Diffusività termica di acciai sinterizzati

Transcript

1 Diffusività termica di acciai sinterizzati Gian Filippo Bocchini P/M Consultant, Rapallo, (GE), Italy Gianluigi Bovesecchi Paolo Coppa Sandra Corasaniti Roberto Montanari Alessandra Varone Michele Potenza University of Rome Tor Vergata PhD of industrial Engineering Research activities on Advanced Materials 8 Giugno 2015

2 Obiettivi Misura della diffusività termica, ad alta temperatura e a temperatura ambiente, di acciai sinterizzati; Analizzare l influenza dei parametri di processo di sinterizzazione sulla diffusività termica. La diffusività termica: c Applicazione dei matalli sinterizzati Settore automobilistico; Realizzazione di utensili e stampi; Componenti per macchine da ufficio ed elettrodomestici; Apparecchiature idrauliche.

3 Metodi FLASH METHOD p

4 Set up sperimentale: Temperatura ambiente p

5 Set up sperimentale: Alte temperature

6 Materiali Tipo di polvere Composizione chimica (% in peso) C Cr Ni Mo Mn Cu Fe Ferro semplice Ecosint A 0,5 1,5 0,4 0,8 0,2-96,6 Distaloy AE 0,5-4 0,5-1,5 93,5 Pressione di compattazione [MPa] Temperatura di sinterizzazione [ C] Provini

7 Elaborazione dati Modalità di elaborazione Regressione non lineare con il metodo dei minimi quadrati Modello di Parker ( ) T( t) T T T 1 2 ( 1) ne 0 0 (b,b, ) b T t 1 2 ( 1) ne n1 n1 n n 22 2 t L 2 2tb 2 L2 Ipotesi del modello di Parker: a) Sorgente di calore impulsiva ed uniforme b) Flusso termico monodirezionale ed ortogonale alle facce del campione c) Superfici adiabatiche (nessuna perdita di calore per convezione ed irraggiamento) b 1 = (T - T 0 ) b 2 = α

8 Elaborazione dati Andamento di temperatura Andamento dei residui Vettore dei parametri E-06 α Errore di previsione sui parametri E-08 S α Errore di previsione sui dati E-04 S v/t

9 Risultati a temperatura ambiente Diffusività termica in funzione della densità per il campione Ferro semplice T = 1160 C T = 1260 C

10 Risultati a temperatura ambiente Diffusività termica in funzione della densità per il campione Ecosint A T = 1160 C T = 1260 C

11 Risultati a temperatura ambiente Diffusività termica in funzione della densità per il campione Distaloy AE T = 1160 C T = 1260 C

12 Diffusività termica [10-6 m 2 /s] Risultati alta temperatura FERRO SEMPLICE (ATOMIZZATO) Temperatura di CODICE Pressatura [MPa] sinterizzazione [ C] s ( ) [10 ] ± ± ± ± ± ± 0.03 m s FERRO SEMPLICE ATOMIZZATO 9 8,8 8,6 8,4 8,2 8 7,8 7,6 7, Pressione di compattazione [Mpa] Sinterizzazione: T=1160 C Sinterizzazione: T=1260 C

13 Risultati ad alta temperatura ECOSINT A Temperatura di CODICE Pressatura [MPa] sinterizzazione [ C] s ( ) [10 ] ± ± ± ± ± ± 0.04 m s

14 Risultati ad alta temperatura DISTALOY AE Temperatura di CODICE Pressatura [MPa] sinterizzazione [ C] s ( ) [10 ] ± ± ± ± ± ± 0.08 m s

15 Diffusività termica [10-6 m 2 /s] Confronto Confronto con i valori di diffusività termica degli stessi campioni a temperatura ambiente FERRO SEMPLICE ATOMIZZATO 11 9 Sinterizzazione: T=1160 C Sinterizzazione: T=1260 C Temperatura [ C]

16 Diffusività termica [10-6 m 2 /s] Confronto ECOSINT A Sinterizzazione: T=1160 C Sinterizzazione: T=1260 C Temperatura [ C] Indipendentemente dalla composizione chimica, pressatura e sinterizzazione, aumentando la temperatura si ha una diminuzione di α del 45% per il Ferro semplice del 15 20% per l Ecosint A ed il Distaloy AE

17 Analisi delle incertezze TIPI DI INCERTEZZA (ISO GUM) Incertezza di misura (tipo A) Incertezza di modello (tipo B) - misura dello spessore dei campioni - previsione di α ottenuta dalla matrice di covarianza delle incognite data dalla regressione - deviazione standard dovuta alla ripetizione delle prove - propagazione dell errore della misura dello spessore dei campioni - propagazione dell errore della misura di temperatura - isolamento termico del sistema - approssimazione del segnale luminoso - uniformità spaziale della sorgente 1,1% 2,3% INCERTEZZA COMPLESSIVA 2,9%

18 Conclusioni La diffusività termica dipende: DALLE CARATTERISTICHE DI PRODUZIONE DEL SINTERIZZATO DALLA COMPOSIZIONE CHIMICA DELLE POLVERI - Pressione di compattazione (minor presenza di aria nel materiale) - Presenza di elementi aggiuntivi nelle polveri - Condizioni di sinterizzazione (maggiore accrescimento dei grani)

19 Sviluppi futuri Per gli sviluppi futuri sarebbe opportuno applicare tale metodo in un range di temperature che può andare da quella ambiente a quella considerata in questo lavoro sempre per gli stessi campioni, in modo da avere un database di valori più ampio da analizzare con la possibilità di creare un modello teorico di rappresentazione della diffusività termica al variare della temperatura.