Caratterizzazione microstrutturale e meccanica di giunti in composito AA6061/20%vol. Al2O3 ottenuti mediante Friction Stir Welding

Oltre agli studi indirizzati alla ottimizzazione dei processi di produzione dei compositi a matrice metallica (CMM), la ricerca tecnologica tende ora a indirizzarsi verso i processi di trasformazione degli stessi, per l’ottenimento di componenti affidabili e ad elevate prestazioni. In relazione a questo aspetto sono stati pubblicati molti studi riguardanti sia i processi di lavorabilità, per deformazione plastica e per asportazione di truciolo, che di saldatura. Sembra, inoltre, che la maggior parte dei procedimenti di saldatura adatti alle leghe monolitiche sia applicabile anche ai corrispondenti CMM, seppure con una maggiore cautela e con la necessità di una più accurata messa a punto dei parametri di saldatura, sia nei processi di saldatura in fase liquida che solida. I processi di saldatura per fusione inducono nei CMM i tipici difetti riscontrabili anche nelle corrispondenti leghe monolitiche. Si aggiungono inoltre problematiche ulteriori, connesse alla presenza del rinforzo: possibili reazioni chimiche tra matrice e rinforzo, con formazione di fasi fragili e indesiderate all’interfaccia e/o nella matrice; segregazione del rinforzo nelle zone interdendritiche, con conseguente diminuzione locale di duttilità; maggiore presenza di porosità da gas, poichè questi risultano meno facilmente eliminabili dal metallo fuso, per la tendenza delle particelle di rinforzo ad aderire alla superficie delle bolle di gas, rallentandone la risalita. I processi di saldatura allo stato solido applicabili ai CMM sono principalmente la saldatura per diffusione (Diffusion Bonding) e la saldatura per attrito, con la più recente e promettente variante del processo di Friction Stir Welding (FSW). Diversi studi effettuati su leghe di alluminio saldate mediante FSW hanno evidenziato che nel cordone di saldatura non si ha un significativo decremento delle proprietà meccaniche, rispetto al metallo base. L’obiettivo di questo lavoro è stato di valutare l’effetto della saldatura FSW sia sulla microstruttura che sulle proprietà meccaniche a trazione e fatica del composito a matrice in lega AA6061 rinforzata con il 20% in vol. di particelle di Al2O3 (di produzione Duralcan). Le osservazioni microstrutturali, condotte mediante microscopia ottica ed elettronica in scansione hanno evidenziato, nella zona saldata, frammentazione ed arrotondamento delle particelle di rinforzo, oltre ad un ingrossamento dei precipitati della matrice. Le prove di trazione monoassiale, condotte secondo normativa ISO/TTA2-9, hanno mostrato una riduzione della resistenza a trazione pari a circa il 28% ed una aumento di circa il 50% dell’allungamento a rottura del CMM saldato. Le prove di fatica oligociclica, condotte secondo normativa ASTM E606, hanno mostrato una diminuzione delle prestazioni del materiale saldato in tutto l’intervallo considerato (ampiezza di deformazione totale da 0.3% a 1%) ed una forte dispersione nei risultati, sia per il materiale saldato che per il CMM base.