Modellazione di processo, previsione di microstruttura e proprietà meccaniche nella colata in conchiglia di testate motore in lega di alluminio

In questo lavoro è stata portata a termine un‟analisi numerica di un processo di colata in conchiglia in gravità di una testa motore V8 in lega A356, attualmente in fase di produzione. Il sistema complessivo di colata, composto da sette parti stampo e un elevato numero di anime in sabbia è stato studiato numericamente, mediante un modello agli elementi finiti costituito da 11.8*106 elementi tetraedrici. Le analisi delle fasi di riempimento e solidificazione del getto sono state condotte cercando di replicare in maniera accurata tutte le variabili di processo misurate durante il ciclo di produzione. Le caratteristiche microstrutturali, sono state valutate mediante le correlazioni esistenti tra i valori di SDAS e le velocità locali di raffreddamento, mentre la distribuzione di porosità percentuale è stata stimata numericamente mediante il ricorso ad un modello numerico del software. La validazione delle simulazioni è stata effettuata comparando i dati ottenuti con quelli ricavati da un accurato studio microstrutturale svolto su oltre 2000 micrografie. Questo è stato indirizzato a definire, oltre ai valori di SDAS e area percentuale dei difetti, anche la dimensione e morfologia del silicio eutettico. E‟ stata quindi applicata una relazione empirica, appositamente sviluppata, in grado di valutare le proprietà meccaniche puntuali nella testata motore, noti i soli parametri microstrutturali ottenibili attraverso la simulazione numerica e i valori di durezza del materiale dopo trattamento termico. I valori di resistenza così calcolati hanno mostrato un‟ ottima rispondenza con quelli ottenuti attraverso prove meccaniche su campioni estratti dal componente.