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© ROVALMA, S.A. all rights reserved. innovation through die material © ROVALMA,S.A. all rights reserved. This presentation may not be, entirely or partially, reproduced, copied, distributed or modified, without the explicit authorization by ROVALMA, S.A.. In particular, it is prohibited to alter the content s and/or use, any information provided herein, out of context. DISCLAIMER: All information provided in this presentation is provided “AS IS” and without warranty, express or implied, of any kind regarding completeness, faultlessness, merchantability or fitness for any purpose. All information shall be provided and accepted at Reader ’ s / Receiver ’ s risk. Neue Entwicklung von Hochwärmeleitfähigkeitsstählen für den Leichtlegierungsdruckguss Präsentation einer Fallstudie in Zusammenarbeit mit Seat Isaac Valls Ferran Contreras

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innovation through die material

© ROVALMA,S.A. all rights reserved. This presentation may not be, entirely or partially, reproduced, copied, distributed or modified,without the explicit authorization by ROVALMA, S.A.. In particular, it is prohibited to alter the content s and/or use, any informationprovided herein, out of context.

DISCLAIMER: All information provided in this presentation is provided “AS IS” and without warranty, express or implied, of any kindregarding completeness, faultlessness, merchantability or fitness for any purpose. All information shall be provided and accepted atReader ’ s / Receiver ’ s risk.

Neue Entwicklung von Hochwärmeleitfähigkeitsstählen

für den Leichtlegierungsdruckguss

Präsentation einer Fallstudie in Zusammenarbeit mit Seat

Isaac Valls

Ferran Contreras

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ROVALMA S. A.

Company Information about ROVALMA S.A.

� 1977: Unternehmensgründung als Anbieter von

Spezialstählen und Sonderlegierungen

� 1994: Einrichtung einer Forschungs- und

Entwicklungsabteilung

� 2001: Erste Werkzeugstahlentwicklung für das

Formen von AHSS (Güte: HWS®)

� 2003: Markteinführung von HWS® nach erfolgreichen

Feldversuchen

� 2006: Entwicklung von HTCS® Materialien

(High Thermal Conductivity Tool Steels)

� 2009: STM Stahl wird Vertriebspartner für deutsch-

sprachige Länder (DE; CH; AT).

� 2011: ESS (Elwood Special Steel) wird Vertriebs-

partner für die NAFTA Länder.

� 2013: Neues Vertriebszentrum für Südeuropa: 6000 m2

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HTCS® Werkzeugstähle

Technologie-Durchbruch

Här

te(H

RC

)

Wär

mel

eitf

ähig

keit

(W/m

.K) 44 HRc

Max 42

low alloyed

tool steels

25

1.2343

1.2344

60-62

HTCS®

ROVALMA

1.2343

1.2344

low alloyed

tool steels

HTCS®

ROVALMA

Nac

h4h

bei

620º

C

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Hintergrund

2005

Erste Entwicklungvon HTCS®,

speziell für die Warmumformungauf Anfrage eines

eurropäischenOEM.

Ende der Exklusivitäts-

vereinbarung über die Verwendung von HTCS® für die

Warmumformung, HTCS® werden auf den internationalen

Märkten für die Warmumformung

präsentiert.

HTCS® Stählewerden für weitere

Warmarbeits-anwendungen wie

Druckguss, Schmieden, Spritzgusseingesetzt.

2008

Vertrieb derHTCS® Stähle in

den USA.

2012: ErstePatentzulassungen

in EUROPA und den USA.

Neue Stähle fürWarmumformung &

Druckguss(HTCS®-DC Familie) werden entwickeltund auf den Markt

gebracht.

2012 20132009 20112010

Umfangreiche Feldstudien um

optimale Arbeitsparameter zu

identifizieren und HTCS ®-Güten für unterschiedliche Warmarbeits -

Anwendungen zu optimieren.

ErstePatentanmeldung

2006

HTCS® Werkzeugstähle

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� Oberflächentemperatur� Thermische Ermüdung� Wärmeschocks� Auswaschungen� andere Fehler-

mechanismen

� Zykluszeit� Effizienz� Erhitzen� Abkühlen

� Verfestigunsrate� Verteilung der Porosität

Produktivität

Die Form im Herzen des Prozesses

Hochdruck-Druckguss

Wärmeleit-fähigkeit der

Form

Produktions-stabilität

� Anheften� Kratzer� Hot Spots

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Erste Generation

• HTCS®-117: Verbesserte mechanische Eigenschaften für einen niedrig legierten Werkzeugstahl

• HTCS®-150: Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und erheblich höhere Verschleissbeständigkeit als “1.2344” und “1.2367” bei gleichhohem Zähigkeitsniveau.

• HTCS 170: Hohe Wärmeleitfähigkeit bei einem hochlegierten Werkzeugstahl (typischesLegierungsniveau von Kaltarbeitsstählen). Exzellente Verschleissbeständigkeit sogar beigrossen abrasiven Partikeln.

• HTCS 130: Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Verscheissbeständigkeit.

• HTCS 135: Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und gute Härtbarkeit.

HTCS® Werkzeugstähle

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4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

4 5 0

5 0 0

3 8 7 6 3 8 7 8 3 8 8 0 3 9 1 4 3 9 2 5 3 9 2 7 3 9 7 8 3 9 8 0 3 9 8 1

q (M

W/m

2 )T

(ºC)

S h o t s e q n º ( - )

Tdie surface_1,2343

Tdie surface_HTCS

qdie surface_1,2343

qdie surface_HTCS

Tdie-intial

T [ºF]

930

390

660

840

480

Wärmefluss

[kW/in2]

6.5

3.2

5.2

He

at

flu

x

4.5

7.1

HTCS® WerkzeugstähleErste Generation

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240

260

280

300

320

340

360

140 160 180 200 220 240

y = 385,11 - 0,66712x R= 0,93915

y = 448,23 - 0,75987x R= 0,96756

Initial die temperature (ºC)

H11

HTCS

200

225

250

275

300

325

350

1.2343HTCS

Tem

per

atu

re v

ari

atio

n o

f th

e d

ie s

urf

ace

(ºC

)

Shot seq nº (-)

[ºF]

355285 430

[ºF]

645

500

570

(ºF

)

(662)

(617)

(572)

(527)

(482)

(437)

(392)

HTCS® WerkzeugstähleErste Generation

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HTCS® WerkzeugstähleErste Generation

1.2343 non-

optimized conditions

1.2343 optimized

conditions

HTCS non -optimized

conditions

HTCS optimized

conditions

relevanter thermischer Gradient derzu thermischen Spannungen führt

Hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht die thermischen Spannungen auf der Oberfläche merklich zuverringern. Diese Möglichkeit muss auch GENUTZT werden !!

Konventionelle Werkzeugstähle 35.000 / 70.000 Schuss -> 80.000 / 180.000 Schuss in 50 Jahren:

• Gussform Design

• J.F. Wallace zeigt Optimierungsbedarf auf

• Prozessparameter

-> Übersetzungsfaktor

-> DC Stahlgüte-Familie

-> Rovalmas Erfahrungen

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380

400

420

440

460

480

500

520

160

180

200

220

240

260

280

300

Shot Nº (-)

T_surface_HTCS

T_surface_H11

T_initial_HTCS

T_initial_H11

120

140

160

180

200

220

40 45 50 55 60 65 70

T-1mm_HTCST-10mm_HTCST-1mm_H11T-10mm_H11

t (s)

[ºF]

930

825

720

[ºF]

530

320

[ºF]

430

355

250

HTCS® WerkzeugstähleErste Generation

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HTCS® WerkzeugstähleZweite Generation

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Wichtigste Optimierungen

Reinheit

CVN (20 ft/lbs )

σ0.2%(198x103 psi )

NADCASEP 1614

ASTM-A370ASTM E10

S < 0.0002 % (2ppm)P < 0.001 % (10 ppm)

O, N, H2, Ni, Al,…..

+ 15 %

HTCS®-DC für Druckguss

Micro-reinheit

Wärmeleitfähigkeit

MikrostrukturMechanische

Eigenschaften

ASTM E45(Method A)

Thin Heavy

A 0 0

B 0 0

C 0 0

D 0-0.5 0

HTCS® WerkzeugstähleZweite Generation

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HTCS® WerkzeugstähleZweite Generation

HTCS®-130 DC für Druckguss

Thermo-mechanische Eigenschaften

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KUNDENmit Rechnungsadresse:

Österreich, Deutschland oderSchweiz

HTCS® WerkzeugstähleZweite Generation

STM 7 Niederlassungen

in A, CH & DE

ROVALMA

Abteilung

Applications Engineering

Aufträge kleinerals 1,5 Tonnen

Aufträge grösserals 1,5 Tonnen

STM 7 Niederlassungen

in A, CH & DE

ROVALMA

European Headquarters

Kunde wählt, von wo erbeliefert werden möchte

STM Stahl : Hauptsitz in München

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HTCS®

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

SEAT COMPONENTES is a company owned by SEAT, SA and part of theVolkswagen Group, builds gearboxes for the brands: SEAT, Volkswagen, Audi andSkoda.

PRESENTATION SEAT COMPONENTES

MQ200 5F/6F/GA/GA+

Brands

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HTCS® tool steelsSecond generation Case study

•MAIN DATA

• Employes 1.080

•Capacity 3.200 gearboxes / day

600.000 gearboxes / year

•Surface 155.000 m2

•Location BARCELONA

•MAIN DATA FOUNDRY

•Employes 60

•Die casting machines 9

•Melting Furnace 2

•Melting Rate / day 64 Tn

PRESENTATION SEAT COMPONENTES

7 x 1650 Tn2 x 3300 Tn

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HTCS®

Total weight 10 Kg

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

Machine: Cold chamber, Italpresse

Force: 1650 ton

Cast alloys: Al-9Si-3Cu

Cooling Media: Water

� An identical die built of 1.2343 has been followed for

comparison purposes.

Molde nuevo

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© ROVALMA, S.A. all rights reserved.18

Cycle time reduction(s)Process

Productivity

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

0

20

40

60

80

100

1.2343 HTCS®

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Process

19

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

0

20

40

60

80

100

1.2343 HTCS®

Productivity

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HTCS® tool steelsSecond generation Case study

0

20

40

60

80

100

1.2343 HTCS®

Product qualityScrap castings

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Significant improvement in the onset time of the corner and thermal fatigue cracks

HTCS®1.2343

Tool durability

13.100 cycles12.000cycles

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

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Corner Cracks

Tool durability

HTCS®

1.2343 1.2343 1.2343

HTCS® HTCS®

Geometrical cracksTypical thermal fatigue

The

die

1,2

343

ws

dism

ount

ed f

or th

e ge

nera

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ntai

nanc

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caus

e of

the

impo

rtan

t su

perf

icia

l dam

ages

After 30,500 shots

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

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Tool durability

1.2343 -30,500 shots

HTCS® -61,341 shots

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

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1.2343 - 30,500 shots HTCS® - 30,500 shots

HTCS® - 61,341 shots

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

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1.2343 - 30,500 shots HTCS® - 30,500 shots

HTCS® - 61,341 shots

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1.2343 - 30,500 shots HTCS® - 30,500 shots

HTCS® - 61,341 shots

HTCS® tool steelsSecond generation Case study

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� Höhere Produktivität durch kürzere Zykluszeit

� Verbesserte mechanische Eigenschaften der produzierten Teile durch eine

höhere Verfestigungsrate

� Späterer Eintritt von thermischen Ermüdungs-Rissen aufgrund der

niedrigeren Gussformoberflächentemperatur

� Bessere Temperaturverteilung auf der Gussformoberfläche

� Bessere Begrenzung von sogenannten Hot Spots

� Weitere Vorteile, die aus einem besseren Wärmemanagement der Gussformen

resultieren.

Zusammenfassung

Eine neue Generation HTCS® wurde vorgestellt, deren Eigenschaften gezielt auf

Druckgussanwendungen hin optimiert wurden.

Anhand eines Fallbeispiels wurden die Ergebnisse einer Vergleichsstudie analysiert

und dargestellt, bei der die gleichen Gussformen einerseits aus HTCS®-Material

der 2. Generation und andererseits aus dem klassischen Werkzeugstahl

1.2343 hergestellt worden waren.

Die Fallstudienergebnisse machen deutlich, dass die Gussformen aus HTCS® einen

höheren Wärmetransfer von der Gussform-Guss-Schnittstelle zum Kühlmittel

ermöglichen. Dieser Effekt hatte folgende Vorteile hinsichtlich der Gussformen

aus HTCS® zur Folge:

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Die vorgestellten Daten und Arbeiten resultieren aus

verschiedenen Forschungskooperation und -projekten. Der

Autor dankt den Partnern von Seat Componentes, und ebenso

für die Unterstützung der Spanischen Regierung, durch deren

Agentur CDTI, sowie der Generalitat de Catalunya, durch

deren Agentur ACC1O.

Danksagung

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Gerne beantworten wir Ihnen weitere Fragen an unserem

Stand 553 / Halle 7A

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!