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Effetto del tenore di ferro e del trattamento termico sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di leghe Al-Si-Mg da fonderia
No full textNella memoria sono presentati i principali risultati di uno studio sperimentale condotto al fine di valutare l’effetto del tenore di Fe sulle proprietà statiche e dinamiche di leghe Al-Si-Mg da fonderia. Sono stati appositamente realizzati getti sperimentali in lega A356 e lega B356 colati in sabbia, dai quali sono state ricavate provette allo stato grezzo, successivamente sottoposte a diverse condizioni di trattamento termico, in termini sia di tempi di solubilizzazione sia di tempi di invecchiamento, identiche per ciascuna lega. Dopo l’esecuzione dei trattamenti termici, le provette sono state lavorate all’utensile per produrre provini per prove a trazione e provini Charpy per prove strumentate ad impatto. Le principali caratteristiche meccaniche ottenute sono state correlate con i parametri di trattamento termico e con il tenore di Fe presente nelle due leghe oggetto di indagine. In particolare, è stata valutata la risposta delle leghe ai diversi tempi di invecchiamento a parità di tempi di solubilizzazione. Sono state inoltre eseguite prove di durezza per monitorare l’effetto combinato del trattamento termico e della quantità di intermetallici sulle proprietà del materiale. Analisi al microscopio ottico metallografico (OM) e al microscopio elettronico a scansione (SEM) dotato di microsonda EDS hanno permesso di caratterizzare la microstruttura delle leghe, i profili e le superfici di frattura dei provini, nonché di valutare, anche quantitativamente, la distribuzione e la morfologia dei precipitati di Fe
Using NiTi shape memory alloy wires for the geometry active control in a cooling fan.
No full textOver the last years, shape memory alloy materials have seen widespread usage in mechanical and automotive applications. The shape memory effect is the material’s ability to recover large mechanically-induced strains (up to 8%) by temperature increase. NiTi’s remarkable behavior is due to the presence of two material phases, the martensite stable at low temperature and the austenite stable at high temperature, and the presence of a thermoelastic martensitic transformation. By means of shape memory alloy materials, the component gains the ability to adjust itself to external stimuli automatically. Furthermore, the increasing attention on low energy consumption opens the way to a larger employment of such materials. In this context, a study dealing with power reduction in engine cooling fans, through integration of shape memory alloy wires, is presented. The goal of the paper is to highlight that shape memory alloys are successful, replacing mechanical/pneumatic devices, in the design of engine cooling fans. In particular they are able to actively modify their geometry according to operative conditions, in order to reduce the fan power absorption. NiTi shape memory alloy wires, pre-deformed in the martensitic state, are integrated in the blades’ structure and able to produce a macroscopic deformation when thermally activated. In this way, according to the temperature perceived by the NiTi wires, the blades’ configuration of the fan automatically modifies. As a consequence, the flow rate can be actively controlled with respect to the cooling requirement. Some relevant material properties, such as transformation temperatures, elastic moduli of the two material phases, maximum recoverable deformation and other constants, required for describing stress-temperature and strain-temperature dependences, have been determined experimentally. Thus, the design of a fan able to guarantee the necessary cooling flow rate in steady state conditions, but able to minimize power absorption when cooling conditions are not critical, has been performed. Comparing the simulated power absorptions of the fan in the critical and non critical conditions, it has been possible to quantify the improved cooling efficiency of the fan integrated with shape memory alloy wires
Processi di colata allo stato semisolido di leghe di alluminio
No full textLa formatura allo stato semisolido delle
leghe di alluminio, detta anche metallurgia
semisolida (SSM, semi-solid metallurgy),
è una tecnologia di produzione
delle leghe leggere relativamente nuova
che ha raggiunto recentemente lo status
di processo industriale riconosciuto; non
è, infatti, più solo una novità, o solo un
processo “interessante”, ma piuttosto
una tecnologia estremamente affidabile
che permette di realizzare componenti di
metallo con forme complesse e con grandi
capacità di controllo. I due principali processi di rheocasting e thixocasting sono stati analizzati
Design of a polymeric prototype with variable geometry controlled by shape-memory strips
No full textShape memory alloys are successfully used in several mechanical devices, replacing expensive and cumbersome mechanical systems. In this communication a preliminary study for the design of an actively deformable structure is presented. The possibility of increasing the performance of cooling fans in earth-moving engines by controlling the geometry of the fans’ blades is examined. A prototype made of a NiTi shape memory strip fixed to the surface of a polymeric plate is briefly illustrated. The heat treatment parameters necessary to memorise the desired shape of the strip are determined experimentally, and a theoretical model is developed to reproduce and optimise the behaviour of the prototype
Prove Charpy per getti migliori
No full textIn letteratura i dati a disposizione sulle proprietà ad impatto delle leghe di alluminio da fonderia sono pochi, contrariamente ai dati ricavati dalle classiche prove a trazione.
Le prove di resistenza ad impatto, o prove di resilienza, sono uno strumento di controllo molto importante per i progettisti al fine di verificare la validità del progetto; come spesso accade per getti in sabbia o colati in bassa pressione, infatti, cambiare alcuni parametri operativi del processo risulta necessario per ottimizzare l’aspetto microstrutturale della lega, riducendo drasticamente la difettosità diffusa e per migliorare così le prestazioni delle leghe all’impatto. Anche un opportuno trattamento di modifica della lega, ad esempio con l’aggiunta di stronzio, consente di operare sulla morfologia e distribuzione delle varie fasi all’interno del materiale comportando un significativo miglioramento delle proprietà ad impatto
Caratterizzazione a fatica e frattografica di un acciaio HSLA da stampaggio al Nb-V
No full textGli acciai HSLA da stampaggio hanno trovato un crescente utilizzo grazie all’aggiunta di elementi microalliganti e all’introduzione di processi di colaggio in sottile e laminazione controllata, consentendo di ottenere una buona combinazione di proprietà meccaniche, saldabilità e leggerezza a costi competitivi di produzione. Attraverso la precipitazione di carburi/nitruri/carbonitruri degli elementi microalliganti durante cicli di deformazione condotti a temperature prestabilite, è possibile controllare i fenomeni di ricristallizzazione e di ingrossamento del grano ferritico. In tal modo si riesce ad ottenere un materiale rinforzato con una microstruttura particolarmente fine e con le proprietà meccaniche richieste. I diversi fenomeni di precipitazione, che concorrono aggiungendo simultaneamente esigue quantità di Niobio e Vanadio, rendono
l’acciaio microlegato con tali elementi di interesse strategico. Nel presente lavoro si è studiato il comportamento a fatica ad alto numero di cicli e la morfologia della superficie di frattura di un
acciaio laminato HSLA al Nb-V. A tal fine sono state effettuate osservazioni al microscopio ottico metallografico e a scansione elettronica. Inoltre, l’utilizzo di una sonda a dispersione di raggi X per la microanalisi chimica ha consentito di individuare la presenza e la composizione qualitativa di eventuali inclusioni presenti nelle superfici di frattura del materiale considerato
CORRELATION BETWEEN MICROSTRUCTURAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOY CASTINGS PRODUCED BY DIFFERENT FOUNDRY PROCESSES
No full textAluminum is quite a new material and the production of aluminumalloy
castings has greatly increased in the last recent years. Nowadays,
there is a continuous market requirement to produce lighter vehicles
and to increase fuel efficiency, therefore roughly two thirds of all
aluminum castings production is within the automotive field. Even
though the applications of aluminum in this scenario are considerable,
some aspects affecting the quality and the soundness of cast products
are still not fully understood. The aim of the research work presented
in this PhD thesis was to study the correlation between mechanical
and microstructural properties of Al-Si castings, in order to contribute
to fill this lack of knowledge. The majority of my research work is
included here as a collection of four papers submitted in the form they
were published or submitted for publication. Each paper is a standalone
work with separate abstract, introduction, experimental
procedure, results, conclusions and reference sections. Different kinds
of automotive and motorcycle structural components, realised by
means of low pressure die casting and permanent mould gravity
casting, and experimental components realised by sand mould casting
were produced and studied. Impact strength and tensile strength tests
were performed in order to understand the correlation between
microstructural and mechanical properties better. The effect of
different cooling rates, eutectic modification, defects, heat treatments
and type of cores was studied with the aim to improve the design of
aluminum alloy structural components. Moreover, the effect of the
eutectic microstructure on the anodizing surface treatment in
aluminum-silicon alloys was studied. The influence of silicon content,
morphology and distribution of the eutectic phase on the anodizing
process was investigated on both sand-cast and die-cast samples.
Different techniques for the microstructural examination were
employed in the research study; Optical Microscopes (OM) and
Scanning Electron Microscopes (SEM) with Energy Dispersive X-ray
(EDS) microprobe were used and also X-ray investigations were carried
out to verify the presence or the absence of porosities and defects in the
castings. In addition, numerical simulations were carried out and the
results were compared with those obtained by microscopy. In terms of
utility, the numerical simulations were able to predict the formation of
macro-defects and the final scale of microstructure within the castings,
confirming their potential as an engineering tool for predicting
microstructural and mechanical properties throughout the castings
Modelling the constrained recovery in shape memory wires
No full textThe first part of this paper reports a one-dimensional model, proposed for simulating
the microstructural evolution of phase transforming thin wires in uniaxial constrained recovery
conditions. The model can explain the shift to higher transformation temperatures observed in experiments
on shape memory wires. The effect of increasing the pre-straining on the
evolution of the recovery stress and on the martensite volume fraction can also be captured.
In the second part of the paper, we report a work that is still in progress, in which we apply the
model in order to study a composite with shape memory wires. The model is able to qualitatively
reproduce the deformation of a prototype realised in the Laboratory of Metallurgy of the Department
of Engineering at the University of Ferrara
Thermoelastic transformation behavior of NiTi strips in bending: experiments and modelling
No full textVentola a geometria variabile e procedimento per la fabbricazione delle relative pale
No full textVENTOLA, PARTICOLARMENTE PER IL RAFFREDDAMENTO DI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA PER MACCHINE PER MOVIMENTO TERRA, LE CUI PALE PRESENTANO UNA STRUTTURA COMPOSITA ELASTICAMENTE DEFORMABILE INCLUDENTE ALMENO UNA LAMINA DI UNA LEGA A MEMORIA DI FORMA ATTA AD ESSERE RISCALDATA MEDIANTE CORRENTE ELETTRICA PER VARIARE LA GEOMETRIA DELLA PALA
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