Simulazione numerica dei processi fusori

I codici di simulazione commerciali

Consentono di simulare:

a) Il riempimento della forma (soluzione dell’eq. di Navier-Stokes, dell’eq. di continuità e dei modelli di turbolenza)

b) Il raffreddamento e la solidificazione del getto (soluzione dell’equazione di Fourier in presenza di cambiamento di fase)

Risultati di una simulazione

Verifica del corretto riempimento Andamento del raffreddamento

Risultati di una simulazione

Tempi di solidificazione Moduli termici

Risultati di una simulazione

“Hot spot” Porosità

Simulazione numerica: il caso della ghisa

Nella simulazione della solidificazione di un getto in ghisa occorre considerare:

a) Strutture che si formano durante la fase di solidificazione

b) Trasformazioni che avvengono allo stato solido

Trasformazioni che avvengono durante la solidificazione:• Nucleazione dei grani austenitici (ghisa ipoeutettica)

• Nucleazione della grafite

• Accrescimento delle strutture eutettiche Trasformazioni che avvengono allo stato solido:• Trasformazione eutettoidica

Simulazione numerica: il caso della ghisa

Simulazione numerica: il caso della ghisa

Trasformazioni che avvengono durante la solidificazione: il caso delle ghise ipoeutettiche

Simulazione numerica: il caso della ghisa

Trasformazioni che avvengono durante la solidificazione: formazione della FERRITE e della PERLITE

Occorre considerare la possibilità di avere strutture stabili e metastabili

Simulazione numerica: il caso della ghisa

“Micromodelli”

Si tratta di modelli matematici che consentono di effettuare previsioni sulla

MICROSTRUTTURA finale del getto e sulle sue proprietà MECCANICHE

• Modelli di nucleazione ed accrescimento della grafite• Modelli di diffusione dei vari elementi (equazione di SCHEIL e

regola della leva per il C)• Modelli di nucleazione ed accrescimento della ferrite

“Taratura” del software di simulazione

Per ottenere risultati attendibili occorre una fase preliminare in cui si devono determinare:

• I corretti coefficienti di scambio termico e le caratteristiche termofisiche dei materiali coinvolti nel processo

• I parametri relativi alle tecniche di inoculazione utilizzate da utilizzare all’interno dei modelli numerici descritti in precedenza legati al particolare processo produttivo implementato

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Prova svolta in staffa con attrezzatura a cubi di diverso modulo termico

Ghisa utilizzata: GS 400

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Inserimento di una termocoppia all’interno della staffa

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Obiettivi di tale attività:

• Ottenere i corretti coefficienti di scambio termico e proprietà termofisiche per i materiali utilizzati mediante un confronto tra la curva di raffreddamento misurata all’interno del getto e quella calcolata dalla simulazione

• Confrontare le proprietà meccaniche (durezza, resistenza a trazione ed allungamento) e microstrutturali ottenute nella simulazione con quelle misurate sul getto

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Prime misure effettuate sul getto di prova

Misure di durezza effettuate su tutte le fette ricavate dal getto

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Prime misure effettuate sul getto di prova

Liquidi penetranti per verificare la presenza di porosità all’interno del getto

Prime prove sperimentali svolte all’interno del CRIF

Prossime prove in programma sul getto

Ricavare dei provini per le prove di trazione all’interno delle parti integre del getto, sui quali poi effettuare anche delle micrografie