FOCUS GROUP Materiali per la progettazione meccanica MATERIALI METALLICI. Focus Group InnovaBologna

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1 FOCUS GROUP Materiali per la progettazione meccanica MATERIALI METALLICI

2 Perché il MATMECH Proprietà Struttura Componenti ottimizzati in termini di proprietà e costi Processo

3 MATERIALI METALLICI RESISTENZA STRUTTURALE FATICA TRIBOLOGIA ATTRITO e USURA L 80-90% delle rotture strutturali è dovuto a fenomeni di fatica.

4 Perché la tribologia?! 10-30% energia prodotta industrialmente è dissipata in attriti.! L usura è una delle cause primarie di guasti di organi meccanici. Lubrificazione 2% Affidabilità e Efficienza 4% Manodopera 2% Energia 5% Costi di manutenzione 45% Aumento della durata 20% No interruzioni impianto 22%! Risparmio ~4% PIL

5 TECNICHE di INGEGNERIA delle SUPERFICI per ridurre attrito e usura Trattamenti termochimici di diffusione (cementazione, nitrurazione, ). Trattamenti di conversione chimica (cromatazione, anodizzazione,.). Rivestimenti (CVD, PVD, per spruzzatura termica,.). Trattamenti di amorfizzazione e alligazione superficiale mediante laser.

6 Carter ottenuto mediante fusione in sabbia in lega di alluminio G-AlSi7Mg G T6 In fase di collaudo il prototipo presentava cricche e fratture premature. BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

7 ANALISI degli STATI TENSIONALI MEDIANTE SIMULAZIONI FEM! Le zone in cui sono state rilevate cricche, sono quelle maggiormente sollecitate.! L entità degli sforzi è tuttavia inferiore a quella massima ammissibile e non avrebbe dovuto innescare fenomeni di frattura. BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

8 ANALISI MICROSTRUTTURALI Presenza di numerosi difetti di solidificazione: porosita da gas e cavita di ritiro BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

9 ANALISI FRATTOGRAFICHE BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

10 La rottura e da imputare a fenomeni di fatica conseguenti a concentrazione degli sforzi in corrispondenza di irregolarita geometriche e soprattutto dei difetti di solidificazione Soluzione a breve termine Alto costo Soluzione a lungo termine Minor costo Riduzione dei difetti di colata mediante HIP Ottimizzazione del processo di colata BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

11 Effetto della HIP sulla microstruttura NO HIP HIP Eliminazione quasi totale dei difetti di solidificazione BOMET, DIEM InnovaBologna Università di Bologna

12 EFFETTI dell HIP sulla RESISTENZA A FATICA 132 Aumento resistenza a fatica + 37% MPa Campioni non sottoposti ad HIP Campioni sottoposti ad HIP 12 Riduzione scarto - 25% MPa Scarto stimato per i campioni non sottoposti ad HIP Scarto stimato per i campioni sottoposti ad HIP 9

13 BOMET, DIEM Università di Bologna CONCLUSIONI " La pressatura isostatica a caldo (HIP) ha condotto ad una significativa riduzione dello stato difettivo del getto. " Essa ha, conseguentemente, portato ad un aumento della resistenza a fatica pari al 37% e ad una riduzione nella dispersione dei dati, di circa il 25%. " In relazioni ai costi elevati della HIP, l ottimizzazione del processo di colata,, al fine di una riduzione dei difetti, risulta di fondamentale importanza per aumentare le proprietà meccaniche del getto.

14 ATTIVITA di RICERCA in CORSO Prove di fatica su ingranaggi sottoposti a pallinatura Prof. A. Freddi (DIEM Università di Bologna). Ottimizzazione del processo di cementazione in bassa pressione, Prof. L. Ceschini, Prof. L. Tomesani (BOMET, DIEM Università di Bologna). Proprietà meccaniche di getti in ghisa grigia GJL , Prof. G. Nicoletto (IED - Università di Parma).

15 ATTIVITA di RICERCA in CORSO Criteri di progettazione a fatica di getti in lega di Al sulla base di parametri microstrutturali, superficiali e difettologici, Prof. G. Nicoletto (Università di Parma), Prof. L. Tomesani, Prof. L. Ceschini, Ing. A. Morri Università di Bologna). (DIEM BOMET, Caratterizzazione microstrutturale e meccanica di compositi a matrice metallica, Prof. G. Minak, Prof. L. Ceschini, Ing. A. Morri (DIEM-BOMET, Università di Bologna).

16 ATTIVITA di RICERCA in CORSO Trattamenti di modificazione superficiale in funzione tribologica su leghe di alluminio e titanio, Prof. G. Palombarini, Prof. L. Ceschini, Prof. G. Sambogna, Prof. E. Lanzoni (Bomet, Università di Bologna). Indurimento superficiale di acciai inox austenitici mediante Kolsterizzazione, Prof. G. Palombarini, Prof. L. Ceschini, Prof. G. Sambogna, Prof. E. Lanzoni (Bomet, Università di Bologna).

17 ATTIVITA di RICERCA in CORSO Confronto tra le caratteristiche tribologiche e chimiche di rivestimenti galvanici e HVOF su diversi sostrati metallici, Prof. G. Poli, Ing. P. Veronesi (DIMA, Università di Modena). Proprietà tribologiche e anti-graffio di film sottili polimerici su sostrati metallici, Prof. G. Poli, Ing. P. Veromesi, Prof. M. Messori (DIMA, Università di Modena).

18 Hot Isostatic Pressing - HIP I componenti vengono posti in una camera a pressione in ambiente di gas inerte (azoto, argon). Valori di T e P simili a quelli utilizzati nella forgiatura. Vengono eliminati i difetti interni del materiale. Non si inducono variazioni dimensionali. Parametri di processo per lega G-AlSi7Mg 520 C per 2 ore a 100 MPa