EFFETTO DEL TENORE DI Mn E Mg SULLE PROPRIETÀ MECCANICHE, MICROSTRUTTURALI E SULL INDICE DI QUALITÀ DELLA LEGA A356
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- Oreste Cavaliere
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1 XXXIII Congresso di fonderia novembre 2016, Museo Mille Miglia - S. Eufemia (BS) EFFETTO DEL TENORE DI Mn E Mg SULLE PROPRIETÀ MECCANICHE, MICROSTRUTTURALI E SULL INDICE DI QUALITÀ DELLA LEGA A356 A. Fortini 1, M. Merlin 1, E. Fabbri 1, S. Pirletti 2, G. L. Garagnani 1 1 Gruppo di ricerca di Metallurgia, Dipartimento di Ingegneria, Ferrara 2 Fonderie Mario Mazzucconi, Ponte San Pietro (BG)
2 Intermetallici di Fe α-al 8 Fe 2 Si: cristallo poliedrico β-al 5 FeSi: aciculare J. A. Taylor, 2012, Procedia Materials Science, 1, π-al 8 FeMg 3 Si 6 : scrittura cinese La differente morfologia dei composti intermetallici influisce sulla colabilità e sulle caratteristiche meccaniche della lega
3 Frattura e intermetallici In presenza di un carico di trazione, gli intermetallici sono preferenzialmente attraversati dal percorso della frattura rispetto a quanto accade per le particelle di Si eutettico C. H. Cáceres, J. A. Taylor, 2006, Metallurgical and Materials Transactions B, 37, Metodi di neutralizzazione degli intermetallici di tipo β Aggiunta di Mn Riduzione del tenore di Mg
4 Obiettivi (i) Realizzazione di colate sperimentali aventi differenti rapporti Mn/Fe e differenti tenori di Mg; (ii) Esecuzione di prove di trazione monoassiale per valutare l effetto della composizione chimica sulle proprietà meccaniche; (iii) Studio delle caratteristiche microstrutturali delle leghe; (iv) Analisi dei risultati mediante l impiego di QI charts.
5 Colate sperimentali: Mn/Fe Mn/Fe=0 00 (Rif.) Mn/Fe=0.37 Mn/Fe=0.50 Mn/Fe=0.79 Al + Si AlSi7 + AlTi5B1, Sr, Mg Mn/Fe=0.95 Mn/Fe=1.11 Leghe Mn/Fe Lega Composizione (wt. %) Al Si Fe Mn Mg Ti Sr (ppm) Mn/Fe=0 (Rif.) Bal Mn/Fe=0.37 Bal Mn/Fe=0.50 Bal Mn/Fe=0.79 Bal Mn/Fe=0.95 Bal Mn/Fe=1.11 Bal
6 Colate sperimentali: Mn/Fe Mn/Fe=0 00 (Rif.) Mn/Fe=0.37 Mn/Fe=0.50 Mn/Fe=0.79 Al + Si AlSi7 + AlTi5B1, Sr, Mg Mn/Fe=0.95 Mn/Fe=1.11 Leghe Mn/Fe Lega Composizione (wt. %) Al Si Fe Mn Mg Ti Sr (ppm) Mn/Fe=0 (Rif.) Bal Mn/Fe=0.37 Bal Mn/Fe=0.50 Bal Mn/Fe=0.79 Bal Mn/Fe=0.95 Bal Mn/Fe=1.11 Bal
7 Colate sperimentali: Mg Al + Si AlSi7 + AlTi5B1, Sr Mg=0.25 Mg=0.30 Mg=0.34 Mg=0.39 (Rif.) Leghe Mg Lega Composizione (wt. %) Al Si Fe Mn Mg Ti Sr (ppm) Mg=0.25 Bal Mg=0.30 Bal Mg=0.34 Bal Mg=0.39 (Rif.) Bal
8 Colate sperimentali: Mg Al + Si AlSi7 + AlTi5B1, Sr Mg=0.25 Mg=0.30 Mg=0.34 Mg=0.39 (Rif.) Leghe Mg Lega Composizione (wt. %) Al Si Fe Mn Mg Ti Sr (ppm) Mg=0.25 Bal Mg=0.30 Bal Mg=0.34 Bal Mg=0.39 (Rif.) Bal
9 Caratterizzazione sperimentale Colata in conchiglia Getti Solubilizzazione 535 C per 4.5 h Tempra Invecchiamento artificiale 155 C per 4.5 h Prova di trazione Analisi dei risultati Caratterizzazione microstrutturale
10 Proprietà meccaniche (Rif.) (Rif.) L aumento del contenuto di Mn rispetto alla lega di riferimento non determina una variazione significativa di A%, UTS e YS
11 Analisi microstrutturale Mn/Fe = 0 Mn/Fe = 0.37 Mn/Fe = 0.50 Mn/Fe = 0.79 Mn/Fe = 0.95 Mn/Fe = 1.11
12 Valutazione degli intermetallici β Lega N di particelle (#) Valore medio della lunghezza massima (µm) Deviazione standard (µm) Mn/Fe=0 (Rif.) Mn/Fe= Mn/Fe= Mn/Fe= Mn/Fe= Mn/Fe= L aumento del contenuto di Mn determina una riduzione del numero di particelle del tipo β-al 5 FeSi, mentre la variazione della loro lunghezza massima è trascurabile
13 Profili di frattura Mn/Fe = 0 Mn/Fe = 1.11 Fratture intergranulari Cricche secondarie, rottura del Si eutettico (clivaggio)
14 Superfici di frattura Mn/Fe = 0 Mn/Fe = 1.11 Presenza di dimples equiassici formatisi durante la trazione
15 Proprietà meccaniche (Rif.) (Rif.) La riduzione del contenuto di Mg determina un incremento di A% associato ad una significativa riduzione di UTS e YS
16 Valutazione degli intermetallici β Lega N di particelle (#) Valore medio della lunghezza massima (µm) Deviazione standard (µm) Mg= Mg= Mg= Mg=0.39 (Rif.) La riduzione del contenuto di Mg non determina variazioni significative del n di particelle di tipo β-al 5 FeSi sebbene si possa individuare un lieve calo
17 Profili di frattura Mg = 0.39 wt. % Mg = 0.25 wt. % Frattura intergranulare Frattura transgranulare
18 Quality Index charts Q = UTS + k log (A%) (MPa) YS P = a UTS - b log (A%) - c (MPa) M. Drouzy et al., 1980, Cast metals journal, 5, EN AC k=150 MPa a=1, b=60, c=13 M. Drouzy et al., 1980, AFS International Cast Metals Journal, Q = YS + m A% (MPa) EN AC m=50 T. Din et al., 1996, Material science technology, 12,
19 QI Drouzy: Mn/Fe La variazione dei rapporti Mn/Fe non determina variazioni significative dei valori di Q e di YS P Q = 490 MPa YS P = 254 MPa
20 QI Drouzy: Mg La riduzione del tenore di Mg da 0.39 wt. % a 0.34 wt. % sposta i punti nella direzione delle line iso-q (Q=490 MPa)
21 QI Din: Mn/Fe La variazione dei rapporti Mn/Fe non determina variazioni significative dell indice di qualità
22 QI Din: Mg La riduzione del tenore di Mg determina un aumento della qualità della lega e il miglior compromesso si ottiene per un tenore di Mg pari a 0.34 wt.%
23 Conclusioni A causa del basso contenuto di Fe presente in lega, l aggiunta di Mn non ha determinato un incremento significativo delle proprietà meccaniche sebbene sia stata osservata una riduzione del numero di intermetallici di tipo β-al 5 FeSi; La riduzione del tenore di Mg ha portato ad un incremento di A% e la frattura dei campioni è risultata controllata prevalentemente dalla matrice di Al e non dagli intermetallici β-al 5 FeSi; Attraverso l impiego degli indici di qualità si è evidenziato come il miglior compromesso tra duttilità e resistenza si ottiene per un tenore di Mg pari a 0.34 wt. %.
24 Grazie per l attenzione A. Fortini, M. Merlin, E. Fabbri, S. Pirletti, G. L. Garagnani Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi di Ferrara Fonderie Mario Mazzucconi, Ponte San Pietro (BG) annalisa.fortini@unife.it
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