UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BRESCIA FACOLTA DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA MECCANICA E INDUSTRIALE Studio della precipitazione in leghe AlSiCuMgAg trattate T6 Relatore: Ing. Annalisa Pola Laureando: Gianmaria Gottardi
OBIETTIVI Analisi comparativa, fra differenti apparecchiature sperimentali, per la determinazione della cinetica e del meccanismo di precipitazione in leghe AlSiCuMgAg trattate mediante tempra di soluzione ed invecchiamento artificiale (T6). Strumentazioni utilizzate: Microdurometro HV Dilatometro Calorimetria a scansione differenziale (DSC)
LA LEGA Lega AlSiCuMgAg per tecnologia in semisolido destinata ad applicazioni per fonderia (pressocolata). Cos è il semisolido? Realizzazione di componenti, anche di tipo strutturale, caratterizzati da una da una struttura globulare anziché dendritica.
VANTAGGI SEMISOLIDO Lega da semisolido Condizione intermedia tra liquidus e solidus Comportamento simile ad un fluido non newtoniano (shear thinning) Minor contenuto termico Minor contrazione volumetrica Trattabili termicamente Fronte di avanzamento più compatto = Minor porosità
TRATTAMENTO TERMICO T6 Tempra di soluzione ed invecchiamento artificiale. Condizione necessaria: Lacuna di miscibilità con linea di solvus caratterizzata da una solubilità che diminuisce proporzionalmente alla T.
TRATTAMENTO TERMICO T6: GLI STEPS solubilizzazione tempra Come si può stabilizzare la soluzione solida sovrassatura a temperatura ambiente?
TRATTAMENTO TERMICO T6: GLI STEPS Decomposizione controllata della soluzione solida sovrassatura mediante formazione di una serie di fasi indurenti (precipitati). invecchiamento si nucleano in modo fine ed uniformemente distribuito nella matrice metallica Ostacolo al movimento della dislocazioni Deformazione elastica reticolo
MICRODUREZZE HV Analisi mediante microdurezze HV (300g-15 s): campione as-cast 78.5 HV campione solubilizzato (510 C - 5h) e temprato 73.67 HV campione invecchiamento a 160 C e 175 C Durezza HV Effetto del tempo e della temperatura di invecchiamento 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 160 C 20,00 175 C 0,00 0 1 2 3 4 5 6 Tempo [ore]
MICRODUREZZE HV Effetto del sovrainvecchiamento: Tempo costante (3h) variando la temperatura di trattamento Temperatura costante (175 C) variando il tempo di trattamento (fino a 18h) 130 120 Andamento della durezza con un invechiamento di 3 ore 140,00 120,00 Effetto del sovrainvecchiamento 110 100,00 Durezza HV 100 90 80 andamento della durezza a 3 ore di invechiamento Durezza HV 80,00 60,00 40,00 70 60 140 150 160 170 180 190 200 Temperatura C 20,00 0,00 0 5 10 15 20 175 C Tempo [ore]
Rallentamento della cinetica di decomposizione della soluzione solida sovrassatura. PROCEDURA SPERIMENTALE: MICRODUREZZE HV Effetto della storia termica
ANALISI CURVE DILATOMETRICHE Analisi svolte su campioni solubilizzati 1 ora a 510 C; Durezza dopo tempra di soluzione (52 HV); Prove eseguite in regime anisotermo con velocità di riscaldo di 2-5 K/min in un range di temperatura compreso tra i 40 C e 300 C.
ANALISI CURVE DILATOMETRICHE Curve eseguite a 2 K/min
ANALISI CURVE DILATOMETRICHE Curve eseguite a 5 K/min
ANALISI CURVE DILATOMETRICHE Scostamento del coefficiente di dilatazione lineare dal suo andamento rettilineo con la temperatura Formazione GPZ Precipitati indurenti In accordo con la letteratura: 60-70 C 80-100 C 200 C 250-270 C GPZ β θ θ o Q
ANALISI CURVE CALORIMETRICHE Solubilizzazione a 510 C per 5 ore quindi tempra. Invecchiamento artificiale mediante ciclo termico controllato per mezzo di un DSC 50 370 C 2-4-5-6-8-10-20-30 K/min 1) Prove inizialmente eseguite a crogioli vuoti Pulizia segnale 2) Prove con campioni da analizzare peso medio 30 mg
ANALISI CURVE CALORIMETRICHE Esempio di curva calorimetrica Temperatura di picco Flusso termico Temperatura di onset
ANALISI CURVE CALORIMETRICHE Risultati trovati sperimentalmente
ANALISI CURVE CALORIMETRICHE ENERGIA DI ATTIVAZIONE ENERGIA DI ATTIVAZIONE (E) = energia necessaria ad un sistema per attivare una serie di fenomeni chimico-fisici, che decorrono da reagenti a prodotti. Energia necessaria alla realizzazione di un principio di trasformazione (indipendente dalla velocità di riscaldo). ln(β/t 2 ) = -(E/RT) + cost velocità di riscaldo (K/min) costante univ. gas (8.314 J/mol K) temperatura di onset (K)
ANALISI CURVE CALORIMETRICHE ENERGIA DI ATTIVAZIONE Risultati: eso2 eso3 eso4 eso5 60-70 C 29KJ/mol 180-200 C 67 KJ/mol 230-250 C 87.3 KJ/mol 270-300 C 86.6 KJ/mol In accordo con la fonti disponibili in letteratura si può assumere, in osservanza dei range di temperatura ed E, che: eso2 = GPZ eso3 = β / β eso4 = θ eso5 = Q o θ Verificata ipotesi fatta con dilatometro!
CONCLUSIONI Lega poco sensibile all effetto del sovrainvecchiamento; Storia termica = rallentamento fenomeni di precipitazione; Temperatura di invecchiamento ottimale = 175 C; Analisi comparativa dilatometro-dsc ha consentito l identificazione della cinetica di precipitazione e le fasi che derivano dalla decomposizione della SSSS: 1) GPZ 2) β / β 3) θ 4) Q o θ