Qualità della superficie e comportamento all'usura da scorrimento a secco della lega AZ61Mg utilizzando la tecnica della pietra refrattaria Abbott

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12437 (2023) Citare questo articolo

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Attualmente, le leghe di magnesio sono ampiamente utilizzate in diversi settori grazie alle loro proprietà uniche. Tuttavia, è noto che la lega AZ61Mg, una lega di magnesio comunemente utilizzata, ha una scarsa resistenza all'usura, il che ne limita le applicazioni. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno studiato varie tecniche di trattamento superficiale, incluso il metodo Abbott Firestone, per migliorare la resistenza all’usura di questa lega. Questo studio utilizza la metodologia della superficie di risposta (RSM) per esaminare gli effetti della pressione e della velocità sul comportamento di usura e sulle zone Abbott Firestone della lega AZ61Mg. Tre livelli di pressione (0,01, 0,015 e 0,02 MPa) e velocità (0,57, 0,76 e 0,95 m/s) vengono utilizzati per condurre prove di usura da scorrimento a secco a temperatura ambiente utilizzando un metodo pin-on-disc con una tecnica di progettazione sperimentale ( EDT). L'analisi della varianza ANOVA viene utilizzata per identificare la relazione tra i parametri di input (pressione e velocità) e le risposte (tasso di usura, parametro di rugosità superficiale Rz e zone Abbott Firestone) della lega AZ61Mg. I modelli ottimizzati per il tasso di usura e le zone Abbott Firestone hanno prodotto stime accurate, che possono migliorare il rapporto costo-efficacia e l'efficienza. I risultati indicano che la pressione e la velocità influenzano significativamente il comportamento all’usura della lega AZ61Mg.

I metalli leggeri con eccellenti proprietà meccaniche sono attualmente allo studio come potenziale soluzione alla crisi energetica nei settori automobilistico e aerospaziale. Il magnesio (Mg) sta guadagnando popolarità tra ricercatori e scienziati di tutto il mondo come uno dei metalli leggeri più promettenti. Il magnesio è il metallo strutturale più leggero. In generale, il Mg ha buone qualità, come elevata bassa densità, capacità di smorzamento e buona stabilità dimensionale1,2,3. La struttura reticolare esagonale delle leghe di magnesio influisce notevolmente sulle loro caratteristiche di base. I metalli a reticolo esagonale hanno una deformazione plastica più sofisticata rispetto ai metalli a reticolo cubico. Poiché i requisiti per gli elementi fabbricati sono in costante aumento, è ragionevole sforzarsi di migliorare la qualità delle parti prodotte. La struttura della superficie è l'indicatore più comunemente utilizzato della qualità della superficie4.

La Figura 1 rappresenta le modalità di deformazione più comuni nella struttura cristallina del Mg, che includono lo scorrimento delle dislocazioni e i piani di gemellaggio. Nel Mg esistono due tipi di sistemi di scorrimento: sistemi di scorrimento basali e non basali (che includono sistemi di scorrimento prismatici e piramidali)5. Il gemellaggio a tensione (come 1012 [1011]) e il gemellaggio a compressione (come 1011 [1012]) sono le modalità di gemellaggio più comuni in Mg, poiché ospitano rispettivamente treni di trazione e di compressione lungo l'asse c.

Modalità di deformazione comuni nel Mg: scivolamenti di dislocazione (a sinistra); modalità di gemellaggio (a destra)5.

Sebbene il Mg abbia più sistemi di scorrimento dell’Al, la sua duttilità è ancora inferiore, soprattutto a temperatura ambiente.

Sebbene le leghe di magnesio (Mg) siano i metalli strutturali più leggeri, la loro struttura cristallina esagonale compattata le rende difficili da deformare alle basse temperature. Per migliorare la lavorabilità a caldo, le barbottine non basali possono essere attivate ad alte temperature durante le procedure di lavorazione dei metalli in lega di Mg3,6.

La struttura della superficie è l'indicatore più comunemente utilizzato della qualità della superficie. Tuttavia, le indagini scientifiche hanno esaminato solo i parametri di rugosità superficiale 2D della superficie per valutarne le condizioni post-lavorazione. Inoltre, Ra (deviazione media aritmetica del profilo) e Rz sono i due parametri di rugosità più frequentemente utilizzati (l'altezza della cuspide del profilo). Per maggiore sicurezza, nella descrizione2 dovrebbe essere fornita una più ampia varietà di parametri di rugosità della superficie 2D e dell'area 3D.

La curva Abbott Firestone è uno strumento che può essere utilizzato per caratterizzare le superfici iniziali e usurate dei materiali. È più preciso della rugosità superficiale (Ra) nel catturare i cambiamenti che si verificano durante l'usura. La curva può essere utilizzata per valutare l'impatto di processi sinergici, come quelli tribologici, e per prevedere la probabilità di futuri cambiamenti alla superficie7,8.