STUDY ON THERMAL AND RHEOLOGICAL PARAMETERS OF HIGH STRENGTH STEELS IN HOT FORMING CONDITIONS

Lo stampaggio a caldo di acciai alto resistenziali rappresenta uno dei processi tecnologici, nel campo dello stampaggio di lamiere, che sta riscontrando un sempre maggiore interesse tra i produttori grazie alla capacità di ottenere, attraverso il suo impiego, prodotti di qualità superiore, riducendo nel contempo i costi. La sua adozione è particolarmente significativa nel campo dell’industria automobilistica, dove ha di fatti permesso di aumentare il rapporto resistenza-peso di molti componenti, consentendo quindi di ridurre le emissioni prodotte dai veicoli, riducendone l’impatto ambientale, e di migliorarne performance e sicurezza in caso di impatto, riducendo contemporaneamente le quantità di materiale richiesto. In questo tipo di processo il materiale è riscaldato oltre temperatura di austenizzazione e mantenuto in tali condizioni fino a che una microstruttura completamente austenitica si sia sviluppata nel pezzo. Questo viene quindi trasferito dalla fornace alla pressa e lì formato e temprato contemporaneamente attraverso l’uso di stampi raffreddati. Lo stampaggio a tali temperature permette di migliorare la formabilità e ridurre i fenomeni di ritorno elastico ottenendo a fine stampaggio un pezzo dalle elevate caratteristiche meccaniche. Il relativamente tardo aumento di interesse per questo processo ha limitato tuttavia il numero di studi sperimentali condotti al proposito. Oltre a ciò, l’utilizzo di temperature elevate introduce una serie di complessità relativamente alle analisi sperimentali necessarie per una adeguata comprensione del processo, per la quale è quindi necessario progettare test specifici. L’obiettivo del presente lavoro è l’analisi e il miglioramento delle conoscenze riguardo due problematiche fondamentali relative ad un’operazione di stampaggio effettuata ad elevate temperature: lo studio della formabilità del materiale e dell’evoluzione termica del pezzo all’interno degli stampi. L’analisi della formabilità costituisce uno dei problemi di maggior rilievo in quanto la sua corretta valutazione è un elemento fondamentale per la corretta progettazione del processo. I metodi basati sulla meccanica di danneggiamento del continuo sono ancora troppo complessi per un loro uso proficuo in campo industriale e i più avanzati test per l’analisi della formabilità, come i test Nakajima e Marciniak, non considerano la temperatura della lamiera ne tanto meno la sua influenza sulle proprietà del materiale. In questo lavoro è stato specificatamente sviluppato un apparato sperimentale per l’esecuzione di test Nakajima ad elevate temperature, in modo da ricreare sul provino condizioni simili a quelle reali di processo. Tale apparato è stato quindi utilizzato per condurre una campagna di test al fine di verificare la formabilità di un acciaio alto resistenziale in condizioni di stampaggio a caldo. L’altra problematica considerata è relativa all’analisi dell’evoluzione termica della lamiera all’interno degli stampi. La pressoché totalità degli studi eseguiti ad oggi al proposito ha mirato a valutare i parametri di processo che consentano di ottenere una microstruttura totalmente martensitica a fine processo. Questo lavoro si propone di migliorare la conoscenza degli effetti dei parametri di processo sui profili di raffreddamento ottenibili, proponendo di utilizzarla al fine di ottenere lamiere a gradiente di proprietà meccaniche, andando a ridurre localmente la velocità di raffreddamento e quindi inibendo la formazione di fase martensitica. A tal fine si è valutata l’opportunità di utilizzare inserti ceramici negli stampi in modo da ridurre il coefficiente di scambio termico all’interfaccia. Due modelli numerici sono stati sviluppati in modo da analizzare i fattori più influenti, che sono poi stati studiati attraverso una serie di campagne sperimentali. Infine, i dati ottenuti sono stai comparati con quelli predetti dai modelli numerici e si è valutata la fattibilità di tale tecnica, valutandone i limiti per l’applicazione in campo industriale.