Progetto EU DEBACOAT: Sviluppo di leghe ferrose e tecniche fusorie per la produzione di rivestimenti resistenti ad usura ed abrasione

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Cipriano Battaglia
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1 Progetto EU DEBACOAT: Sviluppo di leghe ferrose e tecniche fusorie per la produzione di rivestimenti resistenti ad usura ed abrasione L. Rovatti, J. Lemke, O. Stejskal, S.Zarini, B.Previtali, M. Vedani Politecnico di Milano, Dipartimento di Meccanica ludovica.rovatti@polimi.it

Rovatti, J. Lemke, O. Stejskal, S.Zarini, B.Previtali, M.

I partner industriali I partner della ricerca Bernex (Coordinator) Czech Republic Special expertise on wear and corrosion resistant bimetallic barrel manufacturing by spin casting Fraunhofer

Germany The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology (IWS) Euroviti Italy Machining and finishing of the coated products making out of them final products according to end user needs

2 I partner industriali I partner della ricerca Bernex (Coordinator) Czech Republic Special expertise on wear and corrosion resistant bimetallic barrel manufacturing by spin casting Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.v. Germany The Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology (IWS) Euroviti Italy Machining and finishing of the coated products making out of them final products according to end user needs Fundación Tekniker IK4 Spain Fundación Tekniker IK4 GNC Laser Spain Laser system developer and manufacturer focusing its activity on laser hardening, welding and cladding Politecnico di Milano Italy Dipartimento di Meccanica nt Neue Technologie Systemlösungen GmbH Germany NT Systemlösungen GmbH is an enterprise producing any metallic alloy powder

3 Sommario Introduzione: - rivestimenti nei barrels per l estrusione di polimeri: tecniche di spin casting e laser cladding - scopo del progetto DEBACOAT - diluizione Procedura sperimentale Risultati: Rivestimenti tramite laser cladding e progetto di una nuova mini-testa laser Effetti della simulazione sperimentale della diluizione su una lega hardfacing Fe-C-B-Ni a base ferro ed effetti della diluizione depositosubstrato Effetto del vanadio sulla lega Fe-C-B-Ni Conclusioni

cladding e progetto di una nuova mini-testa laser Effetti della simulazione sperimentale della diluizione su una lega

Tecniche di deposizione: spin casting e laser cladding per rivestimenti per l estrusione di polimeri Le pareti interne dell estrusore devono essere rivestite con leghe dure e resistenti ad usura a

4 Tecniche di deposizione: spin casting e laser cladding per rivestimenti per l estrusione di polimeri Le pareti interne dell estrusore devono essere rivestite con leghe dure e resistenti ad usura a causa delle severe condizioni tribologiche e corrosive a cui sono sottoposte durante il processo. Condizioni di usura e corrosione variabili lungo la sezione dell estrusore Spin casting Laser Cladding

usura a causa delle severe condizioni tribologiche e corrosive a cui sono sottoposte durante il

5 Scopo del progetto DEBACOAT: Il principale obiettivo del progetto è stato lo sviluppo di barrels con rivestimenti spessi innovativi attraverso la formulazione di nuove composizioni e la creazione di un gradiente composizionale lungo la lunghezza dell estrusore per affrontare le diverse condizioni di usura e corrosione presenti nelle specifiche sezioni del barrel. RISULTATI DISCUSSI

la creazione di un gradiente composizionale lungo la lunghezza dell estrusore per affrontare le

Diluizione: definizioni Diluizione geometrica: legata ai parametri del rivestimento a seguito della deposizione: Diluizione / diffusione chimica: è dovuta all

6 Diluizione: definizioni Diluizione geometrica: legata ai parametri del rivestimento a seguito della deposizione: Diluizione / diffusione chimica: è dovuta all interalloying tra rivestimento e substrato e può essere espressa come precentuale di materiale base miscelata al rivestimento. ST-Georges, L. Wear, 2007, 263 (1-6), pp

interalloying tra rivestimento e substrato e può essere espressa come precentuale

7 Procedura sperimentale Casting: Fusione delle polveri in due tipi di crogioli: di allumina e di acciaio con una cavità di 20 x 10 x 10 mm Gas di protezione: Ar Laser cladding: Fiber laser (IPG YLR-1000,M2=5.14) Potenza: 1000 W Diametro dello spot: 3.3 mm Sovrapposizione: 30% Velocità: 3 mm/s Caratterizzazione OM, SEM DSC (velocità di riscaldamento e raffreddamento di 30 C/min) Microdurezza HV e macrodurezza HV Prove di usura pin-on-disc

14) Potenza: 1000 W Diametro dello spot: 3.

8 Procedura sperimentale: composizioni delle polveri Spin casting (balance Fe) C+B Si Mn Cr Ni Mo V Fe-C-B-Ni (A) Fe12V Leghe diluite: aggiunte di Fe (10, 20, 30, 40 % in peso) Leghe ricche in V: aggiunte di Fe12V (5, 10, 20, 30, 40 % in peso)

9 Risultati laser cladding: Nuova mini-testa laser Deposito a base Ni+WC e a base Ni, preriscaldo di 550 C Assenza di cricche nei depositi multipassata per temperature di preriscaldo > 350 C Nuova mini-testa (DI<58mm) Fraunhofer IWS

cricche nei depositi multipassata per temperature di

10 Risultati: Lega base ipereutettica Fe-C-B-Ni La lega base contiene carbo-boruri primari Fe 3 (C,B) e grafite

11 Effetti della diluzione sulla lega base: microstruttura e intervallo di solidificazione Lega Fe-B-C-Ni prima della diluizione Lega Fe-B-C-Ni dopo diluizione Lega T liquidus ( C) T solidus ( C) T ( C) A A+10%Fe A+30%Fe

diluizione Lega Fe-B-C-Ni dopo diluizione Lega T liquidus ( C) T

12 Effetti della diluizione sulla microstruttura e durezza della lega Fe-C-B-Ni dopo fusione nei crogioli di acciaio

13 Leghe ad alto V: microstruttura e intervallo di solidificazione Lega eutettica: A+20%Fe12V (2.5 % peso V) Lega ipoeutettica: A+40%Fe12V (5 % in peso di V) Lega T liquidus ( C) T solidus ( C) A A+20%Fe12V A+40%Fe12V T

14 Leghe ad alto V: test di usura pin-on-disc A A+20Fe12V A+40Fe12V VC fini non criccano, matrice si ossida nella lega ipoeutettica

15 Conclusioni E stato realizzato il progetto di una mini-testa laser al fine di depositare rivestimenti tramite laser cladding all interno di barrels di diametro interno minore di 58 mm È possibile utilizzare un approccio di studio sistematico della diluizione in rivestimenti hardfacing per l ottimizzazione delle proprietà e della microstruttura Un aggiunta della polvere Fe12V fino al 40% in peso ad una lega ipereutettica Fe-C-B- Ni consente di ottenere un incremento delle proprietà ad usura grazie alla presenza di carburi VC distribuiti in una matrice baintico-martensitica

hardfacing per l ottimizzazione delle proprietà e della microstruttura Un aggiunta della polvere Fe12V fino al 40% in peso ad una lega

16 Grazie per l attenzione! Per ulteriori informazioni: ludovica.rovatti@polimi.it maurizio.vedani@polimi.it

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