Ottimizzazione del processo di riscaldo per tempra di grandi fucinati mediante analisi FEM

  • F. Curbis
  • S. Mengaroni
  • F. Cianetti
  • M. Calderini
  • S. Neri
  • E. Evangelista

Abstract

In questo lavoro è presentata la simulazione del processo di riscaldo per austenitizzazione di grandi fucinati
in acciaio destinati alla tempra differenziale. In ogni trattamento termico, le grandezze controllabili a livello
industriale sono il tempo e la temperatura. È quindi agendo su queste che si può ottimizzare il processo per
ottenere le proprietà e le microstrutture desiderate per l’acciaio esaminato, e in definitiva massimizzare la
qualità del pezzo finale. I prodotti analizzati sono i cilindri di laminazione fucinati, la cui produzione richiede un
attento ciclo termico successivo alla deformazione plastica. Infatti, dopo un ciclo termico preliminare di ricottura
con lo scopo di facilitare le lavorazioni di sgrossatura alle macchine utensili, questi pezzi vengono sottoposti
ad una tempra differenziale per incrementare la durezza dello strato di lavoro, il cui spessore varia in funzione
delle specifiche richieste dal cliente. L’ottimizzazione di un processo può essere implementata utilizzando leggi
empiriche ed il proprio know-how in prove sperimentali. La simulazione numerica rappresenta uno strumento
di previsione che potrebbe favorire un approccio più sistematico e scientifico alla risoluzione, in fase di
progetto, di tali problematiche industriali, specialmente quando il rapporto di scala tra il provino sperimentale
ed il componente reale è molto elevato, come nel caso oggetto del presente lavoro. Lo strumento numerico
tipicamente adottato per simulare tale processo è la modellazione e l’analisi agli elementi finiti (FEM). Avendo
come possibili parametri il livello di suddivisione del modello (meshatura), le caratteristiche chimico-fisiche del
materiale ed i parametri di scambio termico (entrambe differenziabili topologicamente all’interno del modello
stesso) l’approccio FEA consente di simulare sia la forgiatura che i trattamenti termici ed in particolare le fasi di
riscaldo, mantenimento e raffreddamento. I risultati ottenibili sono il campo termico, la distribuzione delle varie
fasi ed i valori di tensioni residue derivanti dal trattamento termico stesso. I risultati sono monitorabili nell’intero
arco temporale del processo. Questo tipo di analisi agli elementi finiti consente di prevedere le proprietà del
pezzo nell’intero arco temporale del processo: una volta caratterizzato il materiale ed i forni di riscaldo, si ha
a disposizione uno strumento capace di prevedere in maniera affidabile i risultati di un trattamento termico. Il
software utilizzato in questo studio è il codice FEM commerciale Forge.

Published
2014-03-12
Section
Memorie