Studio della distanza interdendritica (DAS) in teste cilindri prodotte tramite colata in gravità con differenti leghe di alluminio

Abstract

La distanza interdendritica (dendrite arm spacing - DAS) definita come la distanza tra le adiacenti protuberanze dei bracci secondari di una serie di dendriti, negli ultimi anni è stata usata per descrivere la struttura metallurgica dei materiali colati per componenti automobili. E’ noto che i componenti colati che presentano una microstruttura molto fine mostrano migliori proprietà a trazione e a fatica, in particolare, per le leghe di alluminio utilizzate in fonderia, questo miglioramento è legato strettamente a un basso valore del DAS. In effetti, più piccolo risulta il valore del DAS e minore è la dimensione dei difetti formatisi durante la solidificazione dell’eutettico (segregazioni, cavità da ritiro, inclusioni di ossidi e porosità da gas). Lo scopo del presente lavoro è stato quello di studiare i fattori che influenzano il DAS delle teste cilindri in alluminio prodotte dagli stabilimenti Teksid Aluminum S.r.l. con la tecnica di colata in gravità in SPM (semi-permanent mould). La ricerca è stata suddivisa in tre fasi distinte per permettere un’analisi il più accurata possibile dei fattori di dipendenza del DAS. In una prima fase è stata rilevata la misura del DAS su campioni prelevati da una provetta di geometria molto semplice, colata a parte e su un unico modello di testa cilindri preso a riferimento e prodotto con tre differenti leghe ipoeutettiche di impiego corrente per la produzione di questo particolare. Lo scopo di questo primo stadio di ricerca è stato quello di valutare, a parità di geometria, l’influenza sul DAS della composizione chimica della lega. I risultati sperimentali hanno messo in evidenza che l’aumento in percentuale di elementi alliganti, quali silicio e rame, determina una riduzione dei valori di DAS. Durante la seconda fase di studio sono stati valutati i fattori di processo che influenzano la velocità di solidificazione dei getti reali, quali la temperatura di colata, la temperatura della conchiglia e la configurazione geometrica della zona delle camere di scoppio. A parità di temperatura di colata, il DAS delle teste cilindri diminuisce con il diminuire della temperatura della conchiglia. Tuttavia, riducendo la temperatura di colata all’interno del range permesso dal mantenimento della qualità metallurgica, si è ottenuto un più diretto e marcato effetto sulla riduzione del DAS rispetto a quello ottenuto riducendo la temperatura della conchiglia di colata. Al contrario, una eccessivamente elevata temperatura di colata può portare a getti con DAS elevato e scarse proprietà meccaniche. Sono, infine, state investigate teste cilindri con configurazioni geometriche diverse in zona di camera scoppio. E’ stato riscontrato che il DAS misurato su colonnine/supporti albero a camme risulta minore rispetto a quello rilevato su teste cilindri alimentate su sedi candela o sedi iniettori in cui il DAS aumenta con l’aumento della distanza dalla superficie della camera di combustione (la temperatura del metallo nella zona della camera di combustione, dove il DAS viene misurato, può essere più elevata rispetto all’altra soluzione geometrica).