Effetto del trattamento ad ultrasuoni sulla resistenza ad usura e a corrosione di leghe d alluminio da fonderia Università degli Studi di Brescia annalisa.pola@ing.unibs.it 1/20
INTRODUZIONE UST attua degasaggio ed affinamento della lega in un unico step = no nucleanti => riduzione dei costi di produzione e semplificazione del processo produttivo. Il vigoroso mescolamento del metallo liquido determina, inoltre, un omogeneizzazione del bagno. Obiettivo: valutare l effetto del trattamento ad ultrasuoni sulla resistenza a usura e a corrosione di leghe di Al da fonderia. 2/20
PROCEDURA SPERIMENTALE Necessaria la progettazione di un sistema US adeguato. Il materiale e la geometria della punta, la frequenza ecc.. influiscono sull efficacia del trattamento. La simulazione numerica rappresenta un valido aiuto nella progettazione. Diversi test condotti con Comsol Multiphysics hanno permesso di individuare i parametri di processo ottimali. 3/20
Si sono considerate 2 famiglie di leghe: AlSi e AlCuSn. Le leghe sono state trattate ad US per alcuni secondi e poi colate in stampi da laboratorio. 4/20
Sui campioni prodotti sono state condotte prove di corrosione potenziostatica e prove di usura di tipo pin on disk. Si sono confrontati i risultati ottenuti testando le leghe trattate (UST) con quelli delle leghe leghe non trattate (NUST). 5/20
Obiettivo finale è giungere ad ottimizzare il processo di trattamento US così da poterlo implementare in un isola di colata, esempio: 6/20
RISULTATI E DISCUSSIONE 7/20
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Microstruttura AlSi UST NUST TiB 10/20
10 µm 10 µm eutettico Si eutettico Si NUST intermetallico AlFeSi intermetallico AlFeSi UST AlSi5 - Maximum Fe intermetallics size Lega AlSi5 - Mean size of eutectic Si 150 44 Size [micron] 135 120 105 90 75 60 45 30 15 average = 114 σ = 25.7 average = 68.5 σ = 14.2 Size [micron] 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 average = 30 σ = 13.1 average= 12.7 σ = 5.0 0 No UST UST 0 No UST UST 11/20
The mechanical properties Mechanical at room temperature properties of comparison the three alloys are reported 160 140 120 100 NUST UST TiB Value 80 60 40 20 0 HV σmax[mpa] σp02[mpa] 12/20
I0 [μa/cm 2 ] 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Current density comparison NUST UST TiB 13/20
XXXI Congresso di Fonderia - Microstruttura AlCuSn Passaggio da struttura dendritica a pseudo-globulare. 300 µm 300 µm UST NUST 14/20
Resistenza ad usura UST raggiunge le condizioni di regime più rapidamente. 15/20
La morfologia del danneggiamento è la medesima. Tribossidazione e usura abrasiva. NUST UST 16/20
Tracce del profilo d usura: 17/20
La massima altezza del profilo, l area della traccia e la larghezza sono tutti inferiori nel caso di lega UST. 18/20
Infine è stato calcolato il tasso d usura: K = V m 3 F s N m V worn volume (m 3 ), F applied load (N) s sliding distance (m) Il tasso d usura è pari a 4.17x10-14 [m 3 /Nm]±1.4x10-14 per la lega NUST e 2.90x10-14 [m 3 /Nm]±1.9x10-15 per l UST => 32% inferiore. 19/20
CONCLUSIONI E stato ottimizzato il sistema per il trattamento ad ultrasuoni di leghe da fonderia allo stato liquido. Le prove sulle leghe della famiglia AlSi han mostrato migliori proprietà meccaniche, migliore resistenza alla corrosione ed affinamento + modifica. I test condotti su leghe AlSn hanno inoltre evidenziato un miglior comportamento ad usura. Prove preliminari su leghe base Cu e base Zn hanno manifestato analoga tendenza. 20/20
GRAZIE per l attenzione! annalisa.pola@ing.unibs.it 21/20