Sviluppo di sperimentazioni per la produzione di getti in lega di alluminio a caratteristiche difettologiche e microstrutturali controllate, per la validazione di modelli di previsione delle porosità

• Main Author: Todaro, Ivan <1976>
• Other Authors: Tomesani, Luca
• Format: Doctoral Thesis
• Language: it
• Published: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna 2012
• Subjects: ING-IND/16 Tecnologie e sistemi di lavorazione
• Online Access: http://amsdottorato.unibo.it/4454/

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati. === The possibility to predict defects in aluminium alloy cast component, from the very beginning of the design and production phases is a crucial issue. Among the most common defects of a casting, microporosities (i.e. porosities with dimension up to hundreds of m) are highly detrimental for mechanical performances. In this work, after an in-depth bibliographic research, experimental casting devices and procedures were designed in order to produce specimen with controlled defects and microstructure, related to process condition which could be varied in the range of the actual ones, measured on the shop floor. The whole design phase of the casting devices and procedure was carried out using process simulation software which were extensively fine tuned through experimental activities. The experiment proved to be effective in producing specimen with controlled defects and microstructure, in a consistent way. Numerical models for the prediction of gas and shrinkage porosity were evaluated in terms of accuracy in the description of all of the phenomena involving nucleation and growth of porosity and possibility of implementation on industrial cases. The one considered at the state of the art underwent a validation process with the experimental data. The comparison of numerical results and experimental data showed a good match, thus the good capability of the model to predict porosity, both in magnitude and trend throughout the casting.