem a cílenou selekcí jednotlivých slitin je možno pomocí speciálních ocelí dosáhnout velkého zvýšení bezpečnosti a životnosti ve srovnání s použitím standardních druhů. Tepelné rozdíly v procesu tlakového odlévání jsou velké a v závislosti na druhu kovů (hliník, magnesium,zinek apod.) velmi variabilní. A to při velmi krátkých sekvencích. Pro slévače je proto odolnost materiálů používaných na výrobu nástrojů vůči tepelným změnám na prvním místě. Ocel proto musí vykazovat velkou houževnatost , tepelnou odolnost a zárověň vynikající tepelnou vodivost.Tepelnou vodivost je možno zvýšit například přísadou molybdenu. V katalogu požadavků výše jsou kromě toho uvedena odolnost proti tepelnému opotřebení, tlaku a vhodnosti pro lepení. Pro vysoce namáhané formy tlakového odlévání doporučují naši materiáloví specialisté zásadně oceli elekro-struskově přetavené ze skupiny THYROTERM SUPRA . Tyto „vysokovýkonné“ oceli jsou určeny pro dlouhou životnost formy, ještě větší spolehlivost a tím I vyšší ekonomičnost.
Druckgießteil Wu2001_337.ppt
ThyssenKrupp
Výběr ocelí pro tlakové lití
Grade
ISO Steel Name
C
Si
Cr
Mo
Ni
V
Co
Ti
THYROTHERM 2343 EFS SUPRA THYROTHERM E38K
X37CrMoV5-1
0,38
1,00
5,30
1,30
-
0,40
-
-
-
0,35
0,30
5,00
1,30
-
0,40
-
-
THYROTHERM 2344 EFS SUPRA
X40CrMoV5-1
0,40
1,00
5,30
1,40
-
1,00
-
-
THYROTHERM 2367 EFS SUPRA THYROTHERM 2365 EFS THYROTHERM 2885 EFS
X38CrMoV5-3
0,37
0,30
5,00
3,00
-
0,60
-
-
32CrMoV12-28
0,32
0,30
3,00
2,80
-
0,50
-
-
-
0,32
0,30
3,00
2,80
-
0,50
3,00
-
Vývoj chem. složení ocelí pro tlakové lití s požadavkem na vyšší houževnatost
THYROTHERM 2344 EFS SUPRA H13
THYROTHERM 2343 EFS SUPRA H11
0.4 % C 5,3 % Cr 1,0 % Si 1,4 % Mo 1,0 % V
0,38 % C 5,3 % Cr 1,0 % Si 1,3 % Mo 0,4 % V -C -V
THYROTHERM E38K H11 mod
0,35 % C 5,0 % Cr 0,3 % Si 1,3 % Mo 0,4 % V -C - Si - Residual elements
Simulační test – ohřev / prudké ochlazení k tvorbě trhlin materiálu 20
Test temperature 600°C
650°C
700°C
Délka trhlin v mm
15
THYROTHERM 2344 EFS SUPRA Pevnost v tahu po ohřevu/ prudkém ochlazení :
10
950 N/mm² 5
1200 N/mm² 1450 N/mm²
0
1000 3000 2000 4000
1000 3000 1000 3000 2000 4000 2000 4000
Počet teplotních cyklů
1750 N/mm²
Příklad použítí ocelí THYROTHERM E 38 K
stav po 400.000 vstřiků
Srovnání odolnosti vůči teplotnímu namáhání
celková délka trhlin v mm
12 10
THYROTHERM 2343 EFS SUPRA THYROTHERM 2344 EFS SUPRA THYROTHERM 2367 EFS SUPRA THYROTHERM E 38 K
8 6 4 2 500 0
1000 počet cyklů
2000
4000
Teplotní vodivost ocelí THYROTHERM
Thermal conductivity in W / m x K
45
hardened and tempered to 43-45 HRC
40
THYROTHERM 2999 EFS SUPRA AISI ~ H13 + 5% Mo
35
THYROTHERM 2367 EFS SUPRA AISI: ~H13 + 3% Mo
THYROTHERM 2365 EFS
30
AISI: H 10
THYROTHERM 2344 EFS SUPRA
25
(AISI: H 13)
20 0
100
200
300
400
500
Testing temperature in °C
600
700
800
THYROTHERM E 38 K
Stav po 400.000 vstřicích
Chem. složení THYROTHERM 2344 / 2367
THYROTHERM average 2344 EFS SUPRA this study
average 2367 EFS SUPRA this study
Chemical composition dim (mm)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
V
-
0,40
1,00
0,50
min
min
5,30
1,40
1,00
900 x 190 0,37
0,90
0,44
0,012
0,001
5,08
1,24
0,91
0,37
0,30
0,50
min
min
5,00
3,00
0,60
850 x 200 0,38
0,27
0,33
0,015
0,001
4,86
2,87
0,55
-
Heat checking resistance Znázornění zkoušky – simulace nasazení oceli v tlak. lití = = ohřev / prudké ochlazení = jeden cyklus closed vessel (protective gas)
sample
rotating sample motion
heating highfrequent induction
quenching cooled water bath
Heat checking resistance Microstruktura – po simulační zkoušce, tvorba trhlin THYROTHERM 2344 EFS SUPRA
THYROTHERM 2367 EFS SUPRA
počet cyklů 2000
6000
8000
Magn. = 200 x 100 µm
Fig. 7
závěr - shrnutí •
•
Nová jakost THYROTHERM E 38 K (upravená H11) vychází z bežné jakosti 1.2343 (H11) a její výhody resp. přednosti vycházejí z nízkeho obsahu zbytkovách prvků, vysoké čistoty a následné vysoké houževnatosti. Ocel THYROTHERM 2367 vykazuje nižší obsah křemíku i vanadu a naopak vyšší obsah molybdenu ve srovnání s běžnou třídou AISI M13. Tyto úpravy vedou ke zlepšení odolnosti vůči teplotnímu namáhaní, k vyšší pevnosti za tepla a lepší tepelné vodivosti. Zjistilo se, že odolnost jakosti THYROTHERM 2367 vůči vzniku trhlin za tepla je výrazně vyšší než u jakosti 1.2344 ( AISI H13)
