Relazione Fonderia - Capitolo 2

7/25/2019 Relazione Fonderia - Capitolo 2

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UNIVERSIT DEGLI STUDI DI UDINE

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Facolt di IngegneriaCorso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica

LE TEMATICES!ECIFICE DELLA S"LIDIFICA#I"NE

Docente

!ro$% Fa&io Miani

Studenti

Antona''o Mattia ()*+(Mariottel Edoardo )),-.

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Anno Accade/ico ,0*,1,0*+


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Indice

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Ca2itolo , !ag%

Introdu'ione3 contri&uti teorici alla solidi$ica'ione.................................... . Dinamiche della solidificazione............................................................. 7

,%* Solidi$ica'ione dendritica............................................................................... Metalli puri............................................................................................. Leghe...................................................................................................... Effetto della velocit di raffreddamento................................................. Propriet strutturali.................................................................................ratteristiche ottiche ed energetiche del fascio laser..........................................

*01111!1!

,%, Solidi$ica'ione di eutettici.............................................................................. *-

,%+ Siste/i 2eritettici............................................................................................ *.

,%- Le nuo4e /etodologie di indagine3 la radia'ione di sincrotrone nella4isuali''a'ione della solidi$ica'ione.............................................................. *5 "ntroduzione............................................................................................. #isultati e discussione$ la crescita colonnare in %l&'u............................ 'rescita e(uiassica in %l&'u.................................................................... )rammentazione dendritica e transizione da struttura colonnare a

e(uiassica........................................................................................................... Solidificazione eutettica........................................................................... Porosit da idrogeno................................................................................ Separazione di fase durante la solidificazione monotettica..................... 'onclusioni.............................................................................................."ntroduzione

1*171+

1,!!1!1!-

,%. I la4ori s2eri/entali di Arn&erg e Mat6iesen nella solidi$ica'ione............ "ntroduzione............................................................................................. Procedura sperimentale............................................................................

#isultati.................................................................................................... Discussione.............................................................................................. 'onclusioni..............................................................................................

,-!!/!7!,-

7i&liogra$ia...................................................................................................... +*

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Contri&uti teorici alla solidi$ica'ione

La fusione 0 una delle tecnologie pi antiche e fu la prima utilizzata intorno al a.'. perrealizzare ornamenti2 punte di frecce e vari altri oggetti. " processi di fonderia prevedonol3introduzione di una massa di metallo fuso all3interno della cavit di una forma2 dove2 asolidificazione avvenuta2 il metallo prende la forma della cavit stessa. 4razie a tali processi si

possono realizzare forme geometricamente complesse in un unico pezzo2 andando da dimensionimolto piccole a dimensioni notevoli.'on un appropriato controllo dei materiali e dei parametri di processo2 si possono realizzarecomponenti aventi caratteristiche uniformi nel volume. 'ome nel caso degli altri processimanifatturieri2 la conoscenza di alcuni aspetti teorici fondamentali consente di produrre componentidi 5uona (ualit ed accuratezza dimensionale. " fattori pi importanti nei processi di fonderia sono iseguenti$

1. La solidificazione del metallo dallo stato fuso2 con conseguente ritiro volumetrico.!. "l flusso del metallo fuso all3interno della cavit della forma.-. Lo scam5io termico durante la solidificazione e raffreddamento del metallo nella forma.. "l materiale della forma e la sua influenza nel processo di fonderia.

"n (uesto ela5orato2 l3attenzione si concentra sui meccanismi di solidificazione2 cos6 dacomprendere le microstrutture che si vengono a formare e la loro relazione con le propriet finalidel componente. " metalli puripresentano punti di solidificazione e fusione 5en definiti e la lorosolidificazione avviene a temperatura costante. uando la temperatura del metallo fuso raggiunge(uella di solidificazione viene rilasciato calore latente di fusione2 in modo da mantenere la

temperatura costante. %l termine della trasformazione di fase isoterma2 la solidificazione 0 completaed il metallo si raffredda fino a temperatura am5iente."l prodotto si contrae in termini volumetrici al procedere del raffreddamento2 a causa dellacontrazione in fase li(uida 8figura 1&59 fino a temperatura di solidificazione e della contrazione infase solida 8figura 1&59 dalla temperatura di solidificazione a (uella am5iente 8figura 1&a9. Si pu:anche verificare una significativa variazione di densit come risultato del cam5iamento di fase.

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Figura *3 8a9 Diagra//a T:t 2er la solidi$ica'ione dei /etalli 2uri% 8&9 Densit in $un'ione del te/2o

% differenza dei metalli puri2 le leg6esolidificano in un intervallo di temperatura. La solidificazioneinizia (uando la temperatura del fuso scende sotto la temperatura di li;uidus e si completa (uandola temperatura raggiunge (uella di solidus% %ll3interno di (uesto intervallo di temperatura2 la lega 0allo stato semisolido2 e la composizione chimica e lo stato sono identifica5ili tramite il suodiagramma di fase. ;n diagramma di fase2 chiamato anche diagramma di e(uili5rio2 illustragraficamente le relazioni tra temperatura2 composizione chimica e fasi presenti nella lega.;n esempio di diagramma di fase 0 mostrato nella figura seguente per la lega nichel&rame. es.

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Figura ,,3 se2ara'ione di $ase del li;uido e rea'ione /onotettica

'os62 se il gradiente di temperatura 0 sufficientemente elevato2 le goccioline di 5ismuto vengonomesse in moto antiparallelo alla gravit2 spostandosi verso zone a pi alta temperatura crescendo indimensione attraverso coalescenza o accumulo di goccioline pi piccole2 pi lente o ferme. %llostesso tempo2 in situazione di e(uili5rio2 avverre55e una graduale dissoluzione delle gocciolinedirette in zone a temperature pi elevate. 'omplessivamente ci sono ora due possi5ili esiti per ilmovimento delle gocce2 coalescenza e dissoluzione2 ma in entram5i i casi le gocce cresconoa55astanza poich= si rende dominante la forza di gravit oppure si mantengono in un regime

dimensionale in cui prevale il moto di Marangoni.?el primo caso ci sar una coesistenza di due regimi di flusso2 uno ascendente2 guidato dalle forzedi Marangoni di piccole goccioline2 adiacente ad un flusso di sedimentazione attivato dalla gravit

per le gocce pi grandi. %ll3interfaccia tra i regimi2 la coagulazione sar ulteriormente promossa.?el regime dimensionale dominato da Marangoni2 le gocce si muovono troppo velocemente peressere dissolte ma il trasporto nella regione misci5ile dove finalmente (uesto avviene2 causa unastratificazione di densit insta5ile nel li(uido dovuta a sovrasaturazione da 5ismuto.

?ascono allora vortici mesoscopici di convezione naturale2 in presenza dei (uali ci sar unassestamento del trasporto di soluto ricco in 5ismuto che2 senza nuova precipitazione di gocciolinenell3intervallo di immisci5ilit2 pu: portare ad un sottoraffreddamento della reazione monotettica. "lmoto di Marangoni di formazione delle goccioline allHinterfaccia2 da invece origine a moti di

convezione microscopici$ nel flusso di taglio tra i vortici 0 comun(ue promossa la coalescenza."noltre2 la se(uenza rivela molti dettagli interessanti su microscala riguardanti i meccanismi diinterazione goccia&goccia2 che possono essere confrontati con i risultati di modellazione

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microscopica dei campi di fase2 mostrando come lHidrodinamica svolga un ruolo dominante sullacoalescenza nei sistemi immisci5ili.^ccorre notare che dalla sola osservazione della se(uenza mostrata in figura !!2 su una serie dimolti campioni e per una vasta gamma di gradienti di temperatura e di velocit di trasporto2 si

potre55ero confermare le nucleazioni di goccioline nell3intervallo di immisci5ilit. "n tutte le

se(uenze appaiono visi5ili goccioline in prossimit della reazione monotettica2 le (uali potre55eroessere potenzialmente ascrivi5ili ad un pro5lema di nucleazione.

Conclusioni

Le nuove tecniche 5asate sull3alta intensit delle sorgenti di raggi U2 in com5inazione con sistemi ditelecamere ad alta risoluzione e 5asso rumore2 hanno permesso ac(uisizioni in&situ ad altarisoluzione spaziale e temporale della solidificazione di leghe. ueste sono in grado di fornire dati(uantitativi sulle morfologie di tale processo2 sulle distri5uzioni dei soluti e sulla cinetica2 cheserviranno come riferimento per la modellazione e per una migliore comprensione dei fenomeni disolidificazione. Se(uenze video di (ueste tecniche possono essere utilizzate per illustrare una vasta

gamma di fenomeni di solidificazione delle leghe.

,%. I la4ori s2eri/entali di Arn&erg e Mat6iesen nella solidi$ica'ione

< stato studiato l3accrescimento nella zona semisolida di in una lega di rame %l&-2 duranteesperimenti di solidificazione direzionale continua mediante microscopia a raggi U con sincrotrone

ad alta 5rillanza2 il (uale ha permesso la cattura di immagini in&situ durante il processo. Eranopresenti condizioni transitorie a causa delle (uali un flusso di li(uido ricco in soluto 8alluminio92colpisce e attacca la matrice dendritica e (uindi coalesce.

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L3accrescimento 0 stato studiato seguendo la spaziatura dei 5racci secondari delle dendriti 8SD%S9sviluppatisi in diversi istanti della solidificazione2 a seconda della profondit del semisolido e delledifferenti velocit all3interfaccia.L3arricchimento del soluto ed il flusso di li(uido2 causano decelerazione e accelerazione del frontedi solidificazione2 le (uali influiscono sia sulla profondit del semisolido2 sia sulla crescita locale2

sia sull3accrescimento dovuto a variazioni del gradiente del soluto e (uindi sul sottoraffreddamentolocale. "noltre2 lo spazio tra le dendriti vicine2 che determina la permea5ilit nella zona semisolida2porta allo sviluppo di 5racci di ordine superiore.

Introdu'ione

La microstruttura finale delle leghe solidificate dipende dallo sviluppo della morfologia della fasesolida e dalla segregazione. Durante la solidificazione continua2 crescita e coalescenza 8cio0dissoluzione dei cristalli e crescita di altri9 si sviluppano simultaneamente.Le propriet finali di una lega sono determinate in parte dallHevoluzione morfologica della fasesolida la (uale2 il pi delle volte2 solidifica dendriticamente. LHevoluzione di strutture ramificate

influenza anche la microsegregazione2 la (uale decreta le propriet finali della lega solidificata.L3ingrossamento dei 5racci di ordine elevato 0 guidato da gradienti geometrici e di composizione$(uesti causano trasporto di materiale2 ovvero trasporto di solvente da regioni ad elevata curvaturaverso regioni con 5assa curvatura e viceversa per il soluto. Sono stati descritti diversi meccanismi diaccrescimento (uali$

dissoluzione radiale dei 5racci de5oli delle dendriti e ispessimento di (uelli grandiO dissoluzione della radice dei 5racci de5oli 8frammentazione9O dissoluzione delle dendriti de5oli dalla punta verso la radiceO coalescenza tra le 5raccia dendritiche vicine.

Per (uanto riguarda la solidificazione dendritica2 l3accrescimento pu: essere descritto in termini dispaziatura dei 5racci secondari delle dendriti 8SD%S9. Durante (uesta fase2 la spaziatura tra 5raccisecondari e di ordine superiore2 potre55e tendere a diventare pi grande rispetto al meccanismo dicoalescenza citato in precedenza.%d una microstruttura pi fine 85asse SD%S92 corrisponde solitamente un miglioramento delle

propriet meccaniche 8maggior carico di snervamento9. Sia la velocit di raffreddamento che lacomposizione2 mostrano una profonda influenza sulle SD%S$ per esempio2 una microstruttura pifine 0 ottenuta aumentando la velocit di raffreddamento.;na consolidata relazione tra le SD%S ed il tempo locale di solidificazione ts0 data dalla seguente$

SDAS A tsn

dove'ed nsono costanti.Si 0 trovato che n0 compreso tra .!+ e ./ per la maggior parte delle leghe metalliche. uestacorrelazione consente lHanalisi della dipendenza delle SD%S dalla velocit di raffreddamento2 la(uale 0 inversamente proporzionale alla ts.

@uttavia2 gran parte delle analisi di accrescimento condotte in passato2 per i sistemi metallici&opachi2 0 stato fatto su campioni gi solidificati$ da (uesti non 0 possi5ile osservare le fluttuazioninella velocit locale e lHevoluzione della microstruttura in tempo reale.

?ei processi reali di fonderia2 la solidificazione 0 spesso caratterizzata da velocit transitorie dicrescita a causa dei gradienti termici2 a seconda delle dimensioni e della forma del fuso.

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Le condizioni transitorie di solidificazione si dimostrano influenti sulla microstruttura. "noltre2 ladirezione della solidificazione 8rispetto alla gravit9 influenza il flusso del li(uido2 (uindi losviluppo delle dendriti. < stato trovato che la spaziatura tra i 5racci primari di (uest3ultime aumenta(uando la solidificazione avviene verso lHalto2 a causa dell3accumulo di soluto tra le dendriti."l drenaggio o l3arricchimento del soluto respinto durante la crescita2 dipendono dalla direzione di

accrescimento2 oltre che dalla sua densit$ ad esempio2 il drenaggio si verifica durante unasolidificazione verso il 5asso per le leghe contenenti elementi ad elevata densit. La portata dili(uido dovuta a condizioni transitorie e la direzione della solidificazione2 non influenzano solo laspaziatura primaria2 ma anche lo sviluppo nel semisolido di 5racci profondi di ordine elevato."l presente studio si 5asa su esperimenti riguardanti la solidificazione direzionale verso il 5asso."noltre2 le condizioni di solidificazione inerenti al transitorio che si verificano durante la crescita2 ciconsentono di studiare il loro effetto sull3accrescimento.

!rocedura s2eri/entale

Sono stati eseguiti esperimenti di solidificazione direzionale verso il 5asso 8parallela alla gravit9 di

una lega di rame %l&-2 utilizzando forni di tipo ridgman2 presso l3European Snchrotron#adiation )acilit." campioni2 le cui lamine sono state preossidate a 7! G per un tempo di ! h e rivestite a spruzzocon nitruro di 5oro2 erano di forma rettangolare2 con dimensioni superficiali pari a 1./W-. cm!e! Vm di spessore. uesti2 in seguito ad una opportuna incapsulazione tra due lastre di vetro al(uarzo spesse 1 Vm2 sono stati posti nel forno.La densit del flusso di radiazioni al campione2 pari a /W11! 8fotoniFmm!`s92 0 stata ottenutautilizzando una fonte monocromatica di raggi U di 1/ Ge[2 con rilevatori di tempo morto a .1/ s etempo di esposizione di .- s2 consentendo l3ac(uisizione di un3immagine ogni ./ s per un totaledi 1! immagini2 il cui campo di osservazione era 1.-/W1.-/ mm!.La solidificazione 0 stata facilitata da una lenta traslazione del campione fuso verso lHalto 8direzioneopposta alla gravit92 con una velocit costante di trascinamento v sp &!!./ VmFs2 partendo dallasezione calda del forno2 verso (uella fredda. La solidificazione verso il 5asso 8con spostamentidell3interfaccias-lparalleli alla gravit9 0 stata (uindi ottenuta in (ueste condizioni con un gradientetermico imposto 4@ !7 GFmm. Le immagini sono state registrate non appena il fronte disolidificazione 0 apparso nel campo di osservazione 8teWp ,. s9.L3ingrossamento dei 5racci secondari delle dendriti in via di sviluppo2 durante la solidificazionecontinua2 0 stato caratterizzato dalla misurazione delle SD%S parallele al tronco principale delladendrite2 a diversi intervalli di tempo per diverse profondit della fase semisolida. 'onsiderandoci:2 si sono rilevate (uattro regioni allHinterno della zona semisolida.La SD%S media 0 stata misurata sui 5raccia dendritici secondari2 contenute entro i limiti della

regione ripresa. L3errore di stima di tali misure 0 stato ottenuto statisticamente2 secondo ladeviazione della misure allHinterno della stessa."l tempo di solidificazione 0 stato determinato da$

ts=a

vsl[s ]

dove a corrisponde alla profondit allHinterno del semisolido e vsl la velocit della punta delladendrite primaria.

"l tempo medio locale di solidificazione 0 stato stimato per ciascuna delle (uattro regioni delimitate

allHinterno del semisolido2 tenendo in considerazione la velocit istantanea della dendrite selezionata8dendrite primaria centrale in figura !-9.

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Figura ,+3 ca/2o di osser4a'ione ca/2ionato a teB2? :.%-= 0%>= -%0. e 5%+ secondi

Le misure dell3errore del tsmedio sono state stimate sulla 5ase della loro deviazione2 rispettandotempi di solidificazione locale nei confini della regione di osservazione e del parametro adove leSD%S sono state misurate.

Figura ,-3 R"I ca/2ionate nell= -%0. e 5%+ secondi

Risultati

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La figura ! mostra (uattro delle regioni di interesse 8#^"9 prese a diversi te(p 2 a partire dalladendrite primaria centrale del campo di osservazione in figura !-$ intorno a (uesta dendrite sonostate eseguite le misurazioni delle SD%S.Durante l3esperimento sono state rilevate fluttuazioni di velocit di crescitaO le corrispondentivelocit del fronte di solidificazione sono state precedentemente determinate per i singoli tronchi

delle dendriti primarie osservate nel centro del campo di osservazione." cam5iamenti di velocit della dendrite centrale primaria sono stati impiegati per la stima di ts. Lase(uenza di immagini considerata2 corrisponde ad una decelerazione di Y &., VmFs! e ad unaaccelerazione di Y 1-.7 VmFs! del fronte di solidificazione$ (ueste condizioni transitorie sono

presenti in natura durante la solidificazione.Mathiesen ed %rn5erg hanno spiegato che (ueste fluttuazioni si verificano durante la crescita acausa dell3accumulo continuo di soluto al fronte di solidificazione e dalla composizione dellostesso$ il li(uido ricco in soluto ad alta densit sedimenta a causa della gravit e un fuso pi pulitoconsente lo sviluppo di un nuovo strato limite.

Figura ,.3 SDAS in $un'ione di tsdurante 8a9 decelera'ione e 8&9 accelera'ione del $ronte di solidi$ica'ione

La figura !/ mostra le SD%S in funzione del tempo di solidificazione tslocale. L3ingrossamento e lacrescita si verificano simultaneamente durante la solidificazione. Si 0 per: riscontrata una differenzanella cinetica di accrescimento sui lati sinistro e destro del tronco dendritico principale2 pertanto lemisurazioni delle SD%S sono state effettuate su am5o i lati della dendrite primaria durantedecelerazione ed accelerazione.

La figura !/&a mostra una cinetica di sviluppo simile su entram5i i lati durante la decelerazione. "n(uesto caso2 le SD%S vicino al fronte eutettico sono di Y - Vm 8ts 11 s9.

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< stato osservato che durante la decelerazione2 il meccanismo di accrescimento vede la dissoluzionedi alcuni 5racci secondari dalla punta alla radice e l3inspessimento degli altri. uesto meccanismo si0 verificato moderatamente. "l lato destro della dendrite ha invece presentato un pi pronunciatoaccrescimento per coalescenza2 favorendo la crescita di alcuni 5racci dendritici a discapito di altrioltre ad una moderata crescita dei 5racci dendritici terziari.

Entram5i i lati2 mostrano una non completa dissoluzione nella zona semisolida di (uei 5racciprecedentemente sfavoriti nell3accrescimento. DHaltra parte2 durante lHaccelerazione 8figura !/&592 lacinetica di sviluppo delle SD%S differisce fortemente da un lato allHaltro e da (uella rilevata

precedentemente. Durante lHaccelerazione sul lato sinistro2 con tscompreso tra ! e / secondi2 lapendenza del grafico 0 moderata e si presenta invece un improvviso cam5iamento dopo i / secondi8linea tratteggiata9. uesto 5rusco cam5iamento 0 dovuto al meccanismo di coalescenza2 a sua voltaimputa5ile alla dissoluzione2 dalla punta verso la radice2 dei vicini 5racci delle dendriti secondarie2essendo prossimi al fronte eutettico 8a causa del calore latente9. " 5racci delle dendriti che tendono adissolversi sono lasciati alle spalle e non sono pi considerati durante le misurazioni delle SD%S$solamente i 5racci superstiti sono presi in considerazione.'ontrariamente2 il lato destro mostra una crescita pi prominente di 5racci terziari e una

dissoluzione di (uelli secondari2 racchiusa da (uesti rami in sviluppo 8figura !*9. "noltre2 le SD%Ssono pi grandi sia di (uelle sul lato sinistro che di (uelle ottenute durante la decelerazione. "n fasedi accelerazione2 entram5e le parti presentano importante coalescenza tra i 5racci secondaricollassano al continuare dello sviluppo.Dalle curve corrispondenti in figura !/ 0 stata stimata una correlazione tra le SD%S e ts$ lHutilizzodell3analisi di regressione lineare ha permesso di determinare (uesta relazione come SD%S Y t sn.Durante la decelerazione2 le SD%S Y ts. su entram5i i lati del tronco della dendriteO durantelHaccelerazione risulta SD%S Y ts.!+al lato sinistro della dendrite primaria 8con t scompreso tra ! e /secondi9 passando 5ruscamente a SD%S Y ts.2 mentre al lato destro SD%S Y ts./.

Figura ,53 ingrandi/ento ottenuto durante la $ase di accelera'ione= /eccanis/o di accresci/ento

Discussione

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La media totale della profondit del semisolido2 dalla punta del dendrite al fronte eutettico2 si adattain 5ase alla velocit del fronte di solidificazione. Durante la decelerazione2 la profondit delsemisolido diminuisce gradualmente da una misura iniziale stimata in Y Vm 8t eWp &/. s9 sinoad una profondit del semisolido Y --/ Vm 8t eWp ., s92 aumentando gradualmente (uando hainizio l3accelerazione. "n (uesta fase2 lo spessore del semisolido si attesta a Y -, Vm 8teWp *.- s9.

La profondit all3e(uili5rio2 in 5ase al campo di raffreddamento ) e G)2 pu: essere alloracalcolata dalla seguente$

aeq=(T0GT )[m ]

dove @ m`8' & 'e92 m &., GFZt 8b9 di rame ovvero la pendenza del li(uidus all3e(uili5rioottenuto dal diagramma %l&'u2 con +composizione nominale e +ecomposizione eutettica.La profondit all3e(uili5rio calcolata 0 pari ad ae( /* Vm2 rispetto al suo massimo osservato

prima dell3inizio della decelerazione 8Y Vm92 con a 8ae( & a9 1! Vm$ la differenza 0piuttosto consistente. uesto evidenzia lHeffetto di solidificazione verso il 5asso e condizioni disolidificazione transitorie nella microstruttura. < da notare2 tuttavia2 che (uesta analisi 0 stata fattaconsiderando una lunghezza approssimativa della dendrite primaria2 con il solo scopo di mettere inrelazione il suo particolare sviluppo alle condizioni transitorie e confrontarlo con a e(. Lo sviluppotransitorio delle dendriti primarie vicine pu: modificare la locale profondit del semisolido2 nei latisinistro e destro della dendrite primaria centrale.;nHanalisi locale a media profondit su entram5i i lati della dendrite centrale2 potre55e dimostrarelHeffetto della spaziatura primaria e delle fluttuazioni di velocit di crescita sulla microstruttura. "ltempo di solidificazione 0 influenzato da (ueste fluttuazioni in un modo simile$ si riducemaggiormente durante lHaccelerazione rispetto alla fase di decelerazione 8figura !/9. Pertanto2 ci si

pu: aspettare che l3accrescimento avvenga in tempi di solidificazione pi lunghi.uesto 0 evidente nella figura !/&a2 dove le SD%S sono maggiori su entram5i i lati della dendrite2rispetto al lato sinistro. DHaltra parte il lato destro2 sempre in fase di accelerazione2 ha grandi SD%Srispetto a (uelle rilevate in decelerazione ed 0 evidente come entram5i i lati della dendrite sicomportino diversamente. Dalle osservazioni del se(uenza di immagini 8figura !-92 la spaziatura deitronchi primari vicini 0 diversa2 ovvero la dendrite a sinistra 0 un po3 pi lontana rispetto alladendrite del lato destro$ la distanza tra tronchi dendritici influenza (uindi il flusso del li(uido.Durante la crescita verso il 5asso2 il rifiuto del soluto e del flusso di li(uido ricco in soluto2 0 pifacile sul lato sinistro 8pi permea5ile9 rispetto al lato destro 8meno permea5ile92 a causa propriodella spaziatura tra dendriti vicine$ (uesto potre55e spiegare il diverso comportamento disolidificazione in entram5i i lati del tronco centrale della dendrite primaria.

La decelerazione si verifica a causa dell3accumulo di soluto al fronte di solidificazione$ ilsottoraffreddamento necessario alla crescita del fronte diminuisce a causa della dissipazione deigradienti di soluto. "l li(uido ricco in soluto si accumula su entram5i i lati e raggiunta una certasaturazione2 deposita per gravit e li5era la regione semisolida con fuso insaturo2 come descritto daMathiesen e %rn5erg. Durante (uesta evacuazione2 si genera un gradiente di soluto il (uale provocaaccelerazione nella crescita del fronte. Sul lato sinistro 8regione permea5ile92 l3evacuazione delli(uido ricco in soluto2 dalla zona semisolida2 dissipa gradienti di concentrazione di soluto e (uindisottoraffreddamento. Lo spostamento di li(uido ricco in soluto verso la parte del fronte disolidificazione2 trascina avanti il sottoraffreddamento2 tendendo ad accelerarne la crescita. DallHaltra

parte2 la zona semisolida tra le dendriti centrali principali a destra 0 meno permea5ile. 'os62 durantecrescita e conseguente rigetto del soluto2 il li(uido viene intrappolato dai rami della dendrite in via

di sviluppo.

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L3arricchimento di soluto si verifica2 laddove 0 promosso un gradiente di concentrazione dellostesso2 consentendo le crescita di tale zona$ (uesto pu: essere il fattore dominante per lHaumentodelle SD%S.L3elevata permea5ilit a sinistra permette la sostituzione di un fuso pulito2 diminuendol3accrescimento e la crescita$ (uesta 0 unHaltra causa di riduzione delle SD%S durante

lHaccelerazione. LHimprovviso aumento della pendenza in (uesta regione delle SD%S 8figura !/&52lato sinistro92 pu: essere dovuto all3accumulo di soluto tra i grandi 5racci secondari delle dendritivicino allHeutettico2 prive di flusso. uesto arricchimento vicino all3eutettico causa accrescimentodei 5racci dendritici.

Conclusioni

Le analisi di accrescimento in&situ sono state effettuate su una lega di %l&- in rame2 duranteesperimenti di solidificazione direzionale continua. Le fluttuazioni della velocit del fronte disolidificazione si sono verificate naturalmente2 a causa di accumulo e deposito di li(uido ricco insoluto. ueste fluttuazioni hanno consentito lHanalisi di accrescimento durante la decelerazione e

accelerazione del fronte di solidificazione stesso.Le misurazioni delle SD%S sono state utilizzate per caratterizzare l3accrescimento durante lasolidificazione$ si 0 riscontrato che durante la decelerazione2 le SD%S aumentano gradualmentesecondo la proporzione SD%S Y ts..

?elle attuali osservazioni2 la prossimit delle dendriti vicine 8o spaziatura tra 5racci primari delledendriti9 non ha alcun effetto sulle SD%S durante la decelerazione. %l contrario2 durantelHaccelerazione2 la disposizione dendritica influisce sull3accrescimento. "n (uesto caso2 si 0riscontrato che i 5racci dendritici secondari accresciuti2 sviluppano dendriti terziarie (uando sono

prossime ad una dendrite vicina 8regione meno permea5ile9. 'i: 0 pro5a5ilmente dovuto ad unaccumulo di soluto2 che provoca ingrossamento e formazione di gradienti di soluto che promuovonoil sottoraffreddamento necessario alla crescita."n (ueste condizioni2 si 0 riscontrato che le SD%S Y ts2/$ una regione pi permea5ile consente ildrenaggio di li(uido2 diminuendo lHaccumulo di soluto e (uindi l3ingrossamento. "noltre2 ladissipazione di gradienti di soluto in (uesta regione diminuisce il sottoraffreddamento2 a55assandocos6 la crescita. "l flusso di li(uido e la disposizione dendritica influenzano (uindi il processo disolidificazione2 alterando il sottoraffreddamento locale allHinterno del semisolido e (uindi ledinamiche di crescita locali.

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7i&liogra$ia

Poggi M.2 Stianti %. 2,anuale +remonese di ,eccanica 8'remonese2 !/9O Galpa>ian S.2 Schmid S.#.2 )ecnologia ,eccanica8Pearson2 !+9O #uvalca5a2 Mathiesen2 Es>in2 %rn5erg2 Gatgerman2n-.itu 'nalsis8Springer ;S2 !+9O %rn5erg L.2 Mathiesen #..20-1a ideo ,icroscop o$ .olidi$ication8Springer ;S2 !79O hadeshia . G. D. .2endritic .olidi$ication8'am5ridge ;niversit2 !19O Davis S..2 )eor o$ .olidi$ication8?orthZestern ;niversit & "llinois2 !19O 4rosso 4. 2 Di @ella M. 25rogetto 6rgon 8Paravia2 !9O Poli 4.2 .olidi$icazione8;niversit di Modena e #eggio Emilia2 !19O i>ipedia2endrite 8i>ipedia2 !1!9O i>ipedia26utettico 8i>ipedia2 !1!9O i>ipedia25eritettico 8i>ipedia2 !1!9.

Relazione Fonderia - Capitolo 2

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