Come la Morfologia della Frattura Influenza le Proprietà Meccaniche dei Laminati AA1050/AA5061 dopo il Test di Trazione

L'analisi della morfologia della frattura dei laminati AA1050/AA6061 dopo il test di trazione, come illustrato nella figura 4.13, rivela importanti caratteristiche che descrivono il comportamento dei compositi durante la deformazione. Le immagini SEM (Microscopia Elettronica a Scansione) dei campioni A3, A5 e C2 evidenziano differenze significative nella resistenza e nell'integrità strutturale tra i campioni trattati con diverse tecniche di deformazione, come la deformazione tramite ARB (Accumulation of Roll-Bonding) e il trattamento di criorolling.

La frattura dei laminati in questi campioni mostra principalmente un comportamento di frattura duttile, caratterizzato dalla formazione di depressioni o “dimples”. Il campione A3, per esempio, presenta depressioni grandi e profonde, indice di una frattura più duttile, mentre, man mano che il campione si deforma, si nota una transizione verso depressioni più superficiali. Questa variazione nella dimensione e nella profondità delle depressioni è direttamente correlata alle caratteristiche di deformazione dei metalli costituenti e al loro effetto di trascinamento tra i strati del composito.

Il fenomeno della delaminazione ha un impatto significativo sulle proprietà meccaniche complessive del materiale. In particolare, nelle fasi di invecchiamento, che sono parte del trattamento termico successivo alla deformazione, la qualità del legame tra gli strati sembra migliorare. La figura 4.14 mostra un miglioramento dell'interfaccia dopo il trattamento di invecchiamento, senza alcuna evidenza di multiple delaminazioni, il che suggerisce un rafforzamento delle proprietà meccaniche dei campioni post-invecchiamento. Tuttavia, la presenza di precipitati durante l'invecchiamento limita l'allungamento del materiale, come indicato dalla diminuzione della deformazione post-invecchiamento, sebbene la resistenza sia migliorata.

Le principali ragioni per il miglioramento della resistenza nei campioni trattati con criorolling comprendono la promozione di una deformazione coordinata, il miglioramento del legame interfaciale, l'aumento della densità di dislocazione e la raffinazione della dimensione dei grani. La criorolling, a differenza della deformazione plastica severa tramite ARB, migliora la capacità di affinare i grani senza raggiungere una saturazione, il che è vantaggioso per le proprietà meccaniche. L’aumento della densità di dislocazione, associato alla diminuzione della distanza tra le dislocazioni, fornisce una resistenza maggiore al movimento delle dislocazioni, aumentando così la resistenza alla deformazione.

In sintesi, il miglioramento delle proprietà meccaniche dei laminati AA1050/AA6061 trattati con criorolling e invecchiamento è dovuto a una combinazione di fattori: un migliore legame interfaciale tra i metalli, una maggiore densità di dislocazione, una dimensione dei grani più fine e una minore tendenza alla delaminazione. Questo approccio innovativo, che combina criorolling e trattamenti termici, risulta più efficace rispetto alle tecniche convenzionali, migliorando significativamente sia la resistenza che la duttilità del materiale.

Come si evolvono le microstrutture nei laminati Al/Mg/Al durante la laminazione a caldo?

L'evoluzione della microstruttura dei laminati Al/Mg/Al durante la laminazione è un fenomeno complesso che dipende strettamente dai processi termomeccanici a cui vengono sottoposti. In particolare, l'analisi dei laminati costituiti da leghe di Al e Mg-Li evidenzia come la struttura a due fasi del materiale subisca modifiche significative in relazione ai diversi trattamenti. Le fasi α-Mg e β-Li, tipiche delle leghe Mg-Li, mostrano comportamenti diversi a seconda della tipologia di laminazione adottata.

Nel caso di un campione di leghe LZ91 trattato termicamente (figura 4.34a), si osserva una tipica struttura a due fasi, con la fase α-Mg distribuita uniformemente nella matrice β-Li. La fase α-Mg è la soluzione solida della struttura hcp, in cui il Li è solubile nel Mg, mentre la fase β-Li è una soluzione solida della struttura bcc, con il Mg solubile nel Li. Questo tipo di struttura è fondamentale per comprendere le modifiche che avvengono durante la laminazione, dove la deformazione plastica induce una trasformazione delle fasi e una riorganizzazione delle fasi stesse.

Nel caso dei laminati Al/Mg-Li, è interessante notare che, a seguito della laminazione a caldo (HR) e delle successive riduzioni di spessore, non sono visibili vuoti evidenti né fasi intermetalliche (IMC) alla giunzione tra i laminati. Le superfici di interfaccia nei laminati HR+RTR diventano ondulate man mano che aumenta il grado di riduzione, con la formazione di bande di taglio che indicano un elevato grado di deformazione (figura 4.35c e d). In contrasto, nei laminati HR e HR+CR, l’interfaccia rimane relativamente piatta, senza una significativa diminuzione della sua qualità anche con aumenti della riduzione.

L’evoluzione delle fasi α-Mg è un aspetto chiave. La proporzione di α-Mg in un campione non laminato era inizialmente pari al 33,5%. Dopo il trattamento HR, questa percentuale diminuisce leggermente a 32,3%, ma la struttura della fase α-Mg si allunga in una forma lamellare sottile, con uno spessore che diminuisce da 9,8 µm a 5,2 µm. Un’ulteriore laminazione con il processo HR+HR non modifica significativamente la proporzione di α-Mg, ma continua ad allungare la fase, riducendo ulteriormente lo spessore. Tuttavia, nei laminati HR+RTR, la fase α-Mg subisce una trasformazione più marcata, passando dalla fase β-Li alla fase α-Mg sotto l’effetto della deformazione da taglio. In questi casi, la proporzione di α-Mg aumenta significativamente fino a raggiungere valori del 70,2% e del 73,1% nei laminati HR+RTR1 e HR+RTR2, rispettivamente.

Il trattamento HR+CR, invece, mostra una trasformazione minore, con un incremento della fase α-Mg che non supera il 36,1% nei laminati HR+CR1 e 37,8% nei laminati HR+CR2. In questi laminati, la fase α-Mg si distribuisce in una struttura lamellare più sottile, con uno spessore che scende a 1,6 µm e 1,2 µm. Questo dimostra che la laminazione con compressione (CR) induce una trasformazione molto più contenuta rispetto alla laminazione a taglio (RTR).

Anche nei laminati Al, un’analisi simile mostra una distribuzione tra grani allungati e grani equiaxiali fini, con un affinamento evidente dei grani sotto la deformazione plastica. Il confronto tra i laminati HR+RTR1 e HR+CR1 non mostra significative differenze nelle proprietà dei grani in Al, con una leggera riduzione della differenza angolare di disorientamento (DAD) tra le due fasi. La struttura del materiale, sia per le fasi di Mg che di Al, viene quindi influenzata dalla tipologia di processo di laminazione, con un effetto dominante del processo RTR sulla trasformazione delle fasi e sulla deformazione plastica.

La comprensione della microstruttura e della deformazione durante il processo di laminazione è cruciale per ottimizzare le prestazioni dei laminati Al/Mg/Al. Questo studio suggerisce che, per ottenere materiali con una migliore resistenza e plasticità, è fondamentale scegliere il giusto trattamento termomeccanico. La laminazione con RTR offre il vantaggio di ottenere una maggiore proporzione della fase α-Mg e una struttura più omogenea, mentre il processo HR+CR ha effetti più limitati sulla trasformazione delle fasi, ma può essere utile per applicazioni dove è necessaria una deformazione meno intensa. La selezione del processo di laminazione dovrebbe quindi considerare non solo i risultati in termini di proprietà meccaniche, ma anche la stabilità e la durabilità dei materiali nelle applicazioni finali.