Virtual casting of aluminum alloys for defects and microstructure validation

In the last years, virtual casting has become a fundamental tool to move in the direction of a market demanding higher productivity and at the same time high quality products free from defects. The accomplishment of these goals is assured by continuous improvement and update of casting simulation software and their simulation packages used for yield maximization, defect minimization and even for microstructure evaluation, and to validate these abilities of ProCAST this work has caught on. Other than a standard alloy (EN AC 42100), cast through a gravity sand casting process, a recycled aluminum alloy (EN AB 43200), cast through a gravity permanent mold casting, that wants to be used for structural applications, therefore needing an assurance on quality and defect free casting, is validated. For this purpose, ProCAST has been used to test its abilities to predict the casting process even of a recycled aluminum alloy, that will be a great step ahead in the world of recycling and an improvement in the productivity of good first new cast products without the need of shop floor trials, decreasing their time to market. DSC analysis was used to determine the thermal properties of the alloys to implement in the ProCAST’s database. Metallographic analyses consisting in the metallographic preparation of the samples, the calculation of porosity, the detection of oxide inclusions through SEM (scanning electron microscopy), then calculation of SDAS (secondary dendrite arm spacing) and evaluation of grain structure after electro-chemical polishing, were performed. The comparison between the results of ProCAST and the results obtained through metallographic analyses highlighted that ProCAST gave a good prediction of casting defects and microstructure properties of both standard and recycled aluminum alloys.

Negli ultimi anni, il virtual casting è diventato uno strumento fondamentale per muoversi nella direzione di un mercato che richiede sempre maggiore produttività e allo stesso tempo prodotti di alta qualità privi di difetti. Il raggiungimento di questi obbiettivi è assicurato da un continuo miglioramento e aggiornamento dei software di simulazione di colata e dei loro pacchetti di simulazione, utilizzati per massimizzare la resa, minimizzare i difetti e addirittura per valutare la microstruttura, e questo lavoro ha preso piede per validare queste abilità di ProCAST. Oltre alla validazione di una lega standard (EN AC 42100), colata per gravità in sabbia, una lega di alluminio da riciclo (EN AB 43200), colata per gravità in forma permanente, vuole essere usata a fini strutturali, e ha bisogno che ne venga assicurata la qualità. Per questo motivo, ProCAST è stato usato per testare le sue abilità di predire il processo di colata anche di una lega da riciclo, che sancirebbe un grande passo avanti nel mondo del riciclo di metallo e una diminuzione del tempo per la messa sul mercato di un prodotto privo di difetti, senza il necessario ausilio delle diverse prove. Un’analisi DSC è stata fatta per determinare le proprietà termiche delle leghe da implementare nel database di ProCAST. Le analisi metallografiche seguono una prima preparazione metallografica dei campioni per poi procedere al calcolo delle porosità e ricerca di inclusioni di ossidi tramite una microscopia elettronica a scansione (SEM), per concludere con il calcolo della spaziatura delle braccia delle dendriti secondarie (SDAS) e la valutazione della struttura dei grani dopo aver effetuato una lucidatura elettro-chimica. Il confronto tra i risultati ottenuti con ProCAST e quelli ottenuti attraverso le analisi metallografiche hanno evidenziato come ProCAST abbia fornito una stima affidabile dei difetti da colata e delle proprietà della microstruttura sia per la lega di alluminio standard che per la lega di alluminio da riciclo.