Issue 12

L. Ceschini et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 12 (2010) 3-12; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.12.01 5 Nella LFW i due componenti sono posti a contatto, sottoposti ad una spinta assiale e quindi posti in moto lineare reciproco alterno. Il calore generato per attrito determina una diminuzione di resistenza al flusso plastico del materiale ed una conseguente deformazione localizzata delle superfici, che conduce ad un incremento dell’area reale di contatto. All’aumentare della spinta assiale, il materiale all’interfaccia si deforma, iniziando a fuoriuscire dai lembi della saldatura. Si ha quindi la formazione di un uniforme cordone di saldatura, costituito dal materiale plasticizzato, parte del quale viene espulso all’interfaccia ( flash ), e un conseguente accorciamento assiale dei componenti. Raggiunto un prefissato accorciamento assiale ( burn-off ), il moto viene rapidamente arrestato e la forza di contatto viene mantenuta per consolidare la saldatura, che dura in totale pochi secondi [12]. I principali parametri di processo per la LFW sono: frequenza e ampiezza di oscillazione, spinta ed accorciamento assiale. Le applicazioni delle LFW sono state sviluppate soprattutto in campo aeronautico, con applicazioni quali la giunzione di rame e alluminio per la realizzazione di conduttori, oltre alla saldatura rotore-paletta degli stadi a bassa pressione del compressore, realizzati in leghe di titanio. Ad oggi, la applicazione della LFW ai CMM è stata solo oggetto di studi preliminari [5, 13]. Obiettivo del presente lavoro è stato quello di valutare gli effetti dei processi di FSW e LFW sulla microstruttura di compositi, a matrice in lega di alluminio e rinforzo particellare ceramico, avvalendosi di tecniche di microscopia ottica con analisi di immagine, oltre che di microscopia elettronica in scansione. Sono stati esaminati, in particolare, giunti FSW sui compositi W6A20A (AA6061/20 %vol.Al 2 O 3p ) e W7A10A (AA7005/10 %vol.Al 2 O 3p ), e giunti LFW sul composito AMC225xe (AA2124/20%vol.SiC p ). Sui giunti e, per confronto, sui rispettivi materiali base, sono state inoltre condotte prove di resilienza strumentata. Lo studio delle superfici di frattura è stato effettuato mediante analisi al microscopio elettronico in scansione. M ATERIALI E METODI giunti FSW sono stati realizzati su piastre di materiale composito W6A20A (AA6061/20 %vol.Al 2 O 3p ) e W7A10A (AA7005/10 %vol.Al 2 O 3p ). Le composizioni chimiche nominali delle rispettive matrici sono riportate in Tab. I. Entrambi i compositi sono stati prodotti da Duralcan con processo fusorio di Compocasting [14], quindi estrusi a 480 °C fino all’ottenimento di piastre aventi sezione 100x7 mm 2 , infine trattati termicamente T6. Le piastre sono state saldate mediante Friction Stir Welding presso il GKSS Research Institute (Geesthacht, Germania), utilizzando un utensile in Ferro-Titanit (trattato termicamente a 63 HRC), con spalla del diametro di 18 mm e pin con lavorazione elicoidale sinistrorsa (diametro 8 mm e lunghezza 6.8 mm). La saldatura è stata realizzata applicando una forza verticale di 12 kN, una velocità di rotazione di 600 rpm e una velocità di traslazione di 300 mm/min. I giunti LFW sono stati realizzati sul composito AMC225xe, con matrice in lega d’alluminio 2124 (Tab. II) , rinforzata con il 25% in volume di particelle fini di SiC (  3 µm). Il composito è stato prodotto da Aerospace Metal Composites Ltd (UK), mediante un processo di metallurgia delle polveri comprendente: miscelazione, evacuazione dei gas e successiva compattazione a caldo mediante pressatura isostatica. Le billette così prodotte sono state forgiate, con un rapporto di deformazione di 6:1, fino all’ottenimento di piatti con spessore di 15 mm, successivamente trattati termicamente T4. Provini di sezione 15x36 mm 2 sono stati saldati mediante Linear Friction Welding presso The Welding Institute (TWI, Cambridge, UK). In questo caso i parametri utilizzati sono: spinta assiale 100 kN (pressione risultante di 185 MPa), frequenza di oscillazione 50 Hz, ampiezza di oscillazione 4 mm, burn-off 2 mm. Sui giunti FSW e LFW non è stato eseguito alcun trattamento termico post-saldatura. Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr Zr Al AA6061 0.65 0.15 0.18 0.10 0.97 0.009 0.02 0.19 - resto AA7005 0.25 0.24 0.08 0.43 1.33 4.59 0.03 0.13 0.13 resto Tabella I : Composizione chimica nominale (% in peso) delle matrici in lega AA6061 e AA7005 dei compositi W6A20A (AA6061/20 %vol.Al 2 O 3p ) e W7A10A (AA7005/10 %vol.Al 2 O 3p ). Tabella II : Composizione chimica nominale (% in peso) della matrice in lega AA2124 del composito AMC225xe. La caratterizzazione microstrutturale dei giunti e dei materiali base è stata effettuata con tecniche di microscopia ottica (OM), microscopia elettronica in scansione (SEM) con microanalisi a dispersione di energia (EDS) ed analisi di immagine I Si Fe Cu Mn Mg Ti Cr Zn Al AA2124 ≤0.20 ≤0.300 3.80-4.90 0.30-0.90 1.20-1.80 ≤0.15 ≤0.100 ≤0.25 resto