Numero 1 2007 - IIS

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U. Natale et al. - Analisi sperimentale di coppie brasate 52NiCrMo6-G30 Nel ciclo produttivo dei componenti sinterizzati è, di solito, prevista una particolare operazione di stampaggio, denominata calibratura, che ha lo scopo (Fig. 1), di conferire ad una dimensione del componente già sinterizzato un prefissato intervallo di tolleranza. In particolare, quando debbono essere calibrati fori passanti, ad es., negli ingranaggi dei cambi, vengono impiegate anime cilindriche solidali al punzone mobile dello stampo, costituite (Fig. 2), da due tronchi cilindrici di materiali dissimili giuntati mediante una brasatura. La parte superiore dell’anima impegnata con il punzone è costituita in acciaio legato mentre quella inferiore, che interferisce con il componente sinterizzato da calibrare, è fabbricata in carburo di tungsteno sinterizzato: questa soluzione è dettata dall’esigenza di assicurare all’anima una resistenza all’usura notevolmente superiore, di circa il 300%, a quella che presenterebbe se essa fosse tutta realizzata, ad es., in acciaio legato. Durante la successiva fase di estrazione del punzone, l’anima bimetallica deve sfilarsi dal foro del sinterizzato in cui risulta forzata a seguito del conseguimento, nello stampaggio di calibratura, dell’imposto campo di tolleranza del foro del componente sinterizzato: essa risulta, perciò, sottoposta a notevoli sforzi assiali che ne possono compromettere la resistenza in corrispondenza del collegamento brasato con inevitabili ed indesiderate interruzioni del ciclo produttivo. È pertanto su questo delicato collegamento che abbiamo soffermato, in quanto segue, la nostra attenzione con l’intento di individuare, in primo luogo, la tecnica di brasatura più adeguata allo scopo e, successivamente, di definire la preparazione ottimale dei cianfrini dei lembi dei due tronchi cilindrici da giuntare. I valori ottimali dei parametri fondamentali della brasatura (processo - flusso-materiale di apporto-gas combu- 82 Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio <strong>2007</strong> Figura 1 - Collocazione della calibratura nel ciclo di sinterizzazione. stibile – tecnica esecutiva, ecc.) vengono determinati, con l’ausilio di analoghe analisi disponibili in letteratura [1-10], attraverso una serie di ispezioni visive dell’effettiva superficie brasata portata alla luce asportando al tornio il cono Componente da calibrare Punzone inferiore Punzone superiore Testa G30 52NiCrMo6 Matrice Figura 2 - Stampo di calibratura con anima bimetallica. esterno (in acciaio legato) del materiale base (Fig. 3), dei provini. Dopo un’analisi numerica agli elementi finiti, volta ad evidenziare la distribuzione in esercizio dello stato tensionale lungo le generatrici di accoppiamento dei coni dei materiali base dell’anima (che delimitano il volume di materiale di apporto allorquando la bagnatura si ipotizza completa e la brasatura di spessore uniforme) si procede a testare sperimentalmente una serie di provini brasati, differenziati da una diversa conicità di attestatura dei lembi cianfrinati. Attraverso le prove di trazione viene analizzata l’influenza, sulla resistenza statica, di una variazione della geometria della cianfrinatura conica dei due tronchi cilindrici al fine di ricercare, per un’imposta estensione assiale della brasatura, l’esistenza di un eventuale valore ottimale della conicità del cianfrino cui possa cioè corrispondere un valore massimo della capacità portante del collegamento brasato. Figura 3 - Aspetto della brasatura dopo tornitura del cono esterno.
Scelta dei parametri di brasatura I due materiali da brasare per la fabbricazione delle anime oggetto dello studio, sono costituiti, per il tratto superiore (stelo), da acciaio da bonifica 52NiCrMo6 avente carico di scostamento dalla proporzionalità di 810 N/mm 2 ed allungamento a rottura dell’11%, mentre quello inferiore (testa), che lavora a contatto con il componente sinterizzato in lavorazione, è costituito in carburo di tungsteno sinterizzato G30, le cui caratteristiche fisiche sono indicate nella Tabella I, sul quale viene praticato il cianfrino conico maschio necessario per eseguire la brasatura stessa. Quest’ultima non interessa le superfici minori di base dei due coni che, a brasatura effettuata, sono qui considerati solo in battuta; la giunzione interessa, pertanto, solo le superfici laterali dei due coni dei cianfrini le cui modalità di preparazione sono mostrate nella Figura 4. È appena il caso di precisare che per le prove distruttive effettuate per definire i parametri di brasatura sono stati utilizzati provini diversi da quelli impiegati per le prove di resistenza statica in quanto sono state recuperate alcune (a) (b) Figura 4 - Cianfrinatura dello stelo (a) e della testa (b). Composizione % brocce scanalate in G30 già disponibili in officina. Per quanto attiene al metodo di brasatura si è preliminarmente convenuto di impiegare, in alternativa a quello in forno, una brasatura forte al cannello (torch brazing) sulla base delle seguenti considerazioni: • dovendo realizzare piccole produzioni di anime (3-4 pezzi) per ognuna delle 5-6 tipologie di cianfrini da testare, risulta possibile utilizzare in questo caso un unico cannello a più punte; • l’ossidazione del flusso di protezione risulta praticamente trascurabile; • la rimozione della scoria di flusso solidificata sull’esterno delle anime non comporta una specifica lavorazione meccanica in quanto viene effettuata durante la prevista rettifica postbrasatura dei provini; • le modeste dimensioni dei provini (~ 20mm) scongiurano ogni rischio di surriscaldamento dei materiali base tipico della brasatura al cannello; • contrariamente a quanto comporta la brasatura in forno, con la tecnica torch brazing non necessitano particolari attrezzature per il posizionamento dei provini durante il loro riscaldamento. Dopo la pulizia dei lembi cianfrinati, effettuata con sgrassante, spazzolatura ed alcol etilico, è stato spalmato con pennello il decapante (flusso) in pasta Castolin 1802 PF che, presentando una temperatura di fusione nettamente inferiore a quella del solidus del materiale di apporto ed un’elevata viscosità alla temperatura di brasatura, favorisce in maniera soddisfacente la bagnatura dei materiali base da parte della lega di apporto utilizzata nella brasatura. U. Natale et al. - Analisi sperimentale di coppie brasate 52NiCrMo6-G30 TABELLA I - Caratteristiche fisiche della testa in G30. WC Co Densità g/cm 3 Durezza Rockwell R A Durezza Vickers kg/mm 2 Resistenza a flessione N/mm 2 85 15 13,8 ÷ 14,0 86 ÷ 88 1150 ÷ 1250 180 ÷ 220 Resistenza a rottura N/mm 2 Modulo E N/mm 2 Conducibilità termica cal/cm sec °C Coefficiente di dilatazione β*10 6 Resistenza elettrica ∝≥·cm 390 54000 - 6 - A questo proposito si è convenuto di impiegare, con le modalità mostrate nella Figura 5, la lega di argento Castolin 1802F/XFC in bacchette che, oltre a notevoli proprietà meccaniche (che però possono risentire, a brasatura avvenuta, di un decadimento dell’ordine del 25-30% imputabile alla presenza di gradienti termici che si instaurano lungo le generatrici dei coni di accoppiamento allorquando si raggiunge la temperatura di brasatura), presenta un intervallo di fusione molto stretto: è questa una caratteristica essenziale per la tipologia di brasatura in esame in quanto consente di realizzare brasature con meati sottili e processi di riscaldamento abbastanza lenti come quello al cannello ossiacetilenico quì impiegato. Detta lega non sviluppa gas tossici durante la fusione che, a sua volta, non richiede un riscaldamento diretto in quanto è in grado di fondere soltanto quando il metallo base, interessato invece a riscaldamento diretto, raggiunge la temperatura di bagnatura; essa, inoltre, presenta una Figura 5 - Disposizione della lega di apporto nel cono femmina. Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio <strong>2007</strong> 83
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