TRATTAMENTI TERMICI CRIOGENICI Incremento delle prestazioni di utensili da taglio

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1 TRATTAMENTI TERMICI CRIOGENICI Incremento delle prestazioni di utensili da taglio

2 LINEE DI RICERCA MUSP

3 CRIOGENIA IL LABORATORIO MUSP PER LE AZIENDE MUSP vanta competenze d eccellenza nell ambito della ricerca industriale, del problem solving e del miglioramento dei sistemi produttivi e collabora con le aziende del territorio principalmente in due modi: Servizi Studi di fattibilità, analisi ad elementi finiti, analisi di processi industriali di asportazione e deformazione plastica, sensorizzazione macchine ecc. Supporto tecnico nella partecipazione a bandi di ricerca Definizione e stesura degli allegati tecnici per la partecipazione delle aziende o di reti di imprese a bandi di ricerca pubblici regionali (es. PRRIITT), nazionali (es. Cluster) ed europei (es. Horizon2020)

4 CRIOGENIA Risorse MUSP Forno a carro Nabertherm W7500/85 Forno Nabertherm L9/11-HA Centro di lavoro a 5 assi Jotech JOBS Macchina per taglio water-jet Tornio a CN SOMAB UNIMAB 400 provvisto di utensili Centro di lavoro Mandelli a mandrino orizzontale Forno Nabertherm N250/85-HA Forno Tubolare da Laboratorio Nabertherm Nel Laboratorio hanno lavorato nel corso degli anni circa 60 ricercatori, la maggior parte dei quali oggi presso importanti aziende del settore

5 CRIOGENIA Criogenia Branca della fisica e ingegneria che si occupa dello studio delle basse temperature, come produrle e impiegarle. Crionica Criobiologia Criochirurgia Crioelettronica Le Temperature criogeniche vengono raggiunte sfruttando i cosiddetti gas criogenici, come Azoto, Argon, Elio, CO 2, Etilene L azoto liquido è uno dei fluidi criogenici più utilizzati nel mondo dell industria, con un punto di ebollizione pari a -196 C a pressione atmosferica

6 Criogenia nell industria metalmeccanica 1. Calettatura a Freddo Si sfruttano i cambiamenti di volume dei materiali in seguito alla variazione di temperatura per il montaggio di accoppiamenti. Il componente interno, si contrae quando viene raffreddato con azoto liquido e può così essere inserito nell elemento esterno. Esempio di calettatura a freddo con fluido criogenico

7 Criogenia nell industria metalmeccanica 2. Macinazione Criogenica Si sfrutta l abbassamento di temperatura per indurre un infragilimento del materiale da ridurre in polvere. Questa tecnica è particolarmente utile nella macinazione di materiali plastici o metallici tenaci come l alluminio. Esempio di mulino a palle raffreddato con azoto liquido.

8 Criogenia nell industria metalmeccanica 3. Asportazione di truciolo con refrigeranti criogenici Il refrigerante criogenico è un alternativa ecologica e a basso costo ai comuni oli lubrificanti. Questa tecnologia non è molto comune ma garantisce una maggiore produttività e qualità, soprattutto nella lavorazione di superleghe di Nichel e Titanio. Esempio di lavorazione di asportazione di truciolo assistita la refrigerante criogenico effettuata presso i laboratori MUSP.

9 Criogenia nell industria metalmeccanica 4. Trattamenti Termici Criogenici: Ingranaggi, componentistica motori e aerospace, utensili da taglio... I trattamenti criogenici offrono una soluzione versatile, a basso costo e eco-friendly per l incremento delle prestazioni di componenti meccaniche. Si induce un miglioramento delle proprietà di resistenza ad usura, durezza, tenacità e stabilità dimensionale. Esempio di ingranaggi raffreddati con azoto liquido.

10 Criogenia nell industria metalmeccanica 4. Trattamenti Termici Criogenici: Ingranaggi, componentistica motori e aerospace, utensili da taglio... L incremento di proprietà di utensili da taglio a seguito di trattamenti criogenici è stato dimostrato sperimentalmente nel corso degli anni. Maschio in metallo duro successivamente a trattamento criogenico.

11 TT Criogenici Quali sono i parametri in gioco in TT criogenico? 1. T immersione ; 2. t immersione ; 3. Rampe di raffreddamento; 4. Rampe di riscaldamento. Posizionamento del TT-criogenico nella storia termica del pezzo trattato! Timmersione determina anche la denominazione del trattamento: TT-freddo: -50/ -120 C TT-criogenico superficiale: -120/ -160 C TT-criogenico profondo: -160/ -196 C

12 TT Criogenici Quali sono gli effetti di TT criogenico? Omogeneizzazione microstruttura Trasformazione dell austenite residua TT-Criogenico (materiali base acciaio) Aumento frazione volumetrica carburi Precipitazione carburi ultrafini Raffinazione carburi secondari

13 Temperature C Temperature C Acciaio Super Rapido HSS Utilizzi: Frese, inserti per tornitura, punte per trapani, maschi Alliganti tipici: Tungsteno, Molibdeno, Cromo, Vanadio, Cobalto Trattamento Termico Convenzionale 1230 C C 3 min C 3 min 1,5 min 560 C 1 h 560 C 1 h 560 C 1 h C 1,5 min Quench in gas to room T time Austenitizzazione + time Tempra Tripla

14 Temperature C Temperature C Temperature C Acciaio Super Rapido HSS Trattamento Termico Criogenico finale C 1230 C 1,5 min time C 3 min 3 min 560 C 1 h 560 C 1 h 560 C 1 h 270 C/min C 1,5 min Quench in gas to room T Warmed in ambient air time time 4 h -196 C /-160 /-120 /-80 C Austenitizzazione + Tempra Tripla + TT- criogenico

15 Temperature C Temperature C Temperature C Acciaio Super Rapido HSS Trattamento Termico Criogenico intermedio time C 1230 C 1,5 min 270 C/min C 3 min 3 min C 560 C 1 h 1,5 min Warmed in ambient air Quench in gas to room T time 4 h time -196 C /-160 /-120 /-80 C Austenitizzazione + TT- criogenico + Tempra Singola

16 Acciaio Super Rapido HSS Trattamento Termico Criogenico intermedio CONV -196 C PC: carburi primari LSC: carburi secondari larghi SSC: carburi secondari ultrafini

17 Acciaio Super Rapido HSS Trattamento Termico Criogenico utensili per maschiatura Aumento della vita medio in base alla Temperatura di immersione e alla posizione del TT criogenico TT-crio intermedio: T immersione = -80 C 54% T immersione = -120 C 127% T immersione = -160 C 140% T immersione = -196 C 142% TT-crio finale: T immersione = -196 C 61%

18 Acciaio Super Rapido HSS Trattamento Termico Criogenico utensili per maschiatura CONV -80 C -120 C -160 C Usura del fianco dopo 110 maschiature. (TT intermedio)

19 Widia Metallo duro Utilizzi: Frese, inserti per tornitura, maschi, Struttura tipici: Carburo di Tungsteno in matrice di Cobalto (5-20%) Viene prodotto attraverso il processo della sinterizzazione di polveri fini. I costituenti vengono mescolati, pressati e poi riscaldati mantenendo una pressione alta in modo che i granuli delle polveri si uniscano a formare un pezzo unico.

20 Widia Metallo duro TT criogenico viene effettuato dopo il processo di sinterizzazione Solamente 2 ore di trattamento a -196 C comportano: Modifica della struttura cristallina del Cobalto: Aumento della durezza; Aumento resistenza ad usura; Modifica della modalità di frattura; Densificazione e omogeneizzazione della microstruttura

21 Widia Metallo duro TT criogenico viene effettuato dopo il processo di sinterizzazione Non trattato TT - criogenico Usura del fianco dopo 15 minuti di lavorazione su AISI 4340.

22 ADI CONCLUSIONI PRO Estremamente versatile; Facilmente applicabile a pezzi medio/piccoli; Basso impatto ambientale; Barriera economica iniziale costi operativi bassi. CONTRO I meccanismi di miglioramento non sempre chiari; Tecnologicamente non ancora studiata in modo dettagliato ed accurato.

23 LABORATORIO MUSP Ing. Francesco Puglielli

24 GRAZIE PER L ATTENZIONE