Hot workability of aluminum particulate composites

Questo lavoro analizza sia le curve di flusso derivanti da prove di trazione a caldo [1-5] che la microstruttura [1,2,6-9] e le simulazioni del processo di estrusione (FEM) [10-13] di compositi in lega di alluminio. I risultati in analisi derivano principalmente da studi del Prof. H. McQueen. I compositi studiati (a matrice in lega 6061, 7075, 2618 e A356), di seguito indicati con la sigla MMC (Metal-Matrix-Composites), sono stati ottenuti via liquid metal mixing con particelle di rinforzo in Al2O3 o SiC (15-30 µm). In genere i compositi prodotti via liquid metal mixing esibiscono proprietà meccaniche superiori alle rispettive leghe bulk sia a temperatura ambiente che elevata. Sono inoltre caratterizzati da una migliore resistenza all’usura [14-17]. Tali compositi vengono lavorati secondo i tradizionali processi di estrusione, fucinatura o laminazione [18-21]. MMC e leghe bulk in analisi sono stati sottoposti a prove di torsione a caldo a temperature T comprese tra 300 e 500°C e velocità di deformazione Ɲ tra 0,1 e 4/5 s-1. La resistenza di tutti compositi è risultata superiore a quella delle rispettive leghe a T inferiore ai 400°C, mentre a T più elevata solo i compositi delle leghe 6061 e 2618 hanno continuato ad esibire migliori performance delle leghe bulk. La duttilità dei compositi in lega 2618 è risultata essere sempre inferiore a quella dei compositi in lega A356 e 6061. Per la lega 7075 e i suoi MMC si è osservata una forte riduzione della duttilità a T superiore ai 400°C imputabile alla precipitazione di composti grossolani a bordo grano [1-5] mentre per gli altri compositi la duttilità aumenta notevolmente a partire da 400°C. La relazione tra duttilità e T di deformazione è fondamentale nel controllo delle difettosità dell’estruso. Si è dimostrato che il comportamento a caldo delle leghe bulk è controllato dal solo recupero dinamico (DRV), quello dei compositi sia da recupero dinamico che da ricristallizzazione dinamica (DRX). Inoltre, nei compositi non si è osservata ricristallizzazione statica dopo torsione [1,2,6-9]. L’ analisi alle equazioni costitutive è stata sviluppata secondo l’equazione di Garofalo (1) e ha dimostrato che, nei compositi, l’energia di attivazione (QHW) cresce all’aumentare del contenuto di particelle. Le simulazioni del processo di estrusione sono state sviluppate, utilizzando il software agli elementi finiti DEFORMtm , per una billetta con diametro di 178mm e altezza 305mm imponendo un rapporto di estrusione R = 31 e velocità dello spintore VR = 2.6 o 5 mm/s in analogia alle modellizzazioni precedenti [10-13]. Sono state utilizzate temperature della billette (TB) comprese tra 300-500°C. I risultati sono stati validati per confronto con estrusioni reali. Le distribuzioni delle deformazioni (ƥ) e delle velocità di deformazione (Ɲ) sono risultate indipendenti da tipo di materiale considerato. All' aumentare della TB (da 300 a 500°C), la pressione di estrusione dei compositi si riduce approssimandosi a quella delle leghe bulk. Questo è risultato valere fino a 400°C per i compositi delle leghe A356 e 7075 e fino a 500°C per i compositi delle leghe 6061 e 2618. Il carico massimo e la massima T (TMax) di estrusione crescono entrambi nell’ordine seguente: 6061, A356, 7075 e 2618. All’aumentare di TB, l’incremento di TMax è simile al variare di materiale e VR. I valori di Tmax confrontati con la minima T dell’intervallo di fusione dei diversi materiali consentono la scelta della massima TB.