Titanio di purezza commerciale (Ti – CP) viene utilizzato per la realizzazione di protesi ortopediche e dentarie, grazie all’elevata biocompatibilità e alle buone caratteristiche termofisiche. Tuttavia la realizzazione di getti di titanio comporta alcune difficoltà legate all’elevato punto di fusione (1668 °C) ed alla possibilità di ossidazione a caldo e di reazione con i materiali della forma; altri problemi frequentemente riscontrati riguardano l’incompletezza del getto e la formazione di cavità o di porosità al suo interno. Nel presente lavoro viene effettuato uno studio riguardante la determinazione della geometria e del posizionamento ottimale dei canali di colata, in relazione alla geometria e alle dimensioni di getti in Ti – CP grado 2. I provini, di forma parallelepipeda, sono stati realizzati mediante preparazione di modelli con il metodo a cera persa. Per la fusione è stata utilizzato un sistema ad arco elettrico in atmosfera controllata di Argon. I provini hanno tutti una forma parallelepipeda caratterizzata da larghezza e lunghezza come dimensioni predominanti, in modo da avere superfici più ampie possibili e, quindi, condizioni di elevato scambio termico e di rapida solidificazione per esaltare la possibile formazione di difetti di fusione. Le superfici dei provini variano tra 20x20 e 35x35 mm2, mentre gli spessori considerati sono compresi tra 1 e 5 mm. Per ogni colata sono stati prodotti uno o, nel caso di piccoli volumi, due provini. Per quanto riguarda dimensioni e posizioni dei canali di colata, sono state sperimentate le seguenti configurazioni: a) due canali di colata cilindrici di diametro 6 mm, posizionati sulla superficie del campione; b) due canali di colata come nel punto precedente, con l’aggiunta di un canale di sfiato di forma cilindrica del diametro di 2 mm, posizionato sulla mezzeria del lato nei pressi dei canali di alimentazione; c) un solo canale di colata di forma conica (diametro massimo di 35 mm e altezza 20 mm), posizionato in corrispondenza di un lato del provino. Sui provini finiti sono state eseguiti controlli non distruttivi (CnD), allo scopo di rilevare l’eventuale presenza di difetti di fusione. Le indagini sono state effettuate a mezzo di liquidi penetranti per osservare i piccoli difetti che affiorano in superficie, attraverso termografia ad infrarossi per individuare difetti subsuperficiali e mediante esame radiografico con raggi γ per rilevare la presenza di micro e macro difetti interni. La possibilità che si verifichino difetti di fusione nei provini dipende dalle dimensioni dei provini stessi e dalla configurazione dei canali di colata. Poiché le fusioni sono realizzate in una camera in pressione di Ar, il completo riempimento delle forme è strettamente legato alla possibilità di fuoriuscita del gas. I CnD hanno messo in evidenza la presenza di difetti nel riempimento delle forme in relazione alle loro dimensioni. La geometria dei provini, con ampio sviluppo superficiale, fa sì che il metallo fuso solidifichi rapidamente impedendo la fuoriuscita del gas ed il completo riempimento della forma. Ai fini di realizzare provini esenti da difetti, i risultati migliori sono stati ottenuti con un unico canale di alimentazione conico, che consente l’instaurarsi di un flusso di gas uscente dalla forma, durante il suo riempimento da parte del metallo liquido.

Realizzazione di getti in titanio e loro caratterizzazione mediante controlli non distruttivi

SILI, Andrea Mariano
2006-01-01

Abstract

Titanio di purezza commerciale (Ti – CP) viene utilizzato per la realizzazione di protesi ortopediche e dentarie, grazie all’elevata biocompatibilità e alle buone caratteristiche termofisiche. Tuttavia la realizzazione di getti di titanio comporta alcune difficoltà legate all’elevato punto di fusione (1668 °C) ed alla possibilità di ossidazione a caldo e di reazione con i materiali della forma; altri problemi frequentemente riscontrati riguardano l’incompletezza del getto e la formazione di cavità o di porosità al suo interno. Nel presente lavoro viene effettuato uno studio riguardante la determinazione della geometria e del posizionamento ottimale dei canali di colata, in relazione alla geometria e alle dimensioni di getti in Ti – CP grado 2. I provini, di forma parallelepipeda, sono stati realizzati mediante preparazione di modelli con il metodo a cera persa. Per la fusione è stata utilizzato un sistema ad arco elettrico in atmosfera controllata di Argon. I provini hanno tutti una forma parallelepipeda caratterizzata da larghezza e lunghezza come dimensioni predominanti, in modo da avere superfici più ampie possibili e, quindi, condizioni di elevato scambio termico e di rapida solidificazione per esaltare la possibile formazione di difetti di fusione. Le superfici dei provini variano tra 20x20 e 35x35 mm2, mentre gli spessori considerati sono compresi tra 1 e 5 mm. Per ogni colata sono stati prodotti uno o, nel caso di piccoli volumi, due provini. Per quanto riguarda dimensioni e posizioni dei canali di colata, sono state sperimentate le seguenti configurazioni: a) due canali di colata cilindrici di diametro 6 mm, posizionati sulla superficie del campione; b) due canali di colata come nel punto precedente, con l’aggiunta di un canale di sfiato di forma cilindrica del diametro di 2 mm, posizionato sulla mezzeria del lato nei pressi dei canali di alimentazione; c) un solo canale di colata di forma conica (diametro massimo di 35 mm e altezza 20 mm), posizionato in corrispondenza di un lato del provino. Sui provini finiti sono state eseguiti controlli non distruttivi (CnD), allo scopo di rilevare l’eventuale presenza di difetti di fusione. Le indagini sono state effettuate a mezzo di liquidi penetranti per osservare i piccoli difetti che affiorano in superficie, attraverso termografia ad infrarossi per individuare difetti subsuperficiali e mediante esame radiografico con raggi γ per rilevare la presenza di micro e macro difetti interni. La possibilità che si verifichino difetti di fusione nei provini dipende dalle dimensioni dei provini stessi e dalla configurazione dei canali di colata. Poiché le fusioni sono realizzate in una camera in pressione di Ar, il completo riempimento delle forme è strettamente legato alla possibilità di fuoriuscita del gas. I CnD hanno messo in evidenza la presenza di difetti nel riempimento delle forme in relazione alle loro dimensioni. La geometria dei provini, con ampio sviluppo superficiale, fa sì che il metallo fuso solidifichi rapidamente impedendo la fuoriuscita del gas ed il completo riempimento della forma. Ai fini di realizzare provini esenti da difetti, i risultati migliori sono stati ottenuti con un unico canale di alimentazione conico, che consente l’instaurarsi di un flusso di gas uscente dalla forma, durante il suo riempimento da parte del metallo liquido.
2006
8885298583
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