ITVI20110258A1 - Metodo di verifica della qualita' di una lega metallica durante il processo di solidificazione e dispositivo atto ad eseguire il suddetto metodo - Google Patents
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Description
METODO DI VERIFICA DELLA QUALITÀ DI UNA LEGA METALLICA DURANTE IL PROCESSO DI SOLIDIFICAZIONE E DISPOSITIVO ATTO AD ESEGUIRE IL SUDDETTO METODO.
DESCRIZIONE
L'invenzione concerne un metodo di verifica della qualità di una lega metallica durante il suo processo di solidificazione in modo da poter pianificare opportuni interventi e ridurre la possibilità della presenza di difetti all'interno della struttura metallica della stessa lega.
L'invenzione riguarda altresì un dispositivo per la misurazione della resistenza elettrica di una lega metallica durante il suo processo di solidificazione che consente di determinare i dati necessari all'attuazione del suddetto metodo dell'invenzione.
E' noto che nell'industria, in genere, non vengono utilizzati metalli puri, bensì delle leghe metalliche che presentano delle proprietà meccaniche superiori a qualsiasi dei suddetti metalli puri.
In particolare, ciascuna lega metallica à ̈ una combinazione di atomi, ioni e molecole di differenti componenti, tra cui i già citati metalli puri. Per esempio un acciaio à ̈ composto da ferro e carbonio, mentre in un ottone, i componenti sono rame e zinco. Ancora più dettagliatamente i suddetti componenti possono essere suddivisi in solvente e soluto, dove il solvente à ̈ presente in quantità maggiore al 50% all'interno della lega, mentre con il termine soluto si indica un componente di minoranza.
E' altrettanto noto che durante il processo di solidificazione di ogni lega metallica, poiché i vari componenti presentano temperature di fusione differenti, la stessa lega attraversa la così detta “zona bifasica†, dove cioà ̈ la solidificazione avviene con la germinazione di cristalli di solido seguita dalla loro crescita nel liquido rimasto, fino a terminare con la solidificazione di tutti i componenti.
In tale zona critica possono instaurarsi, svantaggiosamente, degli eventi chimici che portano alla determinazioni di difetti all'interno della struttura della lega metallica una volta solidificata, peggiorandone perciò le proprietà meccaniche e aumentando il rischio di rotture.
L'ingresso e l'uscita dalla suddetta zona bifasica durante il processo di solidificazione di una lega varia non solo a seconda di quali componenti costituiscono la lega metallica, ma anche in base alla loro percentuale all'interno della stessa lega.
Per esempio una lega composta da un componente A presente al 60% e da un secondo componente B presente al 40% prevede delle soglie di ingresso e di uscita dalla zona bifasica differenti da quelle di una lega composta dal medesimo componente A presente al 40% e dallo stesso componente B presente al 60%, come si può notare dal grafico di fig. 1.
Inoltre, nel caso di leghe multi componenti, come per esempio la ghisa, durante il processo di solidificazione non si formano solo composti omogenei, in questo caso la austenite, ma si determinano nella matrice metallica anche fasi separate non miscibili, come la grafite, sempre nel caso della ghisa.
Questo fatto determina ulteriormente una maggiore complessità delle fasi che si instaurano durante il suddetto processo di solidificazione della lega metallica che porta di conseguenza ad un aumento della probabilità della formazione di difetti all'interno della struttura metallica della stessa lega, una volta solidificata.
Svantaggiosamente, a tutt'oggi non sono note né tecniche né dispositivi che consentano di determinare i complessi eventi chimici che si instaurano durante il processo di solidificazione di una lega metallica, in modo da predire ed evitare la formazione di difetti sulla matrice metallica della stessa lega.
La presente invenzione intende superare gli inconvenienti detti.
In particolare, l’invenzione si pone lo scopo di definire e realizzare un metodo e un dispositivo per la verifica della qualità di una lega metallica che consentano di fornire delle indicazioni sulla tendenza alla formazione di difetti durante la solidificazione della stessa lega metallica.
Conseguentemente, scopo della presente invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e di un dispositivo che consentano di definire in che modo e in che quantità intervenire sulla lega metallica durante il processo di solidificazione.
Ancora, scopo della presente invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e di un dispositivo che consentano di determinare la composizione chimica della lega metallica durante l'intera fase di solidificazione della stessa.
Un ulteriore scopo dell'invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e di un dispositivo che consentano di individuare e predire le caratteristiche meccaniche finale della lega metallica solidificata.
Gli scopi detti sono raggiunti dal metodo dell'invenzione avente le caratteristiche secondo la prima rivendicazione indipendente.
Fa parte dell’invenzione anche il dispositivo di verifica della quarta rivendicazione, che consente di attuare alcune delle operazioni che realizzano il metodo dell'invenzione.
Ulteriori caratteristiche del metodo e del dispositivo dell'invenzione vengono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.
Gli scopi ed i vantaggi detti verranno meglio evidenziati durante la descrizione di una preferita forma di esecuzione dell’invenzione che viene data al seguito a titolo indicativo e non limitativo facendo riferimento alle allegate tavole di disegno ove:
- la fig. 1 rappresenta un tipico diagramma di stato di una generica lega metallica composta da due componenti A e B;
- la fig. 2 rappresenta il diagramma cartesiano della curva reale relativa alla variazione della resistenza elettrica di una specifica lega metallica durante il processo di solidificazione;
- la fig. 3 rappresenta il diagramma cartesiano della derivata prima relativa alla curva reale di fig. 2;
- la fig. 4 rappresenta in forma schematica il dispositivo dell'invenzione.
II metodo dell'invenzione per la verifica della qualità di una lega metallica, durante il processo di solidificazione, si basa sul concetto che il valore della resistenza elettrica che presenta una determinata lega metallica risulta direttamente legato alla composizione chimica della stessa lega e al particolare stato di solidificazione in cui essa si trova.
Perciò, interpretando i valori relativi alla variazione della resistenza elettrica di una particolare lega metallica durante l'intero processo di solidificazione e, successivamente, confrontandoli con i valori relativi alla variazione di resistenza elettrica della stessa lega metallica idealmente priva di difetti, si à ̈ in grado di raggiungere gli scopi dell'invenzione sopra menzionati.
In particolare, il richiedente ha scoperto che misurando la resistenza elettrica, ad intervalli di tempo ristretti o in modo continuo, di una lega metallica durante il processo di solidificazione, si à ̈ in grado di determinare l'andamento di quest'ultimo e, di conseguenza, si à ̈ in grado di intervenire nella misura e nei tempi giusti per evitare la formazione di difetti ed aumentare la qualità della stessa lega.
In particolare, il metodo dell'invenzione prevede una prima operazione che consiste nel disporre una determinata quantità di lega metallica allo stato liquido all'interno di un crogiolo, dove avverrà il suo processo di solidificazione.
Il metodo dell'invenzione prevede, a questo punto, di imporre una tensione elettrica costante tra una prima coppia di elettrodi immersa nella lega metallica, in modo da poter misurare allo stesso tempo i valori di corrente elettrica che fluisce attraverso la suddetta lega mediante una seconda coppia di elettrodi immersa anch'essa nella lega durante la solidificazione.
Preferibilmente ma non necessariamente, la rilevazione dei suddetti valori di corrente elettrica viene fatta in modo continuo durante la solidificazione.
Tuttavia, non à ̈ escluso che tale rilevazione possa essere eseguita in specifici istanti di tempo ad intervalli regolari.
La misurazione dei valori di corrente elettrica consente di calcolare, preferibilmente durante lo stesso processo di solidificazione, la resistenza elettrica relativa a ciascuno di essi.
Come à ̈ noto, ovviamente, i valori della resistenza elettrica si ottengono dal rapporto tra la tensione elettrica costante impressa e ciascuno dei valori di corrente elettrica rilevati.
A loro volta questi valori di resistenza vengono utilizzati per definire una curva reale 100 della variazione della stessa resistenza elettrica durante tutto il periodo di solidificazione della lega metallica.
In particolare tale curva reale 100 viene definita su un diagramma cartesiano 101 avente in ascissa la temperatura decrescente e in ordinata la resistenza elettrica crescente, come si osserva in fig. 2. Preferibilmente ma non necessariamente, tale curva reale 100 viene definita progressivamente durante il processo di solidificazione, a mano a mano che vengono rilevati e calcolati i dati.
Non à ̈ escluso, tuttavia, che tale curva reale 100 venga definita sul suddetto diagramma 101 successivamente alla conclusione del processo di solidificazione della lega in esame.
Una volta definita la suddetta curva reale 100, il metodo dell'invenzione prevede di interpretare la stessa.
In particolare, l'interpretazione consiste, come prima cosa, nel riportare sullo stesso diagramma una curva ideale 102 della variazione di resistenza elettrica relativa alla lega metallica priva di difetti, come accennato in precedenza.
Tale curva ideale 102 viene definita mediante rilevazioni statistiche fatte precedentemente all'attuazione del metodo dell'invenzione e relative a campioni della specifica lega in esame priva di difetti, Quindi, una volta ottenuta la sovrapposizione della curva reale 100 con quella ideale 102, l'interpretazione consiste neM'individuare i tratti di difformità tra le stesse.
In particolare, come si osserva sempre in fig. 2, vengono confrontati i picchi positivi 103 dei valori di resistenza elettrica che si individuano lungo le due curve 100 e 102.
Infatti, i suddetti picchi 103 assumono un importante significato durante il processo di solidificazione di una lega metallica, in quanto indicano i vari momenti in cui si verificano i cambi di stato della stessa lega.
In generale, il fatto di individuare tali difformità tra le due curve 100 e 102 consente di comprendere come e in quale momento poter intervenire durante processo di solidificazione della lega metallica. Tali interventi, infatti, costituiscono l'operazione conclusiva del metodo dell'invenzione e prevedono l'immissione nella lega metallica in fase di solidificazione di specifici additivi in modo da ridurre le suddette difformità tra le due curve a confronto 100 e 102 e quindi per poter avvicinare le caratteristiche della lega in esame a quelle della stessa lega metallica ideale priva di difetti.
Preferibilmente ma non necessariamente, l'operazione di confronto prevede la comparazione della derivata prima 104 delle due suddette curve 100 e 102 in modo da confrontare la velocità di variazione della resistenza elettrica della lega in analisi con la velocità di variazione della resistenza relativa alla lega ideale, come riportato in fig. 3.
Come detto in precedenza fa parte dell'invenzione anche il dispositivo 1 , rappresentato in fig. 4, per la misurazione della resistenza elettrica relativa ad una lega metallica L durante il processo di solidificazione. Il suddetto dispositivo 1 , infatti, viene utilizzato per ricavare i dati (i valori di corrente elettrica e, di conseguenza, di resistenza elettrica) necessari per il confronto delle caratteristiche della stessa lega metallica L in esame con quelle della medesima lega idealmente priva di difetti.
In particola, il dispositivo 1 comprende un crogiolo 2 in cui collocare una certa quantità di lega metallica L allo stato liquido da analizzare. Preferibilmente, il suddetto crogiolo 2, nella preferita forma esecutiva dell'invenzione, à ̈ del tipo a perdere, realizzato in sabbia.
Inoltre, il dispositivo 1 comprende una prima coppia di elettrodi 3, ciascuno dei quali presenta una prima estremità 31 inserita nello spazio vuoto definito all'interno del suddetto crogiolo 2 in modo che possa entrare in contatto con la lega metallica L in fase di solidificazione.
La seconda estremità 32 degli elettrodi appartenenti alla prima coppia 3 à ̈ collegata ad un generatore di tensione 4 il quale, come detto in precedente, ha la funzione di imporre una tensione elettrica constante sulla stessa lega metallica L.
II dispositivo 1 dell'invenzione comprende una seconda coppia di elettrodi 5 ciascuno dei quali, similmente a quelli della prima coppia di elettrodi 3, presenta una prima estremità 51 inserita nello spazio vuoto definito all'interno del crogiolo 2, in modo che possa entrare in contatto con la lega metallica L.
La seconda estremità 52 dei due elettrodi della seconda coppia 5 à ̈ connessa ad un rilevatore di corrente 6, in modo da rilevare la corrente elettrica che fluisce attraverso la lega metallica L durante suddetta solidificazione.
Preferibilmente ma non necessariamente, il generatore di tensione elettrica 4 e il rilevatore di corrente elettrica 6 appartengono ad un millihommetro 8.
Infine, il dispositivo 1 dell'invenzione comprende un sistema di ingresso/uscita 7 in grado di scambiare i dati rilevati, cioà ̈ i valori di corrente e, conseguentemente, di resistenza, con dispositivi esterni di elaborazione E in cui vengono svolte le successive operazioni di confronto ed interpretazione previste dal metodo dell'invenzione.
In base a quanto detto si comprende quindi che il metodo e il dispositivo dell’invenzione raggiungono tutti gli scopi prefissati.
In particolare l’invenzione raggiunge lo scopo di definire e realizzare un metodo e un dispositivo per la verifica della qualità di una lega metallica che consentano di fornire delle indicazioni sulla tendenza alla formazione di difetti durante la solidificazione della stessa lega metallica.
Conseguentemente, altro scopo raggiunto dall'invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e di un dispositivo che consentano di definire in che modo e in che quantità intervenire sulla lega metallica durante il processo di solidificazione.
Un ulteriore scopo raggiunto dall'invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e la realizzazione di un dispositivo che consentano di determinare la composizione chimica della lega metallica durante l'intera fase di solidificazione della stessa
Non ultimo scopo raggiunto dall'invenzione à ̈ la definizione e la realizzazione di un metodo e di un dispositivo che consentano di individuare e predire le caratteristiche meccaniche finale della lega metallica solidificata.
In fase esecutiva, al metodo e al dispositivo dell’invenzione, potranno essere apportate varianti esecutive che, quantunque non rappresentate e non descritte in questa sede, qualora dovessero rientrare nel contenuto delle rivendicazioni che seguono, saranno tutte da ritenersi protette dal presente brevetto.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1 ) Metodo di verifica della qualità di una lega metallica durante il processo di solidificazione, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti operazioni: - disporre detta lega metallica allo stato liquido all'interno di un crogiolo; - imporre una tensione elettrica costante tra una prima coppia di elettrodi immersa in detta lega metallica durante detta solidificazione; - rilevare i valori di corrente elettrica che fluisce attraverso detta lega metallica mediante una seconda coppia di elettrodi immersa in detta lega metallica per una pluralità di istanti durante detta solidificazione; - calcolare per ciascuno di detti instanti la resistenza elettrica di detta lega metallica ottenuta dal rapporto tra detta tensione elettrica costante e ciascuno di detti valori di corrente elettrica; - definire una curva reale della variazione della resistenza di detta lega metallica durante detta solidificazione su un diagramma cartesiano avente in ascissa la temperatura decrescente e in ordinata la resistenza elettrica crescente; - riportare in detto grafico cartesiano una curva ideale della variazione di resistenza di detta lega metallica priva di difetti; - confrontare detta curva reale con detta curva ideale in modo da individuare i tratti di difformità tra dette curve; - intervenire mediante additivi su detta lega metallica per ridurre detti tratti di difformità tra dette due curve.
- 2) Metodo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detta rilevazione di detti valori di corrente elettrica viene eseguita in modo continuo durante detta solidificazione di detta lega metallica.
- 3) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detta operazione di confronto prevede la comparazione della derivata prima di detta curva reale e la derivata prima di detta curva ideale in modo da confrontare la velocità di variazione della resistenza elettrica di dette curve durante detta solidificazione.
- 4) Dispositivo (1) per la misurazione della resistenza elettrica di una lega metallica durante il processo di solidificazione, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un crogiolo (2) atto a contenere detta lega metallica (L) allo stato liquido; - una prima coppia di elettrodi (3) ciascuno dei quali presenta una prima estremità (31 ) inserita all'interno di detto crogiolo (2) e atta ad entrare in contatto con detta lega metallica (L) e con la seconda estremità (32) collegata ad un generatore di tensione (4) in modo da imporre una tensione elettrica constante su detta lega metallica (L); - una seconda coppia di elettrodi (5) ciascuno dei quali presenta una prima estremità (51 ) inserita all'interno di detto crogiolo (2) e atta ad entrare in contatto con detta lega metallica (L) e con la seconda estremità (52) connessa ad un rilevatore di corrente (6) in modo da rilevare la corrente elettrica che fluisce attraverso detta lega metallica (L) durante detta solidificazione; - un sistema di ingresso/uscita (7) per la connessione e lo scambio di dati tra detto dispositivo (1 ) con dispositivi esterni di elaborazione (E).
- 5) Dispositivo (1 ) secondo la rivendicazione 4) caratterizzato dal fatto che detto generatore di tensione elettrica (4) e detto rilevatore di corrente elettrica (6) appartengono ad un millihommetro (8).
- 6) Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4) a 5) caratterizzato dal fatto che detto crogiolo (2) Ã ̈ un contenitore del tipo a perdere realizzato in sabbia e nelle cui pareti vengono disposte detta prima e detta seconda coppia di elettrodi (3,5).
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| WANG QIANG ET AL: "Electrical resistivity of molten indium-antimony alloys", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, vol. 87, no. 9, 1 May 2000 (2000-05-01), pages 4623 - 4625, XP012049943, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.373113 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013046005A1 (en) | 2013-04-04 |
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