ITMI981992A1

ITMI981992A1 - Materiale e procedimento per la sua fabbricazione

Info

Publication number: ITMI981992A1
Application number: IT98MI001992A
Authority: IT
Inventors: Huber Ulrike; Rauh Rainer; Eduard Arzt
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-03-10
Also published as: DE19741019C2; IT1303678B1; JPH11158570A; CA2247654A1; ITMI981992A0; GB9819651D0; DE19741019A1; FR2768436B1; FR2768436A1; GB2329395B; GB2329395A

Description

D E S C R I Z I O N E

L'invenzione riguarda un materiale con elevato ammortizzamento e resistenza alla trazione, costituito di un materiale di base sostanzialmente metallico e di una seconda fase, nonché riguarda un procedimento per fabbricare un tale materiale.

L'elevata accelerazione di parti mosse meccanicamente provoca vibrazioni indesiderate su un'ampia gamma di frequenza. Le alte sollecitazioni vibratorie nei sistemi oscillanti portano a grandi tempi morti provocati da lunghi processi transitori e limitano la durata utile degli elementi costruttivi sollecitati. Un problema ulteriore è quello della rumorosità provocata dalle vibrazioni.

I metalli e le leghe in seguito all'elevata resistenza, al peso modesto e alle buone proprietà di corrosione, possiedono un'ampio campo applicativo. Tuttavia di regola essi presentano soltanto un modesto ammortizzamento, per cui aggiuntivamente si impiegano materiali ammortizzatori puri. Al riguardo si tratta per lo più di materie artificiali, il che per temperature oltre il loro punto di fusione e per una limitazione dello spazio disponibile porta a limitazione delle possibilità di impiego. Ghisa grigia o magnesio puro presentano in verità un più alto ammortizzamento, e tuttavia d'altro canto una limitata resistenza.

Dal Brevetto US 4 946 647 sono noti materiali metallici formati da un materiale di base e da una seconda fase di grafite. Tuttavia l’a resistenza alla trazione dei materiali indicati di al massimo 190 MPa è ampiamente inferiore a quella del materiale di base e l'allungamento alla rottura è al massimo del 4%, addirittura quando si utilizza alluminio pure come materiale di base. Questi parametri caratteristici meccanici indicano che per questi materiali l'ammortizzamento si accompagna con una drastica perdita di resistenza e pertanto essi non si adattano per l'impiego come materiali strutturali .

La presente invenzione si pone il compito di indicare un materiale costituito di un materiale di base sostanzialmente metallico e di una seconda fase, che già per modeste ampiezze di vibrazione presenta un'elevato ammortizzamento, ma ciò nonostante una resistenza alla trazione e allungamento alla rottura, così alti da poter essere impiegato come materiale strutturale.

Per risolver il problema un materiale del genere descritto all'inizio secondo l'invenzione è caratterizzato dal fatto che la seconda fase introdotta dal materiale di base è metallica e almeno in parte presenta una struttura martensitica.

Il materiale secondo l'invenzione già per modeste ampiezze di vibrazione possiede proprietà di elevato ammortizzamento. Un'ulteriore vantaggio sta nel fatto che la seconda fase in parte martensitica, non influenza negativamente i valori caratteristici meccanici del materiale di base, cosicché il materiale è utilizzabile anche come materiale strutturale. Si rileva parimenti che il materiale secondo l'invenzione non pone limitazione alla scelta della forma esterna della seconda fase, per cui il materiale è facilmente adattabile a differenti requisiti.

Preferibilmente la seconda fase comprende una lega. Ha un'influenza vantaggiosa sull'ammortizzamento del materiale l'impiego di una lega di Nickel e di Tanio, quando i componenti della lega in questione vengono mischiati in un'intervallo del 48 fino al 52% atomico, specialmente quando la lega contiene il 49,9% atomico di Nickel e del 50,1% atomico di Titanio. Questi componenti della lega vanno considerati soltanto come valori preferiti e non tuttavia come una limitazione dell'invenzione.

Si ottiene un'ulteriore aumento dell'ammortizzamento del materiale in quanto la seconda fase per stabilizzare la fase martensitica e per l'adattamento alle condizioni di esercizio contiene preferibilmente additivi in un'intervallo che arriva fino a 25% atomico. Anche questi limiti di intervallo preferiti non vanno considerati come limitazione, così come la scelta di additivi, per i quali si tratta vantaggiosamente di zirconio, afnio, rame, niobio, manganese, palladio, platino e ferro. La stabilizzazione della fase martensitica può essere intensificata anche mediante un pretrattamento della seconda fase, in quanto si effettua ad esempio una deformazione della seconda fase oppure una omogeneizzazione dei componenti di alligatura .

La seconda fase può avere la forma di particelle, fili, fibre corte ed essere presente come strato nel materiale di base, cosicché in tal modo preferibilmente il materiale è adattabile massimamente ai requisiti preassegnati dall'esterno. Ciò avviene anche in quanto la percentuale della seconda fase sul materiale complessivo, a seconda delle proprietà desiderate, è compresa preferibilmente fra il 5 e il 60% in volume. Anche qui non si tratta di una limitazione dell 'invenzione.

Per poter meglio garantire per l'ammortizzamento il necessario trasferimento di carico dal materiale di base alla seconda fase, è vantaggioso quando la seconda fase in corrispondenza della superficie limite rispetto al materiale di base forma con questo un composto.

Mediante la seconda fase metallica con struttura almeno in parte martensitica all'interno del materiale di base si riesce a soddisfare unicamente mediante la seconda fase i requisiti imposti a livello di ammortizzamento al materiale, mentre la resistenza alla trazione e l'allungamento alla rottura vengono definiti soprattutto dal materiale di base. Per questo motivo il materiale di base per ogni requisiti può essere scelto come materiale strutturale. In seguito alle proprietà meccaniche il materiale di base però è vantaggiosamente un metallo leggero oppure una lega leggera, laddove si preferisce qui in particolare la lega di Al indicata con EN AW-6061, conformemente alle norme DIN EN 573. Possono sussistere però anche circostanze che rendono necessarie le resistenze più alte, per cui si impiegano materiali di base presentanti differenti strutture o che come materiale composito possiedono almeno un'ulteriore terza fase per il rinforzo. Un trattamento termomeccanico, adattato al materiale di base, porta parimenti ad un aumento vantaggioso della resistenza del materiale di base.

La parte seguente della descrizione si riferisce alla parte del procedimento tecnico per fabbricare un materiale secondo l'invenzione.

Mediante il procedimento conforme all'US 4236 925 vengono prodotti materiali con una seconda fase di grafite piombo o magnesio, che presentano un'elevato ammortizzamento. Al riguardo tuttavia il procedimento di fabbricazione dovrà essere attuato in modo che la seconda fase dopo una fase supplementare, in cui il materiale viene sottoposto ad una deformazione plastica, è presente in forma di fuso il materiale in un'ulteriore fase viene riscaldato alla temperatura di ricristallizzazione del materiale di base.

Il problema della presente invenzione sarà inoltre di realizzare un procedimento per fabbricare un materiale di elevato ammortizzamento e resistenza, per il quale non sono necessarie aggiuntive complesse fasi del procedimento.

Secondo l'invenzione il problema viene risolto per in quanto un miscuglio di materiale di base in forma di polvere e seconda fase viene consolidato mediante trattamento termico in un'intervallo di temperatura da 400° C fino a 700° C ad una pressione da 1000 fino a 3000 bar.

In particolare la durata del trattamento può essere compresa fra una e sei ore. Un'attuazione del consolidamento a 540° C, a 2000 bar e per due ore del trattamento porta tuttavia ai migliori risultati. Ciò riguarda anche la scelta della natura degli stadi di partenza per materiale di base e seconda fase, quando il materiale di base viene impiegato come materiale iniettato in gas inerte. Se è consentito dalla scelta della forma esterna della seconda fase, la seconda fase è presente anche in questa forma di trattamento. Una fase vantaggiosa del procedimento sta nella degasif icazione del miscuglio di materiale di base e seconda fase, prima che questo venga consolidato. Il consolidamento può avvenire mediante pressatura isostatica a caldo, sinterazione, estrusione oppure fucinatura.

Conformemente ad un'ulteriore soluzione la fabbricazione del materiale è possibile secondo l'invenzione anche in quanto la seconda fase viene addotta al materiale di base presente in forma liquida.

Introducendo la seconda fase nel materiale di base liquido per la protezione della seconda fase è vantaggioso dotarla eventualmente di un rivestimento per impedire una reazione troppo energia come il materiale di base.

Per entrambi i procedimenti di fabbricazione secondo l'invenzione la seconda fase può essere immessa in forme differenti. Vantaggiosamente però in entrambi i procedimenti essa è presente nella forma di particelle, fili, fibre corte o strati, in una fase preferita alla seconda fase viene preventivamente trattata prima del consolidamento per stabilizzare la fase martensitica. Al riguardo può trattarsi della deformazione della seconda fase oppure della omogeneizzazione dei componenti della seconda fase in questa.

Procedimenti per fabbricare il materiale non rendono necessarie situazioni critiche, nelle quali la seconda fase deve essere necessariamente portata ad una determinata conformazione esterna. Per presentare un elevato ammortizzamento il materiale inoltre non dovrà essere riscaldato in un passo supplementare oltre la temperatura di ricristallizzazione del materiale di base.

L'invenzione viene descritta in seguito più dettagliatamente in base ad un esempio di realizzazione, da cui risultano ulteriori dettagli, caratteristiche e vantaggi.

In un'esecuzione del procedimento secondo l'invenzione per fabbricare il materiale si impiega polvere, inettata in Argon, dalla lega Al indicata con EN AW-6061, conformemente alla norma DIN EN 573, con una grandezza delle particelle inferiore a 45 pm e polvere di NiTi, prodotta nello stesso modo, con una grandezza delle particelle inferiore a 180 μm ed una composizione di 49,9% atomi di Nickel e 50,1% di atomi di titanio. Il miscuglio di polveri immesso in capsule contiene il 10% in volume di polvere di NiTi con il resto di polvere della lega di Al indicata con EN AW-6061. Per evitare pori trattenenti i gas il miscuglio viene degasificato a temperatura ambiente e la capsula viene chiusa a tenuta di gas. Il consolidamento del materiale avviene mediante pressatura isostatica a caldo per due ore ad una pressione di 2000 bar e a una temperatura di 540* C.

In un materiale prodotto con questo procedimento le particelle di NiTi sono distribuite omogeneamente nella lega di Al indicata con EN AW-6061. La resistenza alla trazione di questo materiale corrisponde a quella di un materiale realizzato mediante pressatura isostatica a caldo e formato soltanto dalla lega di Al indicata con EN AW-6061. Inoltre il materiale presenta un allungamento alla rottura superiore al 10%, per cui è possibile un impiego di materiale strutturale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Materiale con elevato ammortizzamento e resistenza alla trazione, formato da un materiale di base sostanzialmente metallico e da una seconda fase, caratterizzato dal fatto che la seconda fase è metallica e presenta almeno in parte una struttura martensitica .
2. Materiale secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che la seconda fase comprende una lega.
3. Materiale secondo la rivendicazione (2), caratterizzato dal fatto che la lega contiene Nickel e Titanio in un intervallo del (48-52%) di atomi, preferibilmente (49,9%) di atomi di Nickel e (50,1%) di atomi di Titanio.
4. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la seconda fase contiene additivi fino per il (25%) di atomi.
5. Materiale secondo la rivendicazione (4), caratterizzato dal fatto che per quanto riguarda gli additivi si tratta di Zirconio e, oppure Afnio e, oppure Rame e, oppure Niobio e, oppure Manganese e, oppure Palladio e, oppure Platino e, oppure Ferro.
6. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la seconda fase è presente nella forma di particelle e, oppure fili e, oppure fibre corte e, oppure strati.
7. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la percentuale della seconda fase sul materiale complessivo è del (5-60%) in volume.
8. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale di base è un metallo leggero oppure una lega leggera.
9. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale di base è la lega di (Al) indicata con (EN AW-6061), conformemente alle norme (DIN EN 573) .
10. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale di base presenta differenti strutture .
11. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il materiale di base è un materiale composito con almeno una terza fase.
12. Materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la seconda fase in corrispondenza della superficie limite rispetto al materiale di base forma con questo un composto.
13. Procedimento per fabbricare un materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un miscuglio di materiale di base presente in forma di polvere e seconda fase viene consolidato mediante trattamento termico in un intervallo di temperatura di (400-700° C) e ad una pressione di (1000-3000 bar).
14. Procedimento secondo la rivendicazione (13), caratterizzato dal fatto che il materiale di base e, se ciò è consentito dalla forma esterna della seconda fase, anche questa sono presenti nella forma di materiale iniettato in gas inerte.
15. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti (13) fino a (14), caratterizzato dal fatto che il miscuglio di materiale di base e seconda fase prima del consolidamento viene degasificato a freddo e, oppure a caldo.
16. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da (13) fino a (15), caratterizzato dal fatto che per quanto riguarda il trattamento termico si tratta di prestatura isostatica a caldo, cosiddetta (HIPpen), e, oppure sinterazione, oppure estrusione, oppure fucinatura.
17. Procedimento per fabbricare un materiale secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da (1) fino a (12), caratterizzato dal fatto che la seconda fase viene addotta al materiale di base presente in forma liquida.
18. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da (13) fino a (17), caratterizzato dal fatto che la seconda fase è dotata di un rivestimento.
19. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da (13) fino a (18), caratterizzato dal fatto che la seconda fase viene immessa nella forma di particelle e, oppure fili, e, oppure fibre corte, oppure strati.
20. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da (13) fino a (19), caratterizzato dal fatto che la seconda fase viene preventivamente trattata prima del trattamento.
21. Procedimento secondo la rivendicazione (20), caratterizzato dal fatto che per quanto riguarda il trattamento preliminare si tratta di deformazione e, oppure omogeneizzazione.