| Summary: | L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale.
Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture.
Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni.
Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti.
Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo.
L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, attraverso l’implementazione di correlazioni sperimentali microstrutture-proprietà meccaniche, permette la valutazione di proprietà e difettologie dei getti, fornendo un valido aiuto nell’ottimizzazione del prodotto finito e del relativo processo produttivo.
=== This work focuses on a numerical-experimental characterization of casting processes of sand ductile iron.
Initially, a deep phase of literary review has been carried out in order to completely understand the effects of the process parameters (alloy chemical composition, melt treatment and cooling rates) on defects, microstructures and mechanical properties of castings and to evaluate the state of the art of the numerical instruments of simulation of solidification dynamics and microstructure prediction.
Experimental casting equipments have been designed and developed in order to measure and control the cooling rates and to validate instrument of numerical simulation and microstructure prediction. Moreover, specific methods and instruments have been designed, tested and used in order to measure and analyze temperatures inside the central parts of castings, also in case of heavy sections.
Metallographic samples of material, obtained with different conditions, have been studied by means of optical analysis in order to evaluate microstructural features gradient, verifying the effect of the considered process parameters on microstructures parameters such as dimension and distribution of graphite nodules and content of ferrite and pearlite. In heavy section castings, a strong influence of macrosegregation and convective phenomena on microstructures and defects was found.
The main part of the activities focused on numerical simulation FEM of the performed casting processes. The measured data of temperatures and microstructures have been used for the validation and optimization of the numerical simulations and of the analytical-empirical models for microstructure prediction in a wide range of process condition.
The use of reliable instruments for simulation of casting process, with the adding of the implementation of experimental correlation microstructures-mechanical properties, allows for the evaluation of final properties and defects of castings, giving an important help in the optimization of the final product and its relative production process.
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