DEVELOPMENT OF INNOVATIVE APPLICATIONS IN NON-FERROUS METALS

Le proprietà meccaniche e microstrutturali di un getto in lega di Alluminio sono il risultato delle complesse interazioni tra composizione della lega, processo e difetti. Una conoscenza esaustiva di tali interazioni permette, quindi, di sviluppare componenti di elevata qualità che soddisfino le richieste progettuali. Tale conoscenza permette, inoltre, di ridurre la quantità di scarti, migliorare la resa del processo e la cadenza produttiva portando quindi ad un inferiore costo finale del getto. E’ possibile ridurre costo finale e time to market utilizzando anche, in fase di sviluppo di prodotto, un approccio "simultaneous engineering". Mediante tale approccio tutti gli aspetti del ciclo di vita del componente sono considerati fin dalla fase di progettazione; a tale scopo, la simulazione di processo riveste una notevole importanza, in quanto permette di analizzare il comportamento globale del componente in un ambiente virtuale, riducendo così costi e tempi di prototipazione. L’obiettivo di questa tesi è stato quindi l’analisi delle interazioni tra lega, processo, microstruttura e comportamento meccanico in getti in lega Alluminio-Silicio. Inoltre, particolare attenzione è stata posta allo sviluppo e alla successiva implementazione, in un software di simulazione numerica, di modelli matematici capaci di descrivere tali interazioni. In prima analisi, è stata condotta una recensione della letteratura sull’influenza della composizione, del processo di colata e di trattamento termico sulle proprietà di getti in lega d’alluminio, analizzandone sia le caratteristiche di tipo fisico-metallurgiche così come quelle di carattere industriale. Successivamente, nel presente lavoro è stata posta particolare attenzione ai seguenti aspetti: - L’influenza della velocità di solidificazione, della composizione (specialmente dell’aggiunta di Rame e di Titanio) e del processo di trattamento termico sulle caratteristiche microstrutturali e meccaniche. A tale scopo sono state utilizzate tecniche avanzate di analisi statistica. - L’influenza delle dimensioni della fase di Alluminio pro-eutettico, della morfologia e della grandezza delle particelle di Silicio eutettico sulle caratteristiche meccaniche. A tale scopo sono stati considerati il processo di colata in gravità, bassa pressione e pressocolata, che risultano essere le tecniche fusorie più utilizzate nella fonderia di Alluminio. Le diverse modalità di riempimento dello stampo, unitamente alle diverse velocità di solidificazione e alla quantità di difetti, influenzano in diverso modo sia la microstruttura che il comportamento meccanico della lega. - La modellazione del trattamento termico d’indurimento per precipitazione. La possibilità di prevedere il valore della tensione di snervamento, a partire da parametri di tempra e di invecchiamento, riveste una notevole importanza in fase di set-up di processo. - L’utilizzo dell’approccio "concurrent engineering" nello sviluppo di un mono-cilindrico prodotto mediante colata in bassa pressione. Il processo di colata, il processo di solidificazione, così come le proprietà microstrutturali e meccaniche allo stato as-cast e dopo trattamento termico, sono state analizzate e ottimizzate per mezzo di un software di simulazione numerica. L’attendibilità e l’affidabilità di tali risultati sono state quindi valutate comparando questi valori con quelli ottenuti dall’indagine sperimentale.