ZAPPVOTRE~ PARTENAIRE POUR

LES MATERIAUXDE LA NOUVELLEGENERATION

SOLUTION DESPROBLEMES POSESPAR LESVIS D'EXTRUSIONET LESGROUPESDEPLASTIFICATIONA L:AIDE DESALLIAGES REALISESPAR METALLURGIEDESPOUDRES

SOLUTION DESPROBLEMES POSESPAR LES VISD'EXTRUSION ETLES GROUPES DEPLASTIFICATIONA LAIDE DESALLIAGES REALISESPAR METALLURGIEDES POUDRESPar suite des développements et des innova-tions dans le domaine des matières thermoplastiquesvisant une amélioration de la résistance chimique,de la stabilité thermique à court et à long terme ainsique de la rigidité et de la ténacité, on ajoute à cesmatières de plus en plus des additifs de nature extrè-mement variées. De plus dans les machines utili-sées pour l'élaboration et la transformation des ma-tières plastiques les pièces en contact avec lamatière sont soumises à des fatigues de plus en plusèlevées en raison de la croissance constante desdébits exigés. Une enquète réalisée par le DeutschenKunststoff Institut (DKI = Institut National allemandpour les matières plastiques) montre nettement que,

K.PeichlRobert Zapp / Ratingen

®CPM est une marque déposée propriétéde la Crucible Industries USA

parmi les opérations de façonnage des matièresplastiques, le moulage par injection doit et re consi-déré com me responsable N° 1 des problèmesd'usure, cela en particulier avec les matières thermo-plastiques. Voici résumés sous forme de figure lesrésultats de l'enquète sur le traitement et le façon-nage des matières plastiques: C'est surtout l'impor-tance croissante des matières thermoplastiquesrésistant aux températures élevées avec des tempé-ratures de façonnage de l'ordre de 450°C quiexige pour les machines des alliages garantissant,en plus des propriétés mécaniques correspon-dantes, une grande résistance aux hautes tempéra-tures, et cela en service continuo

VOICI RESUMES SOUS FORME DE FIGURELES RESULTATS DE LENQUETE SUR LE TRAITEMENTET LE FAçONNAGE DES MATIERES PLASTIQUES:

extrusion

moulageparinjection

moulageparcompres-sion-transfert

Cf) ~ .Q(j) ::J CIiCf) o c

(j)-.O "§ C o

::J CIl "-2Cf) c I (j) (j)

IT O) o - --E Cf) -c.Ci) -~CIl o

c c 2 Cf) '<-Cf)

.Q .Q x e:: :-2 ::JCf) Cf) (j) - -o - -oe '(j) -o c (j)~ -i: Co -o Cf) oo CIl S N

CELA PEUT SE RESUMER PAR LA FORMULE SUIVANTE:Additifs fortement

abrasifs et corrosifs teìs que p. ex:Verre (sous forme de fibres ou de billes)

Carbonate de calcium (craie, calcaire)Silicates (sable, quartz)

Oxydes métalliques (oxyde de Ti/chrome)Poudres céramiques ou métalliques

Equipement en prodults de protectioncontre l'inflammation (produits de décom-position tels que p. ex. oxyde carbonique,

chlore, gazeux hydrogène halogéné)

L'augmentation des débitset des températures de façonnageentraìnent une augmentationdes contraintes

Accroissement constantdes problèmes d'usure

1/COMPOSITION CHIMIQUE DES ALLIAGES REALISESSELON LA METALLURGIE DES POUDRES en%dupoidsMat' y--_m__" Nb

1,31,305

;~

3,0d'essai MPL 1)

Un type de contrainte particulièrement intensive,qui prend une importance de plus en plus grande,est la corrosion. Ce problème, désigné égalementsous le nom de corrosion par érosion, se manifestede préférence dans la zone de la masse fonduede la matière plastique. Les produits déclenchant cephénomène sont représentés par des additifs telsque les produits ignifugeants et les produits de dé-composition tels que le chlore gazeux et l'hydro-gène halogéné etc. En dehors des pièces d'usurebien connues telles que les vis d'extrusion et lescylindres, l'usure attaque en particulier les dispositifsanti-retour et les douilles d'alimentation. Ce sontles dispositifs anti-retour qui subissent les fatiguesles plus importantes. Ici se manifestent tous lestypes de contraintes provoquant l'usure (usure parfrottement à sec et frottement humide) qui sontrenforcées encore par la vitesse d'écoulement plusélevées en ce point (usure par érosion).Les propriétés de résistance mécanique des matéri-aux employés sous des températures de l'ordrede 450°C et des pressions allant jusqu'à 2400 barjouent donc un role important Pour le façonnagede matières thermodurcissables, les principaux fac-teurs influençant l'usure parmi les paramètres sontla pression, la température, la vitesse decisaillement et le taux de réticulation.La charge par usure augmente de façon drastiqueavec la teneur en additifs anorganiques durs.Des études ont montré qu'une faible addition de

Gràce à l'emploi spécifique dans l'industrie desmatières plastiques de ces aciers à hautes performan-ces fabriqués selon la métallurgie des poudreson a pu augmenter d'une façon radicale la durée devie des vis d'extrusion, des cylindres et des dis-positifs anti-retour dans les presses d'injections ainsique dans les extrudeuses. La conséquencelogique consiste en une économie considérable pourl'utilisateur. Les produits semi-finis que nous avonsen stock dans nos entrep6ts sont usinés à leurs

poudre de quartz C~1%) dans une matière plastiqueprovoque une augmentation du taux d'usureatteignant un facteur de 6. Comme produits à actioncorrosive, on peut citer: L'ammoniac, les acidesorganiques, le phénol libre ainsi que les durcisseurset accélérateurs. Pour ces problèmes nous vousdonnons les moyens de recourir aux alliages forte-ment alliés réalisés par la métallurgie des pou-dres qui vous permettront de les solutionner. En effetla métallurgie des poudres offre la possibilité defabriquer des pièces de machines soumises à descontraintes très élevées ceci avec des alliagesspécifiques impossibles à réaliser par les procédésclassiques. Les aciers fabriqués par le procédéde la métallurgie des poudres (pulvérisation par ato-misation de l'acier fondu en creuset - vitesse derefroidissement: 105 K/s - sous azote, ce qui permetd'obtenir des particules d'acier non oxydées, taillemoyenne des grains de poudre 60 11m, avec une com-position chimique constante) sont compactés dansdes capsules par compression isostatique à chaudsous 1180 °C et env. 1000 bar pour donner desblocs homogènes d'acier qui sont ensuite amenésaux dimensions voulues par forgeage ou laminage.Après recuit on peut procéder à l'usinageRésultat: Un produit final ne présentantpas de décarburation avec une microatruc-ture à dispersion fine et des carburessphéro"idauxrépartis en conséquence, d'unetaille max. de 311m.

3,00

dimensions d'utilisation. Les propriétés mécaniquestelles que: Résistance à la traction .Limite d'élasticité - Résistance à la torsion. Résistance à la torsion ondulée . Ré·sistance à la flexion - Module d'élasticitéprésentent une grande importance et ont déjàété mentionnées. Les valeurs on été déterminées àla température ambiante, ainsi que dans la plagedes températures d'utilisations pour le moulage parcompression-transfert (voir tableaux 2/3+4).

2/ DURETE, RESISTANCE A LA TRACTION, RESIS-TANCE A LA FLEXION ET RESISTANCE A LA TORSION

--I D'ACIERS SPECIAUX TREMPES ET REVENUSPropriétés mécaniques à la température ambiante Flex semi-plastique lJel.-pl.= 23~

3/ RESISTANCE A LA FLEXION ET RESISTANCE A LATORSION D'ACIERS SPECIAUX TREMPES ET REVENUSPropriétés mécaniques à la température ambiante /Essai de flexion: avec charge en 4 points

(Mf ~ moment f1échissant / w'= moment d'inertie axial)

Mf . 2 MfFlex.-éi .. lJ el. = iii Flex. sernì-étasuque lJ el. pl. = '3 Vi

Les résultats de ces tableaux, démontrent que lesalliages réalisés selon la métallurgie des poudressont supérieurs aux matériaux employés jusqu'àprésent dans ce secteur.Raison: Microstructure finement dispersée avec unematrice ductile (taille des grains S-7 urn) avecteneur en C adaptée de façon opti male à la formationdes carbures spéciaux, c'est ainsi p. ex. que pourle CPM9V une teneur de 1,78% C pour une te-neur de 9,0% en poids de V donne uneteneur de 0,25%C dans la matrice; la teneurrésiduelle en C se trouve liée dans les carburesspéciaux à haute résistance à l'usure (microdureté duVC: env. 2800 HV). Ces alliages, réalisés par métal-

3a/RESULTATSDE LESSAID'USUREValeur en % rapportéeaucarbure métalliquewc-Co 8 (=100%)

Comparaison avec lesmatériaux classiques

RESISTANCEALACORROSION

lurgie des poudres, offerts par la ROBERT ZAPPWERKSTOFFTECHNIK pour ce secteur de l'industriese distinguent par une excellente résistance àl'usure (pour des températures jusqu' à SOO°C) ainsiqu'une très bonne résistance à la corrosion(CPM T MOV et ZAPP SUPRACOR). Les essais effec-tués par la ROBERT ZAPP WERKSTOFFTECHNIKen collaboration avec l'INSTITUT MAX-PLANCKà Dusseldorf sur les métaux ferreux concernent la ré-sistance à l'usure en combinaison avec d'excel-lentes propriétés mécaniques, démontrent la nettesupériorité de ces alliages par rapport aux aciersofferts jusqu'à présent dans ce secteur de l'industrie(v. à ce sujet le tableau 3a)

MODULED'ELASTICITEen fonction de latempérature(de la températureambiante à 500°C)Erreur sur les mesures:-t- 3%

Tempé- CPMratureOC 9V

CPM10V

CPMT440

E=191GPa1

Remarque:10GPa~ 9,81 10' kp/mm' 10GPa= 104N/mm' 10GPa = 106 N/cm'

VARIATIONS DU MODULE D'ELASTICITEDU MATERIAU ZAPP SUPRACOR

220----..N

EE--z'--"coO-r-r-X

.~

'(3

~ 210al;es=o.92::l"OOE

230

200

190O 100

D'après la méthodede rèsonnanceERT = 229,5 GPa

D'après la méthodeimpulsion-èchoERT = 234 GPa

200 300 400 500

Température °C

ESSAI D'USUREreprésentationschématique

F=10Ncarbure métallique (WC C08) 0 10Avance radiale Vr = 0,1 mm/min(pouvant ètre réglée indépendammentde la vitesse péripherique Vu

Eprouvettepour l'essai d'usure

(en forme de disque)

Vitessepériphérique

Vu = 0,25 m/sCommandepar moteur à

courant continupour réglageprogressif

de la vitesse

3b/ CCOMPARAISONDE LA 2,15

COMPOSITION 1,78DES

2,45MATERIAUXen % du poids 3,75 25,00 3,00 7,00 3,00

2,35 12,00 1,00 4,00

1A112 0,90

1.2379 1,55

1,20 6,40

Comme déjà mentionné, les performances de cesmatériaux dans une plage de températurerelativement élevée, présentent le plus d'intérét.

Nous avons déterminé les valeurs despropriétés mécaniques ci-après au cours d'essai delongue durée:

4/ DURETE ET VALEURS DE RESISTANCE A 500°Cessai de revenu de longue durée

Pour compléter mentionnonsencore les propriétésà 300°C de l'acier CPM9Vréalisé par métallurgiedes poudres.(essais de revenu de longue durée)

Afin d'obtenir des performances élevées avecles alliages indiqués (quote-part des carbures >30%en volume) il faut:a) donner aux pièces des machines une

excellente qualité de surface (ce qui réduitconsidérablement les risques de rupture parfatigue) et

b) faire subir à chaque pièce un traitementthermique approprié(filetages et pièces d'accouplement: 40-45 HRC)

Exemple:Répercussion de la qualité de surface Avec leCPM 10V, traité pour une dureté de 60-62 HRC on aobtenu selon la qualité de surface les valeurssuivantes:

Classe derugosité

Tensionde flexion(Nrnrrr-')élastique semi-plastique

Limited'érasticité(NmrrÌ~2)

2221

3146

3701

14

2097

2467

1476

2091

2460Mf F'r" I ' 2 MfHexion elastique 0el = W exion serru-p astrcue: 0elpl =:3 VIi

(Mf = moment fléchissant / w = moment d'inertie axiaì )

Les coefficients de dilatation ainsi que les donnéesconcernant la conductivité thermique jusqu'à500°C sont connus pour tous les matériaux mention-nés et peuvent ètre mis à votre disposition surdernande. Les alliages à hautes performances réali-sés par la métallurgie des poudres sont soumisà des limitations naturelles au fait des possibilités dela technique de la trernpe Cela signifie que desvis d'extrusion d'une longueur totale de 1.900mm env.représentent la limite supérieure permettantencore un traitement thermique optirnal. Les valeursque nous avons déterminées à l'échelle du labo-ratoire sont aussi significatives pour la pratique indus-trielle, comme nous le démontre les performancesqui nous ont été communiquées par des utilisateurs

indres/douilles

Matériauxde la machine

PBTP avec 30% defibres de verre etproduìts ignifugeants

1,000-1,400 heures

200 heures

2.500 heures

1.8550

1.2379

1.4112

2.700 heures

8.473 heuresLimite d'utilisatlon lorsquel'usure atteint 0,1 mm

CPM 10V

Ces informations techniques sont soumises au droit d'auteur.Toute reproduction, quelle que soit (mème par ordinateur)est strictement interdite sans autorisation speciale.

PRESSE A INJECTIONDEMAGVis d'extrusion e 38 mm

Matériauxde la rnachìne

CPM10V

PA 6,6 avec 30% defibres de verre etproduits ignifugeants

16 moisaucune usure n'estdécelable, la vis est enparfaìt étar de marche

PRESSE A INJECTIONMAURERM 100

CPM T 440V tenue 4 à 5 ·fois plusélevée jusqu'à laformation de brùlures(machine de test)

PRESSE A INJECTIONENGEL

anti·retour

PA 6,6 avec 35% defibres de verre etproduits ignifugeants

2 semaines

3 semaines

7 mois

ROBERTZAPPWERKSTOFFTECHNIKGMBH&CO,KGWERKZEUGLEGIERUNGENRobert-Zapp-StraBe 5/0-4030 Ratingen 2Telefon (02102) 482-0/ Telex 8585040Telefax (021 02) 482275

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