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TRATTAMENTI TERMICI SU CARPENTERIA E GHISA

F.lli Temponi esegue trattamenti termici su strutture di carpenteria e ghisa, di particolari, dalle piccole alle grandi dimensioni. I forni e i loro strumenti di controllo e gestione, assicurano l’accuratezza del ciclo termico impostato e la completa tracciabilità, anche da remoto, dei pezzi trattati.

Presso gli stabilimenti di Nave eseguiamo ogni tipo di trattamento ghisa:

  • Distensione;
  • Normalizzazione;
  • Ricotture;
  • Ricottura di ferritizzazione;
  • Cicli personalizzati (su specifica istruzione del cliente).

Il controllo di ogni ciclo di trattamento termico è affidato, oltreché ai tradizionali sistemi di monitoraggio elettronici, ad un sofisticato software che rileva, registra ed archivia tutti i cicli effettuati.

Granigliatura

La granigliatura è un trattamento superficiale che viene eseguito con macchine differenti in rapporto alle dimensioni, alla forma e al peso del particolare.

Verniciatura METALLI

La verniciatura viene effettuata a spruzzo in cabina con fondi epossidici, sia a solvente che all’acqua, fondi alla nitro, zincanti inorganici e zincanti epossidici. Le tinte sono a vostra richiesta. A rispetto della salvaguardia della salute, della sicurezza e dell’ambiente e grazie all’aiuto di partner qualificati e affidabili abbiamo introdotto nel nostro ciclo di verniciatura prodotti epossidici “base acqua” in sostituzione a quelli “base solvente” abbattendo drasticamente il tasso di emissioni di composti organici volatili senza per questo alterarne la qualità.

Qualità che viene altresì garantita con l’utilizzo dei più recenti e sofisticati impianti di verniciatura con catalisi in testa.

La verifica degli spessori applicati viene effettuata tramite appositi rilevatori digitali.

La problematica del trattamento termico di camere chiuse

trattamento termico
trattamento termico

Lo spunto per l’approfondimento di una problematica sui trattamenti termici di particolari che abbiano delle camere non opportunamente forate viene da un fatto realmente accaduto all’interno della nostra azienda. Il trattamento termico di un cilindro metallico cavo lungo 172 cm con diametro 17,5 cm non opportunamente dotato di fori di sfiato dal costruttore, ha provocato lo scoppio del tubo stesso, con danneggiamento sia alla carica, che all’infrastruttura del forno.

Quantificati i danni, fortunatamente solo materiali, la priorità rimaneva l’approfondire quali fossero state le cause dell’esplosione in un trattamento termico eseguito in aria (senza atmosfera controllata e senza la presenza di gas carburante o miscele esplosive).

Considerazione sull’evento

Sulla base delle osservazioni dei danni del tubo e di quelli del forno riportati nelle foto, che riconducono in ogni caso ad un aumento di pressione all’interno del rullo presente sulla carica di ricottura, l’evento può essere stato generato da:

1- Presenza di sostanze esplosive,

2- Esplosione di miscela gassosa (gas, vapori, nebbie),

3- Scoppio per raggiungimento della massima pressione di resistenza originata dalla presenza di liquidi all’interno del tubo,

4- Presenza di sostanze reattive

Lo studio realizzato da un ente specializzato in danneggiamenti generati da “fenomeni esplosivi” ha dimostrato che la causa più probabile e quella del punto 3. Di seguito un estratto di questo studio dove si elencano in modo dettagliato le cause del evento.

Per comprendere come possa essersi verificato l’incidente con il danneggiamento del tubo e del forno di ricottura riportiamo la serie degli eventi che verosimilmente lo hanno concretizzato:

  • il tubo contiene del liquido e/o delle polveri rimaste casualmente all’interno,

 

  • il progressivo aumento della temperatura del forno, fino a circa 580°C, genera la vaporizzazione del liquido con il valore di pressione corrispondente alla tensione di vapore. Considerando la quantità di liquido (3578 cm3) calcolata dalle tracce all’interno del tubo si può raggiungere un valore di pressione di centinaia di bar (almeno superiore a 160 bar a 345,7°C considerando il volume specifico del vapore saturo di 0,00955 m3/kg calcolato supponendo il liquido costituito da acqua, il volume del tubo pari a 34163 cm3 e il peso di acqua pari a 3578 g),

 

  • le polveri di alluminio e ossido di ferro all’interno del tubo, potrebbero essere state localizzate anche tra tappo e flangia, sono innescati dall’alta temperatura del forno,

 

  • l’accensione delle polveri tenendo conto della temperatura di circa 2700°C che raggiunge la reazione tra le polveri genera un aumento significativo della pressione che fa saltare i tappi,

 

  • l’aumento di pressione tra il tappo e la flangia raggiunge valori che provocano la deformazione a ombrello rovesciato del tappo e della flangia considerando le polveri localizzate in questa zona,

 

  • la pressione all’interno del tubo avendo superato quella di resistenza dei due tappi genera l’espulsione degli stessi,

 

  • la fuoriuscita dell’atmosfera gassosa interna determina lo spostamento del tubo per reazione. Il tubo si sposta in direzione opposta allo squarcio della parete dato che l’estremità verso lo squarcio è tutta libera mentre l’altra estremità non è del tutto libera per la conformazione del Il tappo pur essendo stato espulso non riesce a rendere disponibile l’area di sfogo a causa della vicinanza di un altro manufatto metallico oltre ad avere attaccata anche la flangia,

 

  • l’elevato valore della pressione nella zona tra tappo e flangia un attimo prima della rottura dei tappi genera l’apertura a margherita dell’estremità facilitata anche dallo spostamento del tubo che toccando altri pezzi ha innescato alcune fratture,

 

  • il tappo dell’estremità lacerata dopo l’espulsione impatta sul pezzo vicino come chiaramente mostrano le impronte,

 

  • l’altro tappo all’estremità non lacerata impatta violentemente sulla parte inferiore del manufatto a forma di bidone producendo a sua volta con la parte inferiore opposta lo squarcio sulla parete del forno,

 

  • la fuoriuscita dell’atmosfera gassosa dal tubo genera una reazione del tubo ossia una forza che smuove il fascio dei rulli che a sua volta smuove di conseguenza tutti i manufatti vicini che essendo adiacenti alle pareti del forno rendono facile la rottura del refrattario delle pareti,

 

  • il vigoroso flusso gassoso dal tubo completa la rottura e la caduta dei pannelli di refrattario con le relative resistenze.

Raccomandazioni:

– Evitare assolutamente le camere chiuse all’interno dei pezzi che devono subire trattamenti termici ad alta temperatura.

– E un obbligo di tutti i progettisti avere la consapevolezza del pericolo, e per conseguenza controllare che i manufatti con camere chiuse non siano consegnati in trattamento termico.

Bibliografia e referenze:

[1] Relazione tecnica su cilindro cavo danneggiato – Ing. Nicola Mazzei

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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