UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA CARATTERIZZAZIONE MICROSTRUTTURALE E MECCANICA DI LEGHE DI ALLUMINIO THIXOCOLATE E COLATE CON PROCESSI TRADIZIONALI Relatori: Prof. Roberto Roberti Ing. Annalisa Pola Laureando Frerini Filippo matricola ANNO ACCADEMICO

2 Scopo del lavoro: confronto caratteristiche meccaniche (R m, R p02, E, A%, HV e integrale J) e microstrutturali (+ analisi difetti) di getti analoghi prodotti con diverse tecnologie (thixocolata, bassa pressione, gravità). 2

3 Indagine microstrutturale sui getti as-cast Bassa pressione Campione prelevato lontano dagli attacchi di colata zona interna (cuore) zona di pelle ingrandimento 50X 3

4 ingrandimento 500X composto β (Al Fe Si) composto α (Al Fe Mn Si) ingrandimento 1000X composto Mg 2 Si 4

5 Gravità Campione prelevato lontano dagli attacchi di colata zona interna (cuore) zona vicina alla superficie ingrandimento 50X 5

6 eutettico gravità bassa pressione ingrandimento 500X 6

7 Thixocasting Campione prelevato lontano dagli attacchi di colata zona interna (cuore) ingrandimento 50X Microstruttura più omogenea!! zona vicina alla superficie 7

8 isole di eutettico zona interna (cuore) ingrandimento 200X zona vicina alla superficie 8

9 Getti trattati Bassa pressione: trattamento termico T6 solubilizzazione in forno a 510 C per 8 ore, tempra in acqua a 30 C e invecchiamento artificiale a 150 C per 1 e 1/2. Thixocolato: trattamento termico T5 (160 C per quattro ore) 9

10 Unica differenza è la forma del Si eutettico (più arrotondata) Si dell eutettico ingrandimento 500X 10

11 Misure porosità componenti as-cast oltre 160 intervalli di lunghezza (µm) T BP G n di porosità

12 componenti trattati oltre 160 intervalli di lunghezza (µm) T-T5 BP-T6 n di porosità

13 Proprietà meccaniche non trattati Bassa pressione Gravità Thixocasting R m (MPa) R p02 (MPa) E (MPa) A% HV

14 6) Integrale J Provini Charpy con intaglio a V (ASTM E23-91) precriccati sottoposti a prove di flessione in tre punti 4w B a w Di seguito il campione è stato colorato mediante ossidazione alcalina (carbonato di Na e cromato di Na) e quindi rotto. P I dati acquisiti sono stati elaborati seguendo 3 normative: ASTM E , ESIS P1-92 ASTM E

15 .. integrale J Bassa pressione Gravità Thixocasting J ASTM E 813 / J ESIS / J ASTM E 1737 / J Q,ASTM E / / per i campioni thixocolati l approccio lineare elastico non è applicabile=> la microstruttura presenta un meccanismo di propagazione della cricca duttile sotto condizioni di una estesa duttilità microscopica. modello elasto-plastico 15

16 Bassa pressione La cricca corre lungo cammini interdendritici Si sono inoltre riscontrate numerose microcavità da ritiro => sovrasollecitazione locali 16

17 Gravità Al Si Fe Spectrum Presenza di intermetallici => localmente zone di prematuro innesco della frattura e bassa resistenza alla sua propagazione 17

18 Thixocasting Al Fe Spectrum Morfologia molto più uniforme che nei casi delle leghe a confronto, con microvuoti molto piccoli, indice di una microstruttura eutettica molto fine. anche per la lega thixocolata si è evidenziato l effetto peggiorativo dovuto alla presenza di interemetallici a base ferro 18

19 e di cavità di ritiro. 19

20 Proprietà meccaniche trattati Bassa pressione Forgiato Thixocasting R m (MPa) R p02 (MPa) E (MPa) A% HV

21 6) Integrale J Bassa pressione Forgiato Thixocasting J ASTM E J ESIS J ASTM E J Q,ASTM E399 0, / 21

22 Conclusioni Microstruttura: Classici difetti da fonderia in tutti i componenti analizzati (porosità da gas, microporosità, composti intermetallici ) Per il getto thixocolato migliore omogeneità microtrutturale bassa percentuale di porosità 22

23 Proprietà meccaniche non trattati Il getto thixocolato presenta migliori proprietà meccaniche Osservazione: valori minori di quelli presenti in letteratura (il getto analizzato proveniva da una fase di campionatura) 23

24 trattati Il forgiato presenta caratteristiche meccaniche nettamente migliori Per il getto in bassa pressione e quello thixocolato le proprietà meccaniche aumentano, solo l A% cala (in % maggiore nel thixo) Le proprietà meccaniche tra la bassa pressione e la thixocolata sono confrontabili Anche in per il trattato il thixo presenta valori più bassi di quelli presenti in letteratura 24

25 25

26 Per il calcolo del J serve l avanzamento della cricca istantaneo,, con un metodo monocampione si usa il metodo della retta tangente Dall uguaglianza del carico finale normalizzato sperimentale e quello per la cricca stazionaria 2 Pf b0 P cs f = b 2 f b f = b0 P P i cs 26

27 Per uno studio completo della meccanica della frattura si è confrontata la sollecitazione σ max,ottenuta linearizzando il diagramma della prova di trazione, con la sollecitazione ricavabile da un approccio lineare elastico del meccanismo di frattura. σ y Load P P * max y P max z x Circular crack in an infinite body subjected to remote tensile loading K appl = (2/π)σ(πa) 0,5 Load line displacement, LL σ y 27