1 MATERIALI, PROVETTE E PROGRAMMA DELLE
PROVE
1.1 Materiale utilizzato
I provini utilizzati per l’indagine svolta, sono costituiti in superlega a base di nichel Inconel 718, AMS 5663, tripla fusione; tale materiale viene usualmente scelto per la fabbricazione dei dischi di turbina, viste le sue notevoli caratteristiche di resistenza a fatica ad alta temperatura. Le principali caratteristiche chimiche e meccaniche del materiale, così come tratte da [2] e [3], sono riportate nelle seguenti tabelle 1.I e 1.II:
Tabella 1.I Composizione chimica % Inconel 718
Ni 50,0 – 55,0 Cr 17,0 – 21,0 Nb 4,75 – 5,5 Mo 2,8 – 3,3 Ti 0,65 – 1,15 Al 0,2 – 0,8 Co 1,0 max C 0,08 max Mn 0,35 max Si 0,35 max P 0,015 max S 0,015 max B 0,006 max Cu 0,3 max Fe A completare
Tabella 1.II Caratteristiche meccaniche Inconel 718
Temperatura ambiente 500 °C
Tensione di rottura 1400 MPa 1200 MPa
Tensione di snervamento 1170 MPa 1030 MPa
Modulo di elasticità 204900 MPa 175000 MPa
Allungamento % 22% 17%
Coefficiente di dilatazione 13 µm/m°C 14.7 µm/m°C
1.2 Provini utilizzati
Le provette utilizzate per la nostra indagine rispettano le caratteristiche geometriche riportate nella figura 1.1, e definite in [4], sono state fornite da Fiat-Avio e fanno parte del lotto di 64 provini realizzati per lo svolgimento della campagna di prove precedente.
Figura 1.1 - Geometria del provino
Tali provette sono state ottenute da due forgiati (diametro esterno 377 mm, diametro interno 165 mm, larghezza 88 mm) (vedi figura 1.2);
Figura 1.2 – Sezione dei dischi forgiati di partenza
PROVETTA DI TORNITURA PER PROGRAMMA "MANHIRP"
da ogni forgiato sono stati ricavati quattro dischi per elettroerosione a filo (diametro esterno 377 mm, diametro interno 165 mm, larghezza 8 mm) come mostrato in figura 1.3.
Figura 1.3 – Zona di estrazione dei dischi
Due dischi di ogni forgiato (per un totale di quattro dischi) sono stati lavorati su entrambe le facce su un tornio verticale a controllo numerico fino allo spessore finale di 4 mm. Come utensile è stato usato un inserto rombico con un angolo dei taglienti di 80° e un raggio di curvatura al vertice di 0.8 mm (vedi figura 1.4). L’avanzamento è stato di 0.2 mm/giro.
Figura 1.4 – utensile utilizzato per la tornitura
Per valutare, nella precedente indagine, l’influenza delle condizioni di lavorazione sulla vita a fatica di tali dischi, Fiat-Avio ha selezionato tre parametri di lavorazione, la cui variazione ha generato otto tipologie di tornitura.
Tabella 1.III – Configurazioni di lavorazioni ottenute
Ciascuno dei quattro dischi è stato lavorato con due set diversi di parametri di lavorazione in corrispondenza di due distinte corone circolari.
Da ogni corona sono stati ricavati per EDM a filo 8 provini per un totale di 64, secondo lo schema riportato in figura 1.5.
Figura 1.5 – Schema di taglio dei dischi
Configurazione Prof. di Taglio Velocità di Taglio Tipo di utensile
A 0,3 mm 35 m/sec nuovo B 0,03 mm 35 m/sec nuovo C 0,3 mm 70 m/sec nuovo D 0,03 mm 70 m/sec nuovo E 0,3 mm 35 m/sec usurato F 0,03 mm 35 m/sec usurato G 0,3 mm 70 m/sec usurato H 0,03 mm 70 m/sec usurato
Per ogni configurazione, i provini sono numerati da 1 a 8.
Nella seguente figura 1.6 sono raffigurati i passi di lavorazione appena descritti.
(a) (b)
(b) (d)
Figura 1.6 – Estrazione dei provini dai dischi: a) protezione superfici tornite; b) taglio preliminare; c) provino sbozzato; d) provino fresato definitivo
1.3 Programma delle prove
Per lo studio dell’influenza sulla vita a fatica in temperatura dei difetti da “handling” sulle superfici tornite dei dischi, argomento di questa tesi, è previsto l’uso di diciotto provette e tre differenti tipologie di preparazione, sei provette per ogni tipo. In particolare, per il primo set di sei provette è prevista la preparazione di lucidatura del tratto utile di prova. L’obiettivo è quello di ottenere dei risultati sperimentali di riferimento, riguardo alla vita a fatica del materiale, generalmente ottenuti con provette cilindriche lappate, con rapporto di ciclo R=0 per provini con geometria prevista dal programma MANHIRP.
Nel secondo gruppo di provini verranno introdotti, sempre nel tratto utile di prova, degli intagli artificiali a due profondità diverse, in modo da simulare dei difetti da “handling” e
valutare quindi l’eventuale diminuzione di vita a fatica legata al tipo e alla profondità dell’intaglio
Nel terzo ed ultimo set di provini è prevista l’introduzione di intagli, come per il precedente gruppo e la successiva asportazione, mediante una tecnica normalmente usata nell’industria per recuperare componenti con difetti da handling di bassa profondità, a due livelli di profondità differenti. Lo scopo è quello di valutare l’eventuale miglioramento della vita a fatica rispetto ai provini con difetti non asportati.
Visto che i risultati della campagna di prove precedente non hanno evidenziato un effetto statisticamente significativo della variazione dei parametri di lavorazione sulla vita a fatica dei provini, la scelta del tipo di configurazioni da utilizzare per i nostri test è indifferente. Si è deciso comunque di utilizzare per i provini con intagli le configurazioni che hanno dato i migliori risultati in termini di vita a fatica nella campagna precedente.
Le provette, con le relative preparazioni, che saranno utilizzate per i nostri test sono riportate nella tabella di seguito.
Tabella 1.IV – Provette per i test di fatica
PROVINO TIPO
DI PREPARAZIONE
F7 Lucidatura H7 Lucidatura D7 Lucidatura H8 Lucidatura F8 Lucidatura D8 Lucidatura F6 Intagli 100µm H6 Intagli 100µm H5 Intagli 100 µm D6 Intagli 50 µm D5 Intagli 50 µm F5 Intagli 50 µm B7 Intagli 100 µm e asportazione 200 µm C7 Intagli 100 µm e asportazione 200 µm G7 Intagli 100 µm e asportazione 200 µm B6 Intagli 100 µm e asportazione 100 µm C6 Intagli 100 µm e asportazione 100 µm G6 Intagli 100 µm e asportazione 100 µm
