RICERCA ITALIANA     

Studio e preparazione di nuove leghe con caratteristiche tixotropiche idonee al loro impiego in processi di pressocolata allo stato semisolido, simulazione del riempimento di uno stampo e della solidificazione al suo interno, e caratterizzazione preliminare meccanica e microstrutturale dei getti ottenuti

Università degli Studi di Brescia

Abstract

Il processo di pressocolata delle leghe metalliche allo stato semisolido è considerato particolarmente promettente in quanto consente di fabbricare parti di geometria complicata, in forma quasi finita, per numerosi impieghi, ed in particolare per il settore automobilistico nel quale l'esigenza della qualità ed affidabilità dei componenti si affianca a quella di contenimento dei costi. Lo stato semisolido si riferisce ad una struttura costituita da globuli della fase primaria solida dispersi in una matrice liquida di composizione eutettica; tale struttura si ottiene mediante agitazione controllata della lega durante la solidificazione. I componenti attualmente pressocolati in semisolido vengono fabbricati con leghe Al-Si convenzionali per fonderia (A356, A357); le proprietà meccaniche di tali manufatti, pur essendo superiori a quelle dei componenti ottenuti per colata, sono inferiori a quelle di componenti analoghi fabbricati per fucinatura con leghe di alluminio da deformazione. La ricerca nasce dall'esigenza di mettere a punto nuove leghe per pressolcolata in semisolido, prendendo come base alcune fra quelle più impiegate sia per fonderia che per deformazione plastica; lo studio delle leghe di nuova composizione farà in primo luogo riferimento ai risultati della termodinamica computazionale comunemente riferita a CALPHAD come guida per l'attività sperimentale.
La termodinamica computazionale è in grado di fornire dati quantitativi riguardanti l'intervallo di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Roberto ROBERTI Università degli Studi di BRESCIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Gli obiettivi principali della ricerca sono:
1) sviluppo di nuove leghe di alluminio a media ed alta resistenza facendo riferimento come leghe base a tipi Al-Si e Al-Zn-Mg, per la pressocolata in semisolido;
2) definizione dei fattori scientifici e tecnologici di riferimento per la progettazione delle leghe per il processo di pressocolata in semisolido quali l'intervallo di solidificazione, la variazione della frazione in volume della fase solida con la temperatura, la possibilità di rafforzamento mediante invecchiamento della lega, le proprietà reologiche della lega allo stato semisolido, la morfologia della fase solida;
3) calcolo termodinamico con metodi CALPHAD delle frazioni di fase presenti in condizioni di equilibrio (regola generalizzata della leva) e secondo il modello di Scheil (diffusione trascurabile in fase solida) in leghe ricche di Al. Non potendo infatti l'obiettivo generale essere conseguito per via esclusivamente sperimentale, considerato il numero rilevante delle possibili combinazioni degli elementi di lega e dei parametri di processo, verrà utilizzato in modo esteso il calcolo termodinamico, in grado di fornire dati quantitativi per la progettazione di nuove leghe. Saranno considerati sistemi basati su Al-Si e Al-Zn-Mg allo scopo di analizzare gli effetti delle variazione di composizione e della aggiunta di altri elementi sui fattori presi come riferimento per giudicare l'applicabilità alla iniezione in semisolido e definire alcune >>>

Risultati parziali attesi

Recensione e raccolta della più recente letteratura al fine di completare le conoscenze disponibili sul processo di colata in semisolido e sulle proprietà delle leghe d’alluminio attualmente utilizzate o indagateI risultati parziali dei vari task individuati nella fase 2 possono essere identificati con i vari obiettivi e riassunti come segue:
Task 2. Trasformazione di due leghe commerciali scelte fra quelle appartenenti ai sistemi Al-Si ed Al-Mg-Zn sui quali proseguirà la sperimentazione in modo da conferire loro una microstruttura globulare idonea ad iniezione allo stato semisolido; simulazione del processo di iniezione, finalizzata ad ottenere indicazioni per la progettazione dello stampo
Task 3. Caratterizzazione delle due leghe commerciali a struttura globulare e della loro risposta a trattamento termico in relazione alla struttura globulare ed ai parametri adottati per iniettarla
Task 4. Studio dei sistemi ternari alla base delle leghe commerciali, in modo da acquisire conoscenze sull'effetto di variazioni di composizione sulle proprietà della lega
Task 5. Selezione di leghe di nuova composizione, e simulazione del loro comportamento nel processo di iniezione
Task 6. Produzione di lotti delle leghe di nuova composizione e trasformazione in modo da conferir loro struttura globulare idonea alla iniezione allo stato semisolido
Task 7. Caratterizzazione delle leghe di nuova composizione a struttura semisolida, con particolare >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il processo di pressocolata delle leghe di alluminio allo stato semisolido è oggetto di notevole interesse soprattutto per le aspettative che provengono dal settore “automotive”. Esso infatti consente di fabbricare parti di geometria complicata, in forma quasi finita, potendo offrire vantaggi sia nella gestione del processo sia nelle proprietà dei prodotti, con complessiva netta riduzione dei costi (1). Nel processo vengono utilizzate leghe allo stato semisolido con microstruttura costituita da particelle solide sferoidali di fase primaria sospese nella fase liquida, di composizione prossima a quella dell'eutettico, la cui frazione in volume è compresa tra 30 e 50%. In questo stato le leghe presentano una consistenza pastosa, ma, se sottoposte a tensioni di taglio, diventano viscose e la viscosità diminuisce all'aumentare la velocità della forza di taglio (comportamento thixotropico) (2). Il processo può avvenire per rheocasting o per tixocasting (3). Il primo si riferisce al processo nel quale la lega liquida viene mescolata durante la solidificazione nell'intervallo di temperature dello stato solido-liquido con lo scopo di ottenere particelle solide non dendritiche disperse in un liquido prima di essere iniettata nello stampo. Il secondo è un processo a due stadi che comprende la preparazione di billette con caratteristiche tixotropiche, ed il loro successivo riscaldo allo stato semisolido per essere quindi iniettate nello stampo. La lega con alto contenuto di >>>