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Trattamento termico di leghe leggere alluminio e rame

I Trattamenti termici influenzano le caratteristiche meccaniche, la resistenza a corrosione e la stabilità dimensionale in esercizio delle leghe d’alluminio. Molte sono le leghe trattabili termicamente sia derivanti da fusione che da stampaggio a caldo o a freddo.

Solubilizzazione e Invecchiamento Artificiale (T6); Questo gruppo comprende prodotti non lavorati a freddo dopo il trattamento termico di solubilizzazione e per i quali le proprietà meccaniche o la stabilità dimensionale, o entrambi, sono notevolmente migliorate grazie al trattamento termico di precipitazione.

Solubilizzazione e Invecchiamento Naturale (T4); Questo gruppo comprende prodotti non lavorati a freddo dopo il trattamento termico di solubilizzazione e per i quali le proprietà meccaniche sono state stabilizzate dall'invecchiamento a temperatura ambiente.

Solubilizzazione e Invecchiamento Parziale (T64); Questo gruppo comprende prodotti che subiscono un trattamento termico di solubilizzazione e invecchiamento parziale per migliorare la formabilità a freddo.

Invecchiamento Alluminio Artificiale (T5); Questo gruppo comprende prodotti non lavorati a freddo dopo il processo di formatura a caldo come fusione o estrusione e per i quali le proprietà meccaniche sono notevolmente migliorate grazie al trattamento termico di precipitazione.

I nostri impianti sono, inoltre, in grado di eseguire ricotture, ricotture di ricristallizzazione, bonifiche e distensioni su particolari in leghe di rame da stampaggio o da fusione, anche grazie all’ausilio di atmosfere inerti.

Ottoni Antidezincificanti: controllo della fase beta (β) residua

Ottoni Antidezincificanti: controllo della fase beta (β) residua

Si definisce dealligazione il processo di corrosione per cui il metallo più elettronegativo viene rimosso in modo selettivo, questo provoca un deposito del metallo più nobile in forma poco coerente.

Gli ottoni suscettibili a questo tipo di corrosione sono quelli con composizione superiore al 15 % di zinco. Questo fenomeno viene chiamato dezincificazione, in questo caso si ha, dissoluzione della lega e riprecipitazione del rame sulla superficie in strato poroso. La corrosione può continuare per dissoluzione ulteriore dell’ottone e crescita dello strato polveroso di rame.

Questo fenomeno si presenta particolarmente in acque che contengono molto ossigeno ed anidride carbonica, oppure nelle acque calme e poco mosse. La dezincificazione si presenta generalmente uniforme in acque leggermente acide a bassa conducibilità ed a temperatura ambiente; mentre l’attacco è spesso locale in acque neutre o debolmente alcaline, saline e calde.

Negli ottoni bifasici α+β la dezincificazione è più severa ed avviene più spesso in due stadi: prima viene attaccata la fase β e poi la fase α. La fase alfa (α) è una soluzione solida con reticolo fcc mentre la fase beta (β) è un composto intermetallico CuZn non stechiometrico con una struttura cristallina bcc.

QUI SOTTO: Diagramma di stato Cu-Zn parziale

Diagramma di stato Cu-Zn parziale

Esiste un gruppo di leghe chiamate antidezincificanti con contenuti di zinco fino al 35%, che pur essendo ottoni alfa (α), cioè, con fase alfa stabile a temperatura ambiente, contengono percentuali di fase beta (β) residua che compromette la stabilita a corrosione del materiale.

Le leghe utilizzate sono soggette a severi controlli per garantire la salute pubblica, e questo implica un costante aggiornamento. Ad esempio, per impieghi dove c’e contatto con acqua potabile nelle zone soggette alla norma 4MS, la lega CW602N (ADZ) è stata sostituita con la CW625N e la CW626N.

Per ottimizzare le caratteristiche di resistenza alla corrosione del materiale si prescrive un trattamento termico di ricottura successivo allo stampaggio a caldo che consente la solubilizzazione della fase beta residua per portare il materiale allo stato resistente alla dezincificazione. L’omissione di detto trattamento non consente alla lega di offrire le prestazioni antidezincificanti per cui e stata progettata.

Metodo di controllo della fase beta residua:

La metodologia di controllo inizia con il taglio e la preparazione dei provini, seguito di lucidatura adeguata per leghe leggere (panni di abrasione ed sospensione diamantata che permettono ottenere una superficie adatta per l’analisi con microscopio ottico). Di seguito, l’attacco chimico idoneo per evidenziare le diverse fasi con sufficiente contrasto, in questo modo, l’analisi quantitativo della immagine permette in modo obiettivo estrarre la percentuale di ogni fase in modo accurato.

 

QUI SOTTO: CuZn36Pb2As dopo trattamento termico di ricottura: mostra una microstuttura fase-α e possibili rimanenti di fase-β. Il Pb e solubile in questa lega e si presenta come piccoli precipitati a bordo grano.

l laboratorio metallografico della F.lli Temponi e in grado di gestire qualsiasi problematica legata alla dezincificazione e di fornire tutta la documentazione a supporto del trattamento.

Bibliografia e referenze:

[1] Characterization of the Microstrutural Aspects of Machinable α-β Phase Brass – G. Pantazopulosand A. Vazdirvanidis, ELKEME Hellenic Research Centre for Metals, Athens, Greece

[2] Metallographic etching and reagents: II. For cooper alloys, nickel, and the alpha alloys of nickel – Henry S.Rawdon and Majorie G.Lorentz

[3] http://www.ing.unitn.it/~colombo/brasature/Analisi_di_laboratorio_a.htm

Leghe di Alluminio per pressofusione: Difetti e trattamento termico

DIFETTI PRESSOFUSIONE

1. Pressofusione: Definizione dei difetti

Durante il processo di colata ad alta pressione (HPDC sigla inglese di “High pressure die casting”), si producono difetti inerenti al processo stesso i quali sono dovuti a diversi fattori. Le proprietà finali e il comportamento meccanico sono conseguenza delle condizioni di microstruttura e dei difetti derivanti dal processo già prima del trattamento termico. Disegno dei componenti, proprietà della lega e controllo del processo sono i parametri di criticità che determinano direttamente la qualità della microstruttura ottenuta e dei possibili difetti. Ad esempio, si può considerare che nella fase di riempimento dello stampo si riscontrano alcune condizione estreme:

– Complessità del particolare che comporta una complessità dello stampo.

– Alta velocità di stampo (oltre a 120 colpi ora) porta ad un’alta velocità di riempimento dello stesso (oltre a 40 m/s) generando forti turbolenze all’interno.

– Alta velocità di raffreddamento da oltre 700 °C allo stato fuso, fino a temperatura ambiente in circa 30 secondi.

Per queste ragioni il HPDC (oltre ad altri processi di colata delle leghe di Alluminio come la colata in conchiglia per gravità) si può considerare come “un processo che genera difetti”, non solo si genera una media di scarto elevata (dal 5% al 10%), ma la tipologia la misura e l’importanza dei difetti sono diversi e sempre da valutare.

2. Classifica dei difetti durante la pressofusione

StaCast (New Quality and Design Standards for Aluminium Alloys Cast Products) è un progetto europeo dedicato alle fonderie d’alluminio con l’obiettivo di sviluppare una nuova classificazione dei difetti strutturali nei getti e definire i limiti di accettabilità di questi a seconda della destinazione finale prevista.

DIFETTI
DIFETTI
DIFETTI

3. Leghe destinate alla pressofusione adatte al trattamento termico

Esistono una gran varietà di leghe di Alluminio, ma non tutte son adatte alla pressofusione e ancora meno al trattamento termico posteriore per poter portare le proprietà meccaniche idonee ed a un livello di stabilità soddisfacente.

In questo caso si prendono come riferimento due fra i maggiori produttori di leghe di alluminio per pressofusione: RAFFMETAL in provincia di Brescia, con sede a Casto, e RHEINFELDEN in questo caso tedesca, con sede nella città omonima. Tanto una come l’altra dispongono nel proprio portale di un database che permette di filtrare la ricerca fra leghe adatte alla pressofusione e, fra queste quali adatte al trattamento termico.

Queste leghe sono in maggioranza del Gruppo AlSi10Mg (EN AB ed AC 43500 AlSi10MnMg), e leghe del gruppo AlZnSiMg (EN AB ed AC 71100AlZn10Si8Mg). Nelle relative schede tecniche, si trovano le istruzioni per minimizzare il rischio di difetti durante il processo, questo evidenzia il fatto che oltre alla scelta di una lega adatta alla pressofusione, il processo stesso deve essere curato per ottenere un buon risultato pre trattamento termico.

4. Processo T5 e T6 secondo la norma UNI EN 1706

Il processo definito come T5 inizia in fonderia, con il raffreddamento controllato alla pressa, e segue dal trattamentista, con l’invecchiamento artificiale in forno. Il processo T6 invece, e un ciclo meramente di trattamento termico che consiste nella tempra di solubilizzazione seguita da invecchiamento artificiale in forno. La fase di trattamento termico del processo T5 e il processo T6 sono fra i cicli termici più richiesti sulle le leghe di alluminio ottenute per pressofusione. Questi trattamenti prevedono un riscaldo e un mantenimento a una data temperatura per far si che la precipitazione delle fasi come Al-Mg, la soluzione solida d’alluminio il composto AlFeMnSi, ecc. siano stabili nel tempo, senza cambiare le sue proprietà meccaniche.

Durante i trattamenti termici i particolari vengono sottoposti a cambiamenti di temperatura che producono la redistribuzione dei componenti intermetallici all’interno del materiale, ma non sono in grado di “riparare” gli eventuali difetti del getto d’origine. Il risultato finale dopo trattamento può essere totalmente inadeguato, partendo da difetti superficiali come il Blister (Difetto B2.1), fino ad arrivare a cricche interne o superficiali che possono produrre, in alcuni casi, la rottura macroscopica del pezzo dovuto alla redistribuzione dei gas residui durante il processo di pressofusione.

BLISTERING LEGA

Per ottenere quindi un risultato soddisfacente, lo scambio di informazione e la collaborazione tra la fonderia e il trattamentista sono la chiave di volta. Con questo articolo il nostro laboratorio metallurgico vorrebbe dare uno spunto al Cliente per una discussione aperta con lo scopo di arrivare ad un prodotto eccellente minimizzando tempi e sprechi.

Bibliografia e referenze:

[1] StaCast – New Quality and Design Standards for Aluminium Alloys Cast Products FP7-NMP-2012-CSA-6-PROJECT N.319188

[2] I criteri di scelta e di trattamento degli acciai da costruzione e da utensili Volume Quinto, parte seconda – Micrografia – Cibaldi Dr. Cesare

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