Presentazione standard di PowerPoint - FONDERIA ITALIANA · proprio software di simulazione con i...

Matteo Pesci

Arizzi Fonderie S. Giorgio S.p.A.

XXXII Congresso di Fonderia - Brescia, 21/11/2014

OBIETTIVO DEL PROGETTO

• Sfruttare le capacità autoalimentanti della ghisa sferoidale

• Calibrare il simulatore in funzione dei parametri reali di processo (analisi termica)

• Di conseguenza mostrare che la progettazione delle moderne fusioni in ghisa sferoidale non può più basarsi solo sui classici metodi tradizionali (cerchi di Heuvers, moduli geometrici)

• Dimostrare che l’ottimizzazione è possibile solo quando sistemi moderni di simulazione si interfacciano con il controllo di processo

XXXII Congresso di Fonderia - Brescia, 21/11/2014 Matteo Pesci - AFSG.it

SOMMARIO

• Alcuni cenni di teoria

• Progettazione di una prova H per la calibrazione del simulatore

• Colata delle prove H secondo il tipico processo fusorio della Fonderia

• Calibrazione del simulatore con le curve analisi termica

• Un caso pratico: ottimizzazione di un getto di prova

• Sviluppi futuri


LA TEORIA DIETRO AL PROGETTO • La precipitazione grafitica

• Capacità autoalimentanti della ghisa sferoidale

• Progettazione dei sistemi di alimentazione


SOLIDIFICAZIONE DELLE LEGHE FERROSE

• La ghisa è una lega dalla metallurgia complessa: • Matrice ferrosa

(austenite)

• Grafite (carbonio)

• Non solo, la presenza di silicio permette la formazione della grafite, infatti…

• Carbonio è solubile nell’austenite al max 2.10% il resto è rigettato a formare grafite


CAPACITÀ AUTOALIMENTANTI DELLA GHISA SFEROIDALE

• E’ la presenza della grafite che permette la riduzione di materozze e alimentatori se paragonati all’acciaio: • Estrazione della grafite della matrice

metallica

• Esempio: una fusione da 100kg prodotta con tre differenti leghe ferrose


Da questo esempio teorico la ghisa sferoidale ha

ottime capacità di contrastare il ritiro, ma non sempre

se ne tiene conto in fase di progettazione

PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE

• Principi tradizionali della progettazione

• Cerchi di Heuvers

• Moduli geometrici

• Moduli di solidificazione

• Ma nessuno di questo tiene realmente conto delle condizioni metallurgiche della ghisa prodotta e del suo intervallo di solidificazione

• Ciò è possibile con i sistemi di simulazione moderni: definizione del parametro CLF


CLF – CRITICAL LIQUID FRACTION

• Gli intervalli di solidificazione:

• Crescita dendritica a breve intervallo

• Crescita dendritica a lungo intervallo

• Crescita isotropica eutettica

• Cos’è il CLF? Il CLF esprime in percentuale la capacità di alimentazione della lega considerata; ovvero descrive la possibilità del liquido di alimentare all’avanzare del fronte di solidificazione

• In sintesi…

• …maggiore è il CLF e maggiore sarà la difficoltà del metallo a percolare tra le dendriti sviluppate e in accrescimento. In sostanza se il materiale ha dendriti più lunghe il liquido farà più fatica ad alimentare e si avranno porosità maggiori.


DEFINIZIONE DEL CLF (NOVAFLOW&SOLID)


Nessuna resistenza

Resistenza progressiva

Arresto

CLF E ANALISI TERMICA

• Se il CLF rispecchia la reale solidificazione allora l’unico strumento in grado di garantire il vero eutettico è l’analisi termica

• Ghisa eutettica (verde)

• Ghisa ipoeutettica (blu)


CALIBRAZIONE DI NOVAFLOW&SOLID


CLF

Curva della

densità

PARTE SPERIMENTALE • Progettazione della prova H

• Processo fusorio


PROGETTAZIONE DELLA PROVA ‘H’


M1 M2

Mm

PROCESSO FUSORIO • È il punto fisso del progetto

• Preparazione del metallo in forno a crogiolo 17ton

• Precondizionamento durante spillata

• Sferoidizzazione con filo FeSiMg25

• Travaso in forno di colata da 4ton

• Inoculazione finale sul flusso

• Ghise prodotte per le prove: • EN-GJS-400-18 (prove H)

• EN-GJS-700-2 (prove H e getto di prova)

• Monitoraggio con analisi termica ATAS Metstar (NovaCast AB)


RISULTATI • Prove H

• Ottimizzazione di un getto di prova


PROVE H: PRIMA SIMULAZIONE

• Prima simulazione con impostazioni standard

• Produzione di una serie di provini in staffa (formatura automatica orizzontale in terra verde) con entrambe le ghise


100% fase liquida 50% fase liquida Predizione ritiro

PROVA H: ANALISI TERMICA E SEZIONATURA

• L’analisi termica: ghise prodotte sono eutettiche

Matteo Pesci - AFSG.it XXXII Congresso di Fonderia - Brescia, 21/11/2014

• La sezionatura ha mostrato l’assenza di ritiro…

• …dimostrando la capacità di autoalimentazione della ghisa sferoidale prodotta

PROVA H: SIMULAZIONE DOPO CALIBRAZIONE

• Simulazione dopo calibrazione con l’inserimento delle curve di analisi termica: l’alimentatore non è più necessario

Matteo Pesci - AFSG.it



GETTO DI PROVA: PRIMA SIMULAZIONE

• Risultati della prima simulazione: 2 maniche esotermiche 10/13

• La resa del liquido: 59% (+costo maniche)



GETTO DI PROVA: OTTIMIZZAZIONE DOPO CALIBRAZIONE

• Simulazione dopo calibrazione del simulatore con le curve di analisi termica: 2 materozze di Heine

• La resa del liquido dopo ottimizzazione: 69% (- costo maniche)



PRODUZIONE PILOTA


• EN-GJS-700-2

• Tcolata=1380-1400°C


CONCLUSIONI

• La riduzione/ottimizzazione delle alimentazioni è possibile sfruttando le capacità autoalimentanti della ghisa eutettica

• La ricerca della composizione eutettica è possibile solo con l'analisi termica, ma non solo...

• ...tale ricerca va effettuata sulle necessità specifiche di ciascuna fonderia (tipo di getti, dimensioni, tipo di materiali impiegati e leghe prodotte)

• L'ottimizzazione è dunque possibile quando

• L'analisi termica è intesa come strumento di controllo di processo

• Simulatore e controllo di processo si "parlano": ovvero è possibile la calibrazione del proprio software di simulazione con i propri dati di processo reali

• Ultimo ma non meno importante: ottimizzare significa ridurre il liquido, ciò significa fare fonderia sostenibile… riducendo emissioni, consumi energetici e costi necessari alla produzione.


SVILUPPI FUTURI • Ottimizzazione del

processo fusorio testando nuovi materiali in grado di garantire performance confrontabili o superiori

• Estendere le prove per tutte le designazioni prodotte in fonderia Arizzi

• Verifica della capacità autoalimentare per moduli diversi: provini cilindrici



M=2.4 cm

95 mm

300

mm

RINGRAZIAMENTI

• Si ringrazia in primo luogo l’Ing. A.Udroiu per la preziosa collaborazione al progetto, nonché per lo stimolo alla ricerca del miglioramento continuo.

• I collaboratori…

• …la proprietà e la direzione della Arizzi Fonderie

• Si ringrazia la NovaCast System AB per la formazione tecnica ed il supporto all’utilizzo della simulazione e dell’analisi termica.


Via Partigiani, 27

24021 Albino (Bergamo)

+39 035 752 1443

www.arizzifonderie.com XXXII Congresso di Fonderia - Brescia, 21/11/2014

Matteo Pesci

[email protected]

+39 345 148 2744

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