Modellazione di processo, previsione di microstruttura e proprietà meccaniche di ghise sferoidali colate in sabbia

Questo lavoro presenta i risultati di un’attività di caratterizzazione numerico-sperimentale di un processo di colata in sabbia di una ghisa sferoidale ferritico-perlitica. L’indagine si è avvalsa di un’attrezzatura di colata opportunamente progettata e realizzata per fornire moduli termici differenziati, tali da sottoporre il materiale a diverse condizioni di raffreddamento e solidificazione. Il sistema di colata è stato studiato mediante simulazione numerica, che ha permesso di replicare con adeguata accuratezza le condizioni di processo poi monitorate. Le caratteristiche microstrutturali sono state stimate attraverso modelli numerici implementati nel codice di calcolo PROCAST v.2011 per la previsione delle diverse microstrutture ottenute al variare delle condizioni locali di raffreddamento. La validazione delle simulazioni è stata effettuata comparando i dati ottenuti, con quelli ricavati da un accurato studio microstrutturale svolto su oltre 2000 micrografie ottiche, avvalendosi di un codice di analisi d’immagine. Sono stati in particolare valutati: porosità percentuale, numero di noduli di grafite per mm2, area media dei noduli, morfologia media dei noduli, frazioni grafitica, ferritica e perlitica. Sono state quindi sviluppate relazioni empiriche in grado di permettere la valutazione delle proprietà a trazione del materiale noti i soli parametri microstrutturali ottenibili dalla simulazione numerica.