Prove di fatica termo-meccanica su acciai per stampi

The aim of this work is the classification of the materials involved in mould construction for aluminium die casting with a thermo-mechanical fatigue test. The starting point was a thermo-mechanical fatigue machine previously developed, in which heating is done by an inductor and cooling is realized with a water flow inside the specimen’s hole. The temperature is detected by an optical pyrometer. The first step has been the definition of the optimal set-up for conducing the test, avoiding local overheating. The uniformity in heating phase was obtained by adjusting the distance between the coils of the inductor, while a protract cooling with water has been able to gain a homogeneous temperature profile at the end of the cycle. Then different materials were tested, both hot work tool steels (AISI H11, AISI H13) and quenched and tempered steel (AISI P20), at different maximum temperatures of the thermal cycle, highlighting the differences. The normalization of the data obtained from the various tests done allowed to obtain a relationship between stress and life, which is independent of the type of steel (although our attention has been focused on AISI H11 and AISI H13 steels). It permitted the definition of the maximum test temperature according to the desired number of cycles without doing any preliminary test. Finally it has been defined a parameter able to evaluate the damage produced, called pyrocracking factor. Due to the hard work in obtaining this index, it was proposed a parameter simpler to obtain, that is the length of the cracked part of the test.

Lo scopo di questo lavoro è la classificazione dei materiali impiegati nella costruzione di stampi per pressofusione di alluminio mediante una prova di fatica termomeccanica. Il punto di partenza è stata una macchina di fatica termomeccanica precedentemente sviluppata, in cui il riscaldamento avviene per mezzo di un induttore, mentre il raffreddamento viene realizzato facendo scorrere un flusso d’acqua all’interno del provino forato. La temperatura è rilevata tramite un pirometro ottico. Il primo obbiettivo è stato la definizione di un setup ottimale per condurre la prova, evitando sovrariscaldamenti localizzati. Si è ottenuta l’uniformità in fase di riscaldamento regolando la distanza tra le spire dell’induttore, mentre un raffreddamento prolungato con acqua ha permesso di ottenere un profilo di temperatura omogeneo alla fine del ciclo. Si è provveduto poi a testare differenti materiali, sia acciai da utensili a caldo (AISI H11, AISI H13) che da bonifica (AISI P20), a diverse temperature massime del ciclo termico, evidenziandone le differenze. La normalizzazione dei dati ricavati dalle varie prove ha permesso l’ottenimento di una relazione tra sforzi e vita a rottura indipendente dal tipo di acciaio (anche se per il momento l’attenzione è stata posta solo sugli acciai AISI H11 e H13), permettendo la definizione della massima temperatura di prova in base al numero di cicli desiderato senza dover effettuare alcun test preliminare. Infine è stato definito un parametro per valutare il danno prodotto, chiamato fattore di pirocriccatura. A causa della laboriosità nell’ottenere tale indice, si è proposta una grandezza più semplice da ottenere, ovvero la lunghezza del tratto criccato.