Acier pour moules de moulage sous pression : choix de 1.2344, 1.2343 ou 1.2367

Une matrice de moulage sous pression en aluminium subit un choc thermique à chaque tir. Lorsque le métal liquide touche la cavité, la surface monte jusqu'à 500-600 °C en une fraction de seconde, puis retombe à 250-300 °C lorsque la matrice s'ouvre et que le spray de libération atterrit. Un dé exécutant 60 tirs par heure subit cette inversion des centaines de milliers de fois au cours d'une campagne normale. Le premier signe de problème est généralement un réseau de fines fissures sur la surface de la cavité, et au moment où quelqu'un les voit, la qualité de l'acier et la température de revenu sont fixées depuis des mois.

Trois aciers à outils pour travail à chaud couvrent l'essentiel de ces travaux : 1.2344, 1.2343 et 1.2367. Sur un certificat d'usine, ils semblent suffisamment proches pour être interchangeables. Dans un dé, ils ne le sont pas. Les différences ci-dessous déterminent si un insert atteint 80 000 coups ou 250 000, et si le premier travail de reprise provient d'une fissure capillaire ou d'une porte qui s'est ouverte.

Où commencent réellement les dégâts causés par les dés

La fatigue thermique est à l'origine de la plupart des défaillances dans le moulage de l'aluminium. La surface de la cavité se met en compression lorsqu'elle chauffe et en tension lorsqu'elle refroidit, et elle cède un peu en compression à chaque tir. Après suffisamment de cycles, la contrainte accumulée déchire des fissures à la surface, généralement à 45 degrés par rapport à la direction de la contrainte et souvent le long des limites de la structure trempée. Une dureté trop élevée pour la section et un cycle de revenu unique qui laisse l'austénite retenue derrière raccourcissent le temps nécessaire à la première fissuration.

L'érosion de la porte est un problème distinct. L'aluminium fondu traverse la porte à une vitesse de 40 à 70 m/s et emporte l'acier coup par coup. La conception de la porte et la vitesse de tir déterminent généralement cela, et une dureté de travail plus élevée fait gagner du temps.

La soudure apparaît là où un noyau ou une section mince est chaude et l'oxyde protecteur de l'acier s'est décomposé. L'aluminium se lie à la surface, arrache un peu d'acier lors de l'éjection et laisse une zone rugueuse qui se développe. Les cœurs avec un refroidissement faible en souffrent le plus.

Les fissures grossières sont l’échec dont tout le monde se souvient. Cela remonte à un insert durci au-dessus de 48-50 HRC, à un coin interne pointu ou à une matrice démarrée à froid avec une pulvérisation abondante.

Ce qui sépare les trois niveaux

1,2344 (H13, SKD61)

1.2344 est la nuance la plus souvent citée pour les inserts de moulage sous pression en aluminium, et la La composition H13 derrière est bien connue. Environ 5 pour cent de chrome, 1,3 pour cent de molybdène et 1 pour cent de vanadium. Le vanadium entraîne un durcissement secondaire, c'est pourquoi l'acier conserve une dureté utile entre 550 et 600 °C, là où un acier allié trempé et revenu a déjà reculé. Sur une cavité bien refroidie, 1,2344 à 46-48 HRC donne une durée de vie longue et prévisible, et c'est le moins cher des trois en petites quantités.

La faiblesse réside dans les sections épaisses et dans les matrices à géométrie pointue. Au-dessus de 48 HRC, l'acier a peu de tolérance à la concentration des contraintes et l'encoche située dans un coin interne devient le site d'initiation des fissures.

1,2343 (H11, SKD6)

1,2343 est le H11 . Composition Le vanadium chute d'environ 1 pour cent à 0,25-0,50 pour cent et le carbone diminue légèrement. L'acier abandonne une certaine résistance à l'usure et à la trempe en échange d'une ténacité et d'un peu plus de conductivité thermique.

Sur un bloc d'environ 400 mm de diamètre, ou sur une matrice dont le jet laisse une zone chaude en permanence, ce commerce est généralement payant. L'exécution de 1,2343 à 44-46 HRC sur un grand insert dure généralement plus longtemps que 1,2344 à 48 HRC dans la même position, car la fissuration thermique y est la défaillance dominante.

1,2367 (X38CrMoV5-3)

1.2367 élève le molybdène à environ 3 pour cent et détient le vanadium à près de 0,5 pour cent. Le molybdène supplémentaire élève la température à laquelle l'acier se ramollit. Les noyaux, les glissières et les parois minces qui chauffent en bénéficient le plus, et il en va de même pour le moulage sous pression à des températures de fusion plus élevées.

Cette qualité coûte plus cher au kg et est plus difficile à trouver dans de petites sections. Il est donc rarement judicieux d'opter pour un insert en aluminium standard doté de bonnes conduites d'eau. Lorsqu'un dé chauffe et que l'objectif de vie est fixé en centaines de milliers de tirs, la prime est remboursée.

Composition chimique comparée

Les gammes ci-dessous suivent la norme EN ISO 4957 pour les trois qualités de travail à chaud. Le nickel n’est pas spécifié pour eux dans cette norme.

Grade	C	Si	Mn	Cr	Mo	V
1,2344 (X40CrMoV5-1)	0,37-0,42	0,80-1,20	0,25-0,50	4,75-5,50	1.10-1.75	0,80-1,20
1,2343 (X37CrMoV5-1)	0,33-0,41	0,80-1,20	0,25-0,50	4h80-17h50	1.10-1.60	0,25-0,50
1,2367 (X38CrMoV5-3)	0,35-0,40	0,30-0,50	0,30-0,60	4h80-17h20	14h70-15h30	0,40-0,60

Le vanadium et le molybdène définissent l'écart de performance entre 1,2344, 1,2343 et 1,2367. Un vanadium plus élevé donne au 1.2344 une résistance au revenu plus forte que le 1.2343 à faible teneur en vanadium, qui donne plutôt la priorité à la ténacité. Le 1.2367 présente un niveau de molybdène fortement élevé pour une résistance exceptionnelle au ramollissement thermique. Il convient de noter que la plage de molybdène autorisée au sein d'une seule nuance est large selon la norme EN ISO 4957. Par exemple, une matière fondue 1,2344 avec 1,10 % de Mo et une autre avec 1,75 % de Mo satisfont toutes deux aux spécifications standard, mais la variante à plus forte teneur en molybdène produit une matrice plus robuste.

Réponse de trempe et dureté de travail

L'acier à outils pour travail à chaud arrive recuit doux, généralement à 229 HB maximum pour 1.2344 et 1.2343 et 241 HB maximum pour 1.2367. La cavité est ensuite usinée et durcie, et la température de revenu est ce qui fixe la dureté à laquelle fonctionne la matrice.

Température de trempe, deux cycles de 2h	1.2344	1.2343	1.2367
540 °C	52-54 HRC	51-53 HRC	54-56 HRC
560 °C	50-52 HRC	49-51 HRC	52-54 HRC
580 °C	48-50 HRC	47-49 HRC	50-53 HRC
600 °C	45-48 HRC	45-47 HRC	48-51 HRC
620 °C	43-46 HRC	43-45 HRC	46-49 HRC

L'austénitisation se situe à 1 020-1 040 °C pour 1.2344, 1 000 à 1 030 °C pour 1.2343 et 1 030 à 1 060 °C pour 1.2367, suivie d'une trempe sous vide ou sous atmosphère contrôlée. Les chiffres ci-dessus sont des bandes typiques. La température d'austénitisation, le milieu de trempe et la taille de la section les déplacent tous, alors confirmez-les par rapport au tableau du sidérurgiste pour la chaleur réelle.

Exécutez deux tempéraments de deux heures chacun. Après la première trempe, l'austénite retenue est toujours là. Il se transforme en service, la cavité s'agrandit de quelques centièmes de millimètre et la contrainte qui accompagne la transformation ouvre des fissures. Un dé qui change de dimension après quelques milliers de tirs, puis se fissure, a généralement été trempé en une seule fois.

La dureté de travail est un choix à deux faces. Une dureté plus élevée maintient le portail plus longtemps et conserve un poli sur la cavité. Il fait également avancer le premier réseau de contrôle thermique.

Guide d'application pour l'acier pour moules 1.2344, 1.2343 et 1.2367

Application	Premier choix	Dureté de travail	Raison
Inserts en aluminium petits et moyens avec un bon refroidissement	1.2344	46-48 HRC	Équilibre entre la résistance à l’usure et à la fatigue thermique
Grands inserts, sur environ 400 mm, pulvérisation inégale	1.2343	44-46 HRC	Une ténacité et une conductivité supplémentaires répartissent la tension
Noyaux, glissières et parois minces brûlants	1.2367	46-50 HRC	Maintient une dureté proche de 600 °C, là où 1,2344 recule
Moulage sous pression de zinc	1,2344 ou 1,2343	44-46 HRC	Température de fusion plus basse, l'usure est la limite
Laiton et autres travaux à haute température	1.2367	47-50 HRC	Le 1.2344 se ramollit trop rapidement à ces températures

L'erreur la plus coûteuse dans le choix de la nuance consiste à spécifier un grand insert structurel en 1.2344 trempé à 50 HRC simplement pour une dureté plus élevée. Ce moule se fissurera au niveau des angles vifs après seulement quelques milliers de tirs, ce qui rendra l'ensemble de l'insert mis au rebut.

Comment choisir le bon acier pour moules de moulage sous pression

Choisir entre 1,2344, 1,2343 et 1,2367 commence par identifier le principal défi opérationnel.

Choisissez 1,2344 pour des performances équilibrées

Si votre production implique un moulage sous pression d'aluminium conventionnel et nécessite un acier à outils pour travail à chaud bien établi, le 1.2344 est souvent une première option judicieuse.

Il offre un équilibre entre résistance à chaud, ténacité, résistance à l’usure et performance en fatigue thermique. Il est largement utilisé dans l’outillage industriel et ses pratiques de transformation établies peuvent faciliter sa spécification et son approvisionnement.

Considérons 1,2344 lorsque :

• Le moule fonctionne dans des conditions industrielles typiques de moulage sous pression.

• Un équilibre entre la durée de vie et le coût des matériaux est important.

• Les itinéraires standard de traitement de l’acier à outils pour travail à chaud sont préférés.

• L'application ne nécessite pas de qualité spécialisée à haute teneur en molybdène.

Choisissez 1.2343 lorsque la robustesse est une priorité

Si le composant du moule est vulnérable à la fissuration sous l'effet d'un impact ou d'une charge mécanique, 1.2343 mérite d'être pris en considération.

Son adéquation dépend de l’équilibre entre la ténacité, la dureté, la résistance à la fatigue thermique et les exigences d’usure. Pour certaines applications, un 1.2343 refondu de haute qualité peut être plus approprié qu'une alternative de qualité standard.

Considérons 1,2343 lorsque :

• La robustesse est une exigence majeure de conception.

• L'outillage subit des contraintes mécaniques importantes.

• L’application bénéficie d’une propreté et d’une microstructure de l’acier soigneusement contrôlées.

• Le concepteur du moule a identifié la fissuration comme un mode de défaillance clé.

Choisissez 1,2367 pour des conditions de haute température plus exigeantes

Pour les moules exposés à des charges thermiques sévères, à des températures de fonctionnement élevées ou à une détérioration rapide liée au revenu, le 1.2367 peut constituer un avantage.

Sa teneur plus élevée en molybdène permet une résistance aux températures élevées et au ramollissement. Néanmoins, ses avantages doivent être évalués par rapport au mécanisme de défaillance spécifique, au coût supplémentaire du matériau et à la méthode de traitement thermique.

Considérons 1,2367 lorsque :

• L’acier conventionnel pour travail à chaud subit un ramollissement prématuré.

• La résistance à haute température est une exigence essentielle.

• Le contrôle thermique ou l'usure à chaud reste un problème malgré des contrôles de processus appropriés.

• Une mise à niveau matérielle peut être justifiée par les améliorations attendues de la durée de vie du moule et des coûts de maintenance.

Pourquoi la fonte compte autant que la qualité

Un bloc de filière de 500 kg est un gros morceau d'acier dans lequel la ségrégation du lingot est toujours présente. Le centre d’un bloc conventionnel contient plus de carbone, de chrome et de molybdène que la surface, disposés en bandes. Usinez une cavité polie sur ces bandes et elles s'ouvrent sous forme de trous d'épingle. Sous cycle thermique, ils permettent également aux fissures de se propager facilement le long du cerclage.

Deux mesures réduisent cela. Le premier est le rapport de forgeage. Un lingot réduit à 5:1 a une plus grande partie de sa structure dendritique coulée décomposée et une plus grande partie de sa porosité centrale fermée qu'un lingot réduit à 3:1, et pour une cavité qui sera polie selon SPI A1 ou A2, la différence apparaît directement.

La seconde est la refonte. Le laitier refondu par électroslag contient généralement moins de 0,005 pour cent de soufre et avec de l'oxygène dans de faibles dizaines de ppm, contre 0,010 à 0,020 pour cent de soufre pour les chaleurs fondues à l'air conventionnelles de la même qualité. Des inclusions plus petites et moins nombreuses signifient moins de défauts de polissage et moins de sites d’initiation sur la surface de la cavité. Les indices d'inclusion selon ASTM E45 ou ISO 4967 et un numéro de granulométrie selon ASTM E112 valent la peine d'être écrits dans l'ordre de polissage de la cavité.

D'après notre expérience avec les grands inserts en aluminium, le stock forgé ESR effectue 30 à 50 % de tirs en plus avant que le premier réseau de contrôle thermique ne doive être retravaillé par rapport aux coupes de qualité conventionnelles à partir du même design. L'étalement dépend de la configuration du refroidissement, de la pratique de pulvérisation et de la dureté à laquelle la matrice est utilisée. Testez donc un insert avant de convertir l'ensemble.

FAQ

Q1 : 1,2344 est-il identique à H13 ?

A1 : Les deux décrivent la même famille d’aciers, et SKD61 et 4Cr5MoSiV1 y font également partie. Les gammes ne sont pas identiques. Les normes ASTM A681 et EN ISO 4957 définissent des fenêtres en carbone et vanadium légèrement différentes, de sorte qu'un certificat rédigé selon une norme ne satisfait pas automatiquement à un dessin qui appelle l'autre. Comparez les chiffres réels avant d’accepter une substitution.

Q2 : À quelle dureté un insert de moulage sous pression doit-il fonctionner ?

A2 : Pour la plupart des matrices en aluminium, 44-48 HRC couvre le travail, avec des noyaux et des glissières vers le haut de cette bande et de gros blocs vers le bas. Un insert très dur résiste à l'usure, au lavage du portail et aux fissures plus précoces. Demandez ce que le dé est censé faire avant de choisir un nombre.

Q3 : Puis-je durcir l’acier à outils recuit doux dans mon propre atelier ?

A3 : Oui, si l'atelier dispose d'un vide ou d'une atmosphère contrôlée et peut exécuter deux températures. Les échecs que nous constatons proviennent d'une seule trempe, du chargement d'un four froid directement à la température d'austénitisation sans préchauffage par étapes, et du durcissement d'un insert usiné sans tolérance de distorsion.

Q4 : Avons-nous besoin d’ESR pour une matrice de moulage sous pression ?

A4 :  Cela dépend de la cavité. Un petit insert dans une filière bien refroidie ne le justifie généralement pas. Un gros bloc ou une cavité qui sera polie pour obtenir une finition miroir le fait, car c'est là que les bandes et les inclusions se transforment en défauts visibles et en fissures précoces.

Q5 : Pourquoi mon insert H13 s'est-il fissuré après quelques milliers de tirs ?

A5 : Trois causes couvrent la plupart des cas. Une dureté supérieure à 48-49 HRC dans une section présentant un angle vif est un problème de spécification. Un revenu unique qui laisse l'austénite retenue se transformer en service constitue un problème de traitement thermique. Un fonctionnement de la filière avec une forte pulvérisation à froid est un problème de processus sur la machine.

Chez Qilu Steel, les acheteurs peuvent discuter de leurs besoins en acier à outils pour travail à chaud, notamment 1.2344, 1.2343 et 1.2367, en faisant référence aux dimensions requises, à l'état d'approvisionnement, au niveau de qualité et à l'application prévue. Confirmez les exigences exactes de qualité et d’inspection avant de passer une commande.

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