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  • Metallurgia delle polveri: tecnologia in costante sviluppo per la produzione di componenti industrialipp p p mp

    Alberto Molinari

    5 maggio 2008

  • Descrizione della tecnologia: il processo convenzionale

  • Le operazioni secondarie

  • Lo stadio “decisivo” del processo: l la pressatura

  • L’evoluzione del materiale mentre si produce il pezzo

  • I fenomeni metallurgici che caratterizzano il processo

    Compattazione Sinterizzazione

    Non si raggiunge la densità teoricala densità teorica

    Inizio della resistenza alla densificazionealla densificazione

    Aumenta la densità (deformazione plastica)

    Si forma il legame metallico (diffusione) (ossido-riduzione)

  • Caratteristica peculiare dei sinterizzatisinterizzati

    densità - porosità

    acciaio 6.7 g/cm3

    acciaio 7 1 g/cm3 acciaio 7 5 g/cm3acciaio 7.1 g/cm3 acciaio 7.5 g/cm3

  • Le proprietà meccaniche e le conseguenti applicazioni

    1100

    ingranaggi a denti diritti ed elicoidali

    1000

    A 800

    900

    Pa

    700YS ,M

    P

    ingranaggi conici e spiroconici

    500

    600

    A A

    400

    500

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

  • pulegge

    componenti per pompe olio

    componenti per ss i compressori

    frigoriferi

  • leve

    gruppi saldati

  • componenti per impieghi magneticiimpieghi magnetici

    componenti di forma complessa

  • filtri

    La porosità come elemento funzionale

    i tti cuscinetti autolubrificanti

  • Perché si usano i sinterizzati ?

    Alb t i ss f i ifAlbero a eccentrico per compressore per frigorifero.

    Da ghisa lavorata di macchina a saldatura dell’eccentrico sinterizzato su albero da tubo (riduzione costo e peso)( p )

    Leva per dispositivo di sollevamento Leva per d spos t vo d sollevamento per trattore.

    Da acciaio forgiato lavorato di macchina a saldatura a proiezione di due componenti sinterizzati (riduzione costo)

    Impulsatore magnetico per accensione elettronica dell’auto

    Da saldatura e ribaditura di 5 pezzi torniti, una piastra tranciata e un sinterizzato a saldatura di due pezzi sinterizzati tra loro con due pezzi ribaditi (riduzione costi)

  • Albero a camme con ingranaggio della distribuzione per falciatrice da giardino

    Da ghisa lavorata di macchina ld t i i d ll’i i d ll d i t i t ( i i Ni C )a saldatura a proiezione dell’ingranaggio e delle due camme sinterizzate (acciaio Ni-Cu)

    (riduzione costo)

    Puleggia della distribuzione per autovettura

    Da ghisaDa ghisa a due pezzi sinterizzati (acciaio al rame) assemblati (riduzione costo e migliore finitura superficiale)

    Mozzo scorrevole per cambio manuale

    Da barra di acciaio lavorata di macchina a sinterizzato (acciaio al Cu-P) (riduzione costo)

  • Settore dentato per riduttore in un condizionatore

    Da settore in lamiera tranciata (due pezzi) e mozzo in lega di Al pressocolata, calettati i t i t i i i l ta sinterizzato in acciaio legato

    (riduzione costo)

    Ingranaggio con pignone per riduttore in un condizionatore

    Da lamiera tranciata (due pezzi) e pignone lavorato di macchina a pezzo unico in acciaio al Ni-Cu-Mo sinterizzato (riduzione costo e comportamento autolubrificante))

    Disco di turbolenza per i bruciatori di combustibili liquidi

    Da lamiera tranciata, piegata e fresata a sinterizzato in acciaio a basso carbonio (dopo modifica del disegno) (riduzione costo)

  • L’approccio per l’ottimizzazione

    1. Ogni pezzo / dispositivo è concepito per svolgere una funzione rispettando delle specifiche di costo, p p peso, ingombro, ecc.

    2. La funzione è la sintesi di: progetto, materiale, processo tecnologicoprocesso tecnologico

    3. Materiale, progetto e processo tecnologico devono essere concepiti contestualmentep

    4. Progettista, tecnologo dei materiali e tecnologo di processo devono collaborare fin dall’inizio

    5. Nessuna soluzione tecnologica deve essere esclusa a priori

    6. La soluzione più conservativa non sempre è quella ottimale

    7 Il materiale deve ricominciare a svolgere il ruolo 7. Il materiale deve ricominciare a svolgere il ruolo che ha svolto in passato nel supporto all’innovazione tecnologica

  • Dove si impiegano principalmente i sinterizzati ?

    Sospensioni e Freni

    Motore

    Sistema di ScappamentoTrasmissione

    Possibili sviluppi

    Aumento delle àproprietà

    meccaniche

  • Aumento delle proprietà meccaniche

    1100

    1000

    1100

    Proprietà simili al forgiato

    A

    900

    a

    f g

    - Sviluppo di nuovi materiali - Modifica della pressatura - Modifica della sinterizzazione700

    800

    YS ,M

    Pa

    - Trattamenti termici e superficiali - Lavorazioni meccaniche superficiali600 processoprocesso

    standardstandard

    A A

    400

    500 standardstandard

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

  • Modifica della pressatura

    Warm Compaction High Velocity Compaction

  • Modifica della sinterizzazione

    Sinterizzazione ad alta temperatura

  • Modifica della sinterizzazione

    Sinterotempra Fe-0.5%C-1.5%Cr

    Sinterotempra

    0.5 °C/sec

    3 °C/sec Martensite

    0.5 C/sec bainite superiore

  • Aumento delle proprietà: innovazione di

    11001100110011001100

    processo

    1000

    1100

    AM 1000

    1100

    AM 1000

    1100

    AM

    DDC

    1000

    1100

    AM

    DDC CrL

    1000

    1100

    SHSHSinterotempraSinterotempra

    A

    900

    a A

    M

    900

    a A

    A2N M

    900

    a A

    A2N M

    DDC 900

    a A

    A2N M

    DDC 900

    a

    HTsHTs

    SHSH

    A

    700

    800

    YS ,M

    Pa

    A

    700

    800

    YS ,M

    Pa

    A

    A2N 700

    800

    YS ,M

    Pa

    A

    A2N 700

    800

    YS ,M

    Pa

    A

    A2N 700

    800

    YS ,M

    Pa

    600

    Y

    AM600

    Y

    AM600

    Y

    AM DDC

    600

    Y

    AM DDC

    CrL CrL

    600

    Y

    LTsLTs

    PressaturaPressatura ad ad altaalta densitàdensitàCondizioni Condizioni

    standardstandard

    A A

    400

    500 A A

    AM

    400

    500 A A

    A2NAM

    400

    500 A A

    A2NAM

    400

    500 A A

    A2NAM

    400

    500 LTsLTsstandardstandard

    400

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

    400

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

    400

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

    400

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

    400

    10 20 30 40 50 60 70 E,J

  • Aumento delle proprietà: innovazione di processo e di materiale

    C = cold compactionC cold compaction W = warm compaction L = 1120°C H = 1240 °C

    Quenched and stress relieved

    Quenched and stress relieved

    3%Cr 3%Cr –– 0.5%Mo 0.5%Mo –– 0.35%C 0.35%C trattamento termicotrattamento termico

    relieved

    warm compaction Quenched and stress relieved

    warm compacted and sintered at 1250°C

    aumento Tsint. cold compacted and sintered at 1120°C

    cold compacted and sintered at 1250°C

  • Aumento delle proprietà:Aumento delle proprietà: trattamenti superciali

    3%Cr 3%Cr –– 0.5%Mo 0.5%Mo –– 0.2%C : cementazione0.2%C : cementazione

    Tsint = 1120°C Tsint = 1240°C

  • Aumento delle proprietà:Aumento delle proprietà trattamenti superficiali

    1.5%Cr 1.5%Cr –– 0.2%Mo 0.2%Mo –– 0.6%C : nitrurazione ionica0.6%C : nitrurazione ionica

  • Aumento delle proprietà: lavorazioni meccaniche superficialip

  • La ricerca a Trento (sulla tecnologia convenzionale)

    Sviluppo di materiale e processo per la produzione di componenti per l’i d t i t bili ti bi ll i i d l bil’industria automobilistica: biella, ingranaggio del cambio

    Durata: tre anni

    Collaborazioni industriali: Höganäs AB, TFM, Vacuum, 2Effe Eng.

    Collaborazioni universitarie: Madrid Vienna KosiceCollaborazioni universitarie: Madrid, Vienna, Kosice

    Personale coinvolto: Cinzia Menapace Lorena Maines Elena SantulianaPersonale coinvolto: Cinzia Menapace, Lorena Maines, Elena Santuliana

  • I processi “speciali” della Metallurgia delle Polveri

    - Hot Isostatic Pressing - Sinteroforgiatura - Estrusione di polveri - Laminazione di polveri - Formatura senza pressione (tape casting, slip casting)

    - Metal Injection Moulding

    I d ti i t i La ricerca a Trento- Induction sintering - Spark Plasma Sintering

    Selective laser sintering

    La ricerca a Trento

    5 progetti di ricerca 10 progetti industriali- Selective laser sintering

    - Selective laser melting - Electron beam sintering - Electron beam melting

    p g

    - Cinzia Mmenapace - Gloria Ischia, Lorena Maines, Mirco D’Incau

    Luca Facc

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