Tecnologia meccanica e dei materiali

FONDERIA - SEMILAVORATO - COLATA CONTINUA - LINGOTTI - LAVORAZIONI PER DEF. PLASTICA - DA FUSIONE - FONDERIA GREZZO DI FUSIONE - IN FORMA PERMANENTE (CONTENITORE USATO PIÙ VOLTE) - IN FORMA TRANSITORIA (CONTENITORE MONOUSO)

PROCEDIMENTO TIPICO:

1. ROTTAMI
2. CARICAMENTO FORNO
3. SPILLAMENTO METALLO [Il materiale e viene messo all'interno di un contenitore (crogiolo o siviera che è più grande del primo) che serve poi a trasferirlo dal forno alla zona della colata]
4. FINE SPILLAMENTO
5. MOVIMENTAZIONE SIVIERA
6. SPILLAMENTO SIVIERA NELLA LINGOTTIERA
7. USCITA SEMILAVORATO
8. TAGLIO SEMILAVORATO

Colata Continua

Serve per ottenere semilavorati destinati a successive lavorazioni per deformazione plastica e in alcuni casi prodotti finiti. Il metallo fuso viene pulito e versato nella paniera dove le impurità vengono eliminate. Il metallo fuso viene quindi colato e solidifica sulla falsa bramma. La velocità di raffreddamento è tale che il metallo forma una pelle solida che lo sostiene.

già durante il suo moto verso il basso a velocità di circa 25 mm/s. Un raffreddamento ulteriore è realizzato mediante getti d'acqua. Il metallo dopo colata continua è tagliato in spezzoni o convogliato in un laminatoio. PRO: - Qualità prodotti - Produttività - Si ottiene un componente che non necessita di "RISCALDAMENTO" per metterlo in condizioni ottimali per subire deformazione plastica CONTRO: - Costi di impianto - Durante la solidificazione ho una conseguente variazione negativa del volume del componente. Questo fa sì che se metto il componente all'interno di una forma, il pezzo si ritira nel passaggio dal liquido a solido, quindi devo aggiungere un ulteriore quantità di liquido che serve a riempire quelle zone in cui viene a mancare. Solidificazione del metallo: Sia il sistema di colata che la materozza sono elementi che rimangono attaccati al pezzo e sono da eliminare dopo l'estrazione. La complessità della forma.

è per evitare una serie di difetti aggiungendo alla geometria del pezzo finale una serie di modifiche —> Il pezzo ottenuto non è mai ‘’finito’’

• Raggiunta la Temperatura di solidificazione esistono degli aggregati cristallini a corto raggio
• Questi sono in equilibrio con il liquido e possono continuamente crearsi e distruggersi
• Per ottenere nuclei a lungo raggio (stabili) che accrescono il componente è necessario sottoraffreddare
• La velocità di nucleazione è tanto più elevata quanto maggiore è il sottoraffreddamento
• La velocità di crescita è invece più elevata quanto più ci si trova vicino alla curva del solidus (aumenta la possibilità di avere un urto efficace) cioè per poter far crescere e solidificare la restante parte del materiale è necessario che ci siano degli atomi che vanno a impattare sul nucleo con una certa energia

così che rimangono coesi con il nucleo stesso.

A basse velocità di raffreddamento —> Essendo la velocità di nucleazione bassa, i pochi nuclei hanno il tempo di crescere [GRANA GROSSA]. Il contenitore non conduce bene Q.

Ad alte velocità di raffreddamento —> l'elevata velocità di nucleazione produrrà un elevato numero di nuclei che successivamente si accrescono [GRANA FINE]. Il contenitore è un buon conduttore di Q. L'energia cinetica diminuisce e si avranno meno urti, quindi la velocità di crescita diminuisce. La grana fine ha migliori proprietà meccaniche rispetto alla grana grossa perché le dislocazioni possono muoversi poco.

Metallo puro: formazione dei grani

• T=0-Alto gradiente termico, il contenitore sta a T e la colata a T > Tamb col solidif
• Grosso sottoraffreddamento e formazione di molti grani piccoli
• Buone caratteristiche meccaniche
• Crosta dura che può dare problemi nelle lavorazioni

successive• T=T 1-Il gradiente termico tra colata e contenitore si abbassa-La velocità di raffreddamento diminuisce-Si forma uno strato di aria interposto tra la superficie a contatto con il contenitore e l'interno che diminuisce la conducibilità di Q-Grani allungati con struttura basaltica (anisotropia)-Sotto la parte AB di curva si sono formati germi di solidificazione• T=T 2-Gradiente termico basso-Bassa conducibilità-Flusso termico non direzionale-Grani grossi, equiorientatiE' buono avere:-Elevata velocità di raffreddamento-Spessori ridotti-Aggiunta di elementi nucleanti per avere un maggior numero di collisioni e grana più fine-Rugosità della forma per eliminare il gap di ariaLeghe : formazione dei graniCOSA CAMBIA?nulla perché avrò comunque solido-Al di sotto di T fs- T < T < T -> In questa zona ho la formazione di cristalli solidi all'interno di una fase liquida.is fsHo unmateriale con viscosità elevata dove le specie chimiche si scambiano con difficoltà.- Quando inserisco il metallo fuso ad alte T nel contenitore freddo si forma la ''PELLE'' sullo strato più esterno a contatto col contenitore e all'interno rimane liquido che, solidificandosi, CAVITA' DA RITIRO si contrarrà generando una cavità all'interno del pezzo ->- La prima zona a solidificare è ricca di ALTOFONDENTE (Alto punto di fusione/solid.) e l'ultima a solidificare è ricca di BASSOFONDENTE (Basso punto di fusione/solid.) NB: Ecco perché quando effettuo la tempra non supero T perché il materiale interno avendo eutettico T minore potrebbe deformarsi e fondersi. fusione- *Quindi le due parti della lega (interna ed est) hanno composizione chimica differente essendosi formate a due T diverse- Formazione di strutture DENDRITICHE- Quando i detriti crescono in altezza h, la parte diliquido a destra abbia difficoltà a scambiare specie chimiche con la parte interna dell'alberello. Difetti in fonderia: - Microsegregazione (segregazione all'interno dei singoli cristalli) - Anisotropia -> Struttura fine fuori e grossa dentro e la zona interna ed esterna hanno composizione differente - Porosità interdendritica -> Durante il raffreddamento, il materiale tende a intrappolare liquido in alcune zone solide provocando contrazioni interne durante la solidificazione. Si forma così la "porosità" che provoca debolezza e fratture di superficie. RITIRO DEL MATERIALE IN FASE DI SOLIDIFICAZIONE: CONO DI RITIRO -> Mancanza di materiale a forma di cono in genere sulla parte superiore del componente. PER EVITARE IL CONO DI RITIRO SI USA LA MATEROZZA: La materozza deve solidificare per ultima perché così continua a fornire liquido internamente andando a riempire porosità ed eventuali coni da ritiro. La materozza evita anche che il liquido a destra abbia difficoltà a scambiare specie chimiche con la parte interna dell'alberello.

pezzo esca leggermente più piccolo della forma a causa della contrazione. Oppure per evitare il fenomeno uso un contenitore più grande.

Gas disciolti

I materiali metallici intrappolano gas man mano che la T aumenta perché all'aumentare di T la struttura cristallina si dilata e tende ad accettare maggior quantità di ''distorsione'' accettando atomi di gas.

1. AB= Aumenta la T e il materiale è in grado di aumentare la solubilità, anche se di poco essendo ancora allo stato solido.
2. BC= Dall'inizio fusione c'è un salto di concentrazione perché il materiale assorbe una gran quantità di gas dall'atmosfera
3. CD= Anche dopo la solidificazione la concentrazione tende ad aumentare

Legge di Henry

La solubilità del gas dipende dalla pressione p: MASSA GAS = COST* ⎷PK è funzione sia dei coefficienti di scambio termico del contenitore sia del materiale usato (0.09 per acciaio)

Metodi per

ridurre gas disciolti: - Limitazione della T surriscaldo - Riduzione dei tempi di permanenza in atm gassosa - Degasaggio sottovuoto -> Metto il materiale fuso all'interno di un contenitore a T sufficientemente alta e dopo 'creo il vuoto' quindi la P diminuisce e le bollicine escono fuori dal materiale - Fusione sottovuoto - Colata sotto pressione -> Se aumento la P aumenta anche la massa di gas disciolti, come è possibile? In realtà aumento la P solo in fase di riempimento, cioè non è sempre sottopressione. La pressione non influisce sulla massa di gas se il metallo è separato dall'atmosfera e il tempo è ridotto. In questo modo in fase di riempimento riesco a ridurre le dimensioni delle bollicine se la P la mantengo fino alla fine della solidificazione. Nel momento in cui è aumentata la solidificazione elimino la P. - Solidificazione direzionale -> la solidificazione parte da un punto

1. e arriva alla MATEROZZA eho sempre il fronte di solidificazione a contatto con il liquido, quindi il gas che si produce sulfronte di solidificazione (la maggior parte di gas prodotto) tende a muoversi all'interno delliquido finendo all'interno della MATEROZZA che va eliminata dal pezzo finale.
2. Solidificazione direzionale
• COME OTTENERLA?
• Vario la geometria del pezzo per far si che produco solid. direzionale
• Vado a inserire componenti aggiuntivi nel contenitore per orientare il raffreddamento
• Scelgo dove iniettare il materiale
3. Lo strumento che si utilizza è il MODULO DI SOLIDIFICAZIONE che è un numero che mi dice qual è la prima parte del getto che si va a solidificare, quale è la seconda ecc..
4. Se vado a misurare questo modulo sul mio oggetto avrò una prima idea su come si solidificherà l'oggetto.
5. Legge della diffusione

X = k* ⎷t

6. LO SPESSORE DI MATERIALE SOLIDIFICATO E' UGUALE A UNA COSTANTE K PER RADICE DEL

TEMPOLegge di Chvorinov
t = ( M / k )^2s
M = MODULO DI RAFFREDDAMENTO = VOLUME/SUPERFICIE
ts = tempo di solidificazione
k = in funzione dei coefficienti di scambio termico sia del contenitore che del materiale

Secondo il modulo di raffreddamento, un aumento di volume comporta un aumento di tempo, cioè ho bisogno di più tempo per solidificare. Invece, se aumento la superficie, aumento anche il flusso di calore scambiato.

METODI PER OTTENERE LA SOLIDIFICAZIONE DIREZIONALE

Cerchi di Heuvers: Suddivido il componente in tante parti e vado a vedere per ogni parte quali sono le superfici che scambiano calore con l'esterno, qual è il volume di questa parte e dopo calcolo...