Influence of trace elements on secondary die-cast aluminium alloys

Il riciclaggio gioca un ruolo chiave sul risparmio delle risorse naturali e sulla riduzione dell'inquinamento. Il riciclo dell'alluminio è oltretutto economicamente conveniente, in quanto riduce il costo del materiale a fronte di un considerevole risparmio energetico. L'utilizzo di leghe di alluminio riciclate (comunemente chiamate leghe secondarie) è aumentato negli ultimi anni anche grazie alle loro proprietà meccaniche, le quali sono in alcuni casi comparabili con le leghe di alluminio primarie. Durante il processo di produzione dell'alluminio secondario i rottami vengono mescolati assieme indipendentemente dalla loro composizione chimica specifica. Al termine del processo fusorio la composizione viene regolata tramite l'aggiunta di leghe madri o di metalli puri. Tuttavia alcune impurezze presenti nel rottame rimangono all'interno della lega in quanto il loro processo di rimozione è complicato o non economicamente conveniente. A causa della presenza di questi elementi in traccia, un certo numero di fasi intermetalliche complesse si può formare nei getti. Di conseguenza le proprietà meccaniche e fisiche dei componenti in lega di alluminio sono fortemente correlate alla dimensione, alla morfologia e alla distribuzione di tali fasi intermetalliche, le quali sono a loro volta funzione della composizione della lega e della velocità di raffreddamento del metallo. Grazie alle loro elevata colabilità, le leghe Al-Si sono molto utilizzate in tutti i processi di fonderia. Tra le diverse tecnologie, la pressocolata (HPDC - high-pressure die-casting) rappresenta il processo più comune per la produzione di getti di alluminio nel settore automotive. Questa tecnologia permette di ottenere componenti con geometrie complesse e un'ottima finitura superficiale con una riduzione dei costi grazie alla elevata produttività e al basso tempo ciclo. Gli effetti degli elementi in traccia e delle fasi intermetalliche sulle proprietà dei getti in alluminio non sono ancora del tutto noti, soprattutto quando i componenti sono prodotti tramite pressocolata. Obiettivo di questo lavoro di dottorato di ricerca era perciò quello di supplire a queste lacune. Lo scopo del presente lavoro è studiare l'influenza di diversi elementi in traccia sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di getti in lega secondaria di alluminio prodotti mediante pressocolata, ed in particolare nella lega AlSi9Cu3(Fe). In prima analisi, è stata condotta una recensione della letteratura sull'influenza degli elementi in traccia sulle proprietà delle leghe di alluminio e sulla formazione delle fasi intermetalliche. Questo ha permesso di constatare che le caratteristiche meccaniche e microstrutturali legate alla presenza di fasi indesiderate sono normalmente valutate in getti prodotti con leghe primarie di alluminio, in cui è presente una bassa concentrazione di impurezze al di fuori di quelle studiate. Inoltre i campioni studiati sono generalmente prodotti mediante colata in gravità, mentre alcune fasi intermetalliche sono tipiche della pressocolata, in cui la velocità di raffreddamento è molto più elevata e sono presenti diverse condizioni di alimentazione e di riempimento dello stampo. Nel presente lavoro è stata posta particolare attenzione a: Gli effetti dell'aggiunta di Bismuto nelle leghe di alluminio secondarie pressocolate: il Bismuto ha sostituito il Piombo nelle leghe di alluminio da deformazione plastica ad alta lavorabilità alle macchine utensile. Questo ha comportato un aumento del contenuto di Bismuto nelle leghe secondarie di alluminio a causa del processo di riciclaggio degli sfridi di lavorazione. La temperatura di nucleazione dei precipitati intermetallici ricchi in Ferro in funzione della velocità di raffreddamento e della concentrazione in lega di Ferro, Cromo e Manganese: le fasi ricche in ferro hanno un elevata densità e tendono a segregare sul fondo del fondo del forno di mantenimento. L'insieme di queste fasi primarie forma una fanghiglia, chiamata sludge, che riduce l'effettiva capacità del forno. L'effetto dell'aggiunta di Ferro, Cromo e Manganese, singolarmente o in combinazione tra di loro, sulle caratteristiche microstrutturali e meccaniche delle leghe di alluminio secondarie pressocolate: le particelle di sludge sono inclusioni compatte dure e fragili, le quali possono compromettere le operazioni di lavorazione meccanica, con una conseguente riduzione della durata degli utensili, ed una marcata riduzione delle proprietà meccaniche e fisiche del componente. Il problema delle particelle di sludge nelle leghe secondarie di alluminio assume un'importanza sempre maggiore a causa dell'aumento del riciclo dell'alluminio e della presenza di Fe, Mn e Cr nel ciclo del rottame.