INFLUENZA DELLA MODIFICA ALLO STRONZIO E DELLA CONDIZIONE DI SOLIDIFICAZIONE SULLA MICROSTRUTTURA IN LEGHE ALLUMINIO-SILICIO DA FONDERIA

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1 INFLUENZA DELLA MODIFICA ALLO STRONZIO E DELLA CONDIZIONE DI SOLIDIFICAZIONE SULLA MICROSTRUTTURA IN LEGHE ALLUMINIO-SILICIO DA FONDERIA Andrea Manente . manente.a64@gmail.com Cell Pag.1

2 Leghe analizzate e loro rappresentazione nel diagramma Al-Si Pag.2

3 Obiettivo: a) Analisi sperimentale eseguita per valutare la relazione tra la microstruttura ottenuta tramite il trattamento di modifica allo Sr nelle leghe ipoeutettiche con l effetto di diverse concentrazioni di silicio, mediante l analisi dell abbassamento della temperatura eutettica in diverse condizioni di raffreddamento. Leghe analizzate serie 42100, e b) Correlazione fra microstruttura e diverse velocità di solidificazione mediante l analisi dell abbassamento della temperatura eutettica nella lega affinata all Sb. Pag.3

4 Lega senza modificanti Punto 0, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec. C GAlSi7 Fe0,2 620 Ti a = 613 C Te rilevata = 575,6 C Time T1 a = solidificazione dendritica; Te = solidificazione eutettico (aciculare grosso) Pag.4

5 Evoluzione della temperatura eutettica nella lega con crescenti tenori di Sr, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec C Sr 0 ppm 575 C Sr 58 ppm 569,5 C Condizioni normali di prova Sr 149 ppm 566,5 C Sr 181 ppm 564,5 C 570 Analisi finale mm Refrattario in insural Time DT= 0 DT= 5,97 DT= 9,1 DT= 9,79 Pag.5

6 Correlazione fra il DT C rilevato e i crescenti tenori di Sr introdotto nelle prove condotte sulla lega ppm Sr Dt C a b c d 0 Sr 0 Sr 58 Sr 149 Sr 181 ppm Pag.6

7 Lega e senza modificanti Punto 0, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec C Ti a =~594 C GAlSi9Mg C GAlSi11Mg Te rilevata = 573,2 C Ti a =~ 579 C Te rilevata = 575 C Time Time Struttura eutettica aciculare grossolana Pag.7

8 Evoluzione della temperatura eutettica nella lega con crescenti tenori di Sr, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec C Sr= 0ppm 573,2 C Sr= 264ppm 566,7 C Sr= 489ppm 566,1 C Sr= 565ppm 566,4 C Condizioni normali di prova Analisi finale DT= mm Refrattario in insural Time DT=6,5 DT=7,1 DT=6,8 Pag.8

9 Evoluzione della temperatura eutettica nella lega con crescenti tenori di Sr, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec. 600 C Sr= 0ppm 575 C Sr= 220ppm 570,9 C Sr= 417ppm 571,6 C Sr= 580ppm 571,9 C mm Condizioni normali di prova Refrattario in insural Time Analisi finale DT=0 DT=4,1 DT=3,4 DT=3,1 Pag.9

10 Evoluzione del Dt C rilevato nella lega rispetto alla leghe e con crescenti tenori di Sr,in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec. 700 ppm Sr Dt C a b c d a b c d a b c d Lega AS7 Lega AS9 Lega AS11 0 Pag.10

11 Evoluzione della microstruttura rilevata nella lega rispetto alle leghe e con crescenti tenori di Sr, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec. AS9 con 489 ppm Sr AS7 con 149 e 181 ppm Sr AS11 con 420 ppm Sr Cristalli di Al 2 Si 2 Sr insciolti Pag.11

12 Presenza di cristalli di Al2Si2Sr nelle zone dell eutettico debolmente modificate. Lega caratteristica dell ipermodifica Cristalli di Al 2 Si 2 Sr insciolti Pag.12

13 Evoluzione del DT C e della microstruttura nelle leghe 42100, e con l introduzione della modifica al Na, in condizioni di lenta velocità di solidificazione; ~ 0,9 C/sec C GAlSi Dt C 7, AS7 AS9 AS11 DT C 7,5 7,3 7,8 Pag.13

14 Esempio di ruote fuse con lega in conchiglia modificata allo Sr (circa 400 ppm) e al Na (circa 50 ppm). Ruota: colata con lega AS11Sr (400ppm) B.E M. Isola di Si eutettico debolmente modificato Ruota: colata con lega AS11Na (50ppm) Pag.14

15 Esempio di ruote fuse con lega in conchiglia modificata al Na (circa 50 ppm) e allo Sr (circa 200 ppm). Ruota A: colata con lega AS7Na (50ppm) B.E M. Ruota B: colata con lega AS7Sr (200ppm) Pag.15

16 Effetti dello Sr sulla superficie di getti (ruote) fuse in gravità nelle zone critiche Effetto ragnatela sulla superficie dei getti localizzate nelle zone calde Effetto ragnatela sulla superficie dei getti nelle zone calde viste al SEM. Possiamo notare delle cavità da ritiro ben evidenziate dalle dendriti aal Pag.16

17 Effetti del Na sulla superficie di getti fuse in gravità nelle zone critiche La superficie dei getti appare liscia e priva di difetti superficiali. Si notano solo delle linee di flusso dette di riempimento caratteristiche nei getti fusi con leghe modificate al Na Pag.17

18 Esempio di getto fuso con lega modificata al Na (circa 65 ppm) in sabbia con la presenza di un anima. Sezione del getto senza difetti Superficie dell indagine Struttura eutettica ben modificata Pag.18

19 Esempio di getto fuso con lega modificata allo Sr (circa 250 ppm) in sabbia con la presenza di un anima. Cavità da ritiro Superficie dell indagine Dendriti a Struttura eutettica debolmente modificata Pag.19

20 Effetto gasatura generata durante la solidificazione per effetto dello Sr nei getti dalla lenta velocità di solidificazione; terra a verde. Getto fuso in lega modificato allo Sr con ~160 ppm Getto fuso in lega modificato al Na con ~35 ppm Pag.20

21 Caratteristica macro e microstrutturale in getto fuso con lega modificata allo Sr con diverse condizioni di solidificazione. SDAS 20mm SDAS 94mm Calcolo dello SDAS d SDAS= d = mm n n SDAS 75mm Pag.21

22 Utilizzo dei più comuni agenti modificanti in base alla tecnologia di fusione impiegata, e loro concentrazione consigliata. Tecnologia di fusione Agente modificante Bassa pressione Pressocolata Conchiglia Sabbia Sodio X X Stronzio X X X Calcio X Antimonio X X X Si% Sr% Na% 0,005-0,01 0,002-0,004 0,01-0,02 0,003-0,005 0,015-0,03 0,004-0,006 0,02-0,04 0,005-0,007 0,04-0,06 0,006-0,008 Pag.22

23 Analisi del valore del DT C in funzione delle diverse condizioni di solidificazione; ~1,8 / 2,3 / 3 C/s Lega utilizzata modificata allo Sr (390 ppm). aria compressa 630 C Piastra Raffreddamento ad acqua sulla piastra e sul crogiolino Piastra 25 mm Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente con ventilazione ad aria compressa Piastra Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente con irrorazione d acqua alla base del termatest Punto C 590 Con 390ppm Sr 567,3 C 580 Punto 0 Piastra 563 C Piastra+ aria 563 C 570 Piastra+acqua 563,9 C 560 Con 390 ppm Sr Time 550 Analisi finale DT= 0 DT= 10 DT= 10 DT= 9,1 Pag.23

24 Analisi del valore del DT C in funzione delle diverse condizioni di solidificazione; ~1,8 / 2,3 / 3 C/s. Lega utilizzata modificata allo Sr (390 ppm). aria compressa 630 C Piastra Raffreddamento ad acqua sulla piastra e sul crogiolino Piastra 25 mm Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente con ventilazione ad aria compressa Punto 0 Con 390 ppm Sr Piastra Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente con irrorazione d acqua alla base del termatest Time Punto C Con 390ppm Sr Analisi finale DT= 0 DT= 6,5 DT= 5,5 DT= 6,5 570,9 C 2 piastra 568,5 C 3 piastra+ aria 569,5 C 4 piastra+acqua 568,5 C Pag.24

25 Relazione tra l abbassamento della temperatura eutettica e la percentuale di Sr nelle diverse condizioni di raffreddamento. 12 Dt C DT C %Sr a b c d a b c d a b c d Lega GAlSi7MgTi Lega GAlSi9MgTi Lega GAlSi11MgTi 0 Pag.25

26 Correlazione tra la variazione del DT C, in funzione delle diverse condizioni di raffreddamento, e lo SDAS. 1 d Condizioni normali di prova AS9 SDAS SDAS= d = mm n n AS11 Calcolo dello SDAS 25 mm Condizioni di prova con raffreddamenti Refrattario in insural AS9 AS11 25 mm Piastra Piastra in acciaio da 25mm a temperatura ambiente Pag.26

27 Correlazione tra lo SDAS e l abbassamento della temperatura eutettica nelle diverse condizioni di raffreddamento SDAS Te C eutettica Punto "0" SDAS Te C eutettica Contenitore d'acqua Piastra a b c d e f a b c d e Lega GAlSi9MgTi Lega GAlSi11MgTi 550 Pag.27

28 INFLUENZA DELL AFFINAZIONE ALL ANTIMONIO E DELLA CONDIZIONE DI SOLIDIFICAZIONE SULLA MICROSTRUTTURA IN LEGHE ALLUMINIO-SILICIO DA FONDERIA LEGA Analisi chimica Pag.28

29 Variazione del Dt C tra una lega non modificata e la stessa dopo l introduzione di % di Sb; influenza sulla microstruttura. Dt C 4,2 Lega affinata. Microstruttura eutettica lamellare fine Lega AS7 non modificata Pag.29

30 C Effetto della velocità di raffreddamento sul Dt C; lega utilizzata AS7MgTi con valori costanti di Sb % B Senza Sb T C senza Sb = A Dt C= 4.2 C B Dt C= 7.2 C C Dt C= 8.3 C D Dt C= 9.1 C D C A Tempo Pag.30 refrattario piastra di ferro piastra di ferro con aria piastra di ferro con acqua

31 Variazione della temperatura eutettica al variare della velocità di solidificazione con % di Sb costante. % Sb Dt C Pag.31

32 Effetto della velocità di raffreddamento sulla microstruttura Lamellare grossolana Lamellare fine A B Lamellare finissima Globulare fine C D Pag.32