Metallurgia delle polveri: tecnologia in costante sviluppo per la produzione di componenti industriali. Alberto Molinari.

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Samuele Cavalli
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1 Metallurgia delle polveri: tecnologia in costante sviluppo per la produzione di componenti industriali Alberto Molinari 5 maggio 2008

2 Descrizione della tecnologia: il processo convenzionale

3 Le operazioni secondarie

4 Lo stadio decisivo del processo: la pressatura

5 L evoluzione del materiale mentre si produce il pezzo

6 I fenomeni metallurgici che caratterizzano il processo Compattazione Sinterizzazione Non si raggiunge la densità teorica Inizio della resistenza alla densificazione Aumenta la densità (deformazione plastica) Si forma il legame metallico (diffusione) (ossido-riduzione)

Inizio della resistenza alla densificazione Aumenta la densità

7 Caratteristica peculiare dei sinterizzati densità - porosità acciaio 6.7 g/cm 3 acciaio 7.1 g/cm 3 acciaio 7.5 g/cm 3

9 Le proprietà meccaniche e le conseguenti applicazioni 1100 ingranaggi a denti diritti ed elicoidali YS,MP Pa A ingranaggi conici e spiroconici A A E,J

elicoidali 1000 900 YS,MP Pa 800 700 A ingranaggi

10 pulegge componenti per pompe olio componenti per compressori frigoriferi

11 gruppi saldati leve

12 componenti di forma complessa componenti per impieghi magnetici

13 filtri La porosità come elemento funzionale cuscinetti autolubrificanti

14 Perché si usano i sinterizzati? Albero a eccentrico per compressore per frigorifero. if Da ghisa lavorata di macchina a saldatura dell eccentrico sinterizzato su albero da tubo (riduzione costo e peso) Leva per dispositivo di sollevamento per trattore. Da acciaio forgiato lavorato di macchina a saldatura a proiezione di due componenti sinterizzati (riduzione costo) Impulsatore magnetico per accensione elettronica dell auto Da saldatura e ribaditura di 5 pezzi torniti, una piastra tranciata e un sinterizzato a saldatura di due pezzi sinterizzati tra loro con due pezzi ribaditi (riduzione costi)

15 Albero a camme con ingranaggio della distribuzione per falciatrice da giardino Da ghisa lavorata di macchina a saldatura a proiezione i dell ingranaggio i e delle due camme sinterizzate i t (acciaio i Ni-Cu) (riduzione costo) Puleggia della distribuzione per autovettura Da ghisa a due pezzi sinterizzati (acciaio al rame) assemblati (riduzione costo e migliore finitura superficiale) Mozzo scorrevole per cambio manuale Da barra di acciaio lavorata di macchina a sinterizzato (acciaio al Cu-P) (riduzione costo)

distribuzione per autovettura Da ghisa a due pezzi sinterizzati (acciaio al rame) assemblati (riduzione costo e migliore

16 Settore dentato per riduttore in un condizionatore Da settore in lamiera tranciata (due pezzi) e mozzo in lega di Al pressocolata, calettati a sinterizzato i t in acciaio i legato (riduzione costo) Ingranaggio con pignone per riduttore in un condizionatore Da lamiera tranciata (due pezzi) e pignone lavorato di macchina a pezzo unico in acciaio al Ni-Cu-Mo sinterizzato (riduzione costo e comportamento autolubrificante)) Disco di turbolenza per i bruciatori di combustibili liquidi Da lamiera tranciata, piegata e fresata a sinterizzato in acciaio a basso carbonio (dopo modifica del disegno) (riduzione costo)

pignone lavorato di macchina a pezzo unico in acciaio al Ni-Cu-Mo sinterizzato (riduzione costo e comportamento autolubrificante)) Disco di turbolenza

17 L approccio per l ottimizzazione 1. Ogni pezzo / dispositivo è concepito per svolgere una funzione rispettando delle specifiche di costo, peso, ingombro, ecc. 2. La funzione è la sintesi di: progetto, materiale, processo tecnologico 3. Materiale, progetto e processo tecnologico devono essere concepiti contestualmente 4. Progettista, tecnologo dei materiali e tecnologo di processo devono collaborare fin dall inizio 5. Nessuna soluzione tecnologica deve essere esclusa a priori 6. La soluzione più conservativa non sempre è quella ottimale 7 Il materiale deve ricominciare a svolgere il ruolo 7. Il materiale deve ricominciare a svolgere il ruolo che ha svolto in passato nel supporto all innovazione tecnologica

Progettista, tecnologo dei materiali e tecnologo di processo devono collaborare fin dall inizio 5. Nessuna soluzione tecnologica deve essere esclusa a priori 6.

18 Dove si impiegano principalmente i sinterizzati? Motore Sospensioni e Freni Trasmissione Sistema di Scappamento Possibili sviluppi Aumento delle proprietà meccaniche

19 Aumento delle proprietà meccaniche Proprietà simili al forgiato 900 YS,MPa processo standard 500 A A - Sviluppo di nuovi materiali - Modifica della pressatura - Modifica della sinterizzazione - Trattamenti termici e superficiali - Lavorazioni meccaniche superficiali A E,J

Modifica della pressatura - Modifica della sinterizzazione - Trattamenti

20 Modifica della pressatura Warm Compaction High Velocity Compaction

21 Modifica della sinterizzazione Sinterizzazione ad alta temperatura

22 Modifica della sinterizzazione Fe-0.5%C-1.5%Cr Sinterotempra 3 C/sec Martensite 0.5 C/sec bainite superiore

23 Aumento delle proprietà: innovazione di processo YS,MPa DDC Sinterotempra AM A2N CrL 600 Condizioni standard LTs SH A CrL A Pressatura ad alta densità DDC DDC AM AM 500 A2N A A2N HTs CrL E,J

24 Aumento delle proprietà: innovazione di processo e di materiale C = cold compaction W = warm compaction L = 1120 C H = 1240 C Quenched and stress relieved Quenched and stress relieved 3%Cr 0.5%Mo 0.35%C trattamento termico Quenched and stress relieved cold compacted and sintered at 1120 C warm compaction compacted and sintered at 1250 C cold aumento compacted Tsint. and sintered at 1250 C

25 Aumento delle proprietà: trattamenti superciali 3%Cr 0.5%Mo 0.2%C : cementazione Tsint = 1120 C Tsint = 1240 C

26 Aumento delle proprietà: trattamenti superficiali 1.5%Cr 0.2%Mo 0.6%C : nitrurazione ionica

27 Aumento delle proprietà: lavorazioni meccaniche superficiali

28 La ricerca a Trento (sulla tecnologia convenzionale) Sviluppo di materiale e processo per la produzione di componenti per l industria i automobilistica: ti biella, ingranaggio i del cambio Durata: tre anni Collaborazioni industriali: Höganäs AB, TFM, Vacuum, 2Effe Eng. Collaborazioni universitarie: Madrid, Vienna, Kosice Personale coinvolto: Cinzia Menapace, Lorena Maines, Elena Santuliana

29 I processi speciali della Metallurgia delle Polveri - Hot Isostatic Pressing - Sinteroforgiatura - Estrusione di polveri - Laminazione di polveri - Formatura senza pressione (tape casting, slip casting) - Metal Injection Moulding - Induction sintering i La ricerca a Trento - Spark Plasma Sintering 5 progetti di ricerca 10 progetti industriali - Selective laser sintering - Selective laser melting - Cinzia Mmenapace - Electron beam sintering - Gloria Ischia, Lorena Maines, Mirco D Incau - Electron beam melting - Luca Facchini, Ivan Lonardelli, Palloma Muterlle, Ketner Demetrio, Enzo Castellan -Nerio Vicente -K4Sint, spin-off dell Università di Trento -laurandi

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