Studio della shell zone di billette in lega di alluminio ottenute mediante direct-chill casting con impiego di matrici hot-top innovative = Study of the Shell Zone of Aluminum Alloy Billets Obtained by Direct-Chill Casting Employing Innovative Hot-Top Molds

Il processo di direct-chill casting (DCC) che impiega lingottiere hot-top è una tecnica diffusa per la produzione di leghe di Al. Nella produzione moderna, il focus sul miglioramento della resa del processo produttivo ha spinto i produttori di attrezzature a ridurre al minimo la shell zone che si forma durante la solidificazione. La shell zone è caratterizzata da una microstruttura fine, da segregazione e da un alto rischio di inclusioni di gas e altri difetti. Questo studio analizza sistematicamente l'influenza dei parametri chiave sulle caratteristiche della shell zone. Tra questi: il design del sistema di raffreddamento, la velocità di colata, la posizione della zona di transizione liquido-solido e la geometria della lingottiera. L'obiettivo è stato quello di identificare la combinazione ottimale di parametri per ridurre al minimo lo spessore della shell zone, contribuendo allo sviluppo di lingottiere hot-top innovative. Le prove di colata sono state condotte in un impianto di produzione industriale utilizzando la lega AW 6082, rilevante dal punto di vista commerciale. La caratterizzazione microstrutturale, effettuata mediante microscopia ottica ed elettronica, ha confermato la velocità di colata come parametro maggiormente influente sulla riduzione lo spessore della shell zone. Inoltre, anche le variazioni nella geometria della lingottiera hanno avuto un impatto non trascurabile. Quest'ultimo risultato ha aperto alla considerazione dell’utilizzo di simulazioni termo-fluidodinamiche nelle future indagini relative a questo progetto.

The direct-chill casting (DCC) process with hot-top molds is a widespread technique for the production of Al alloys. In modern manufacturing, the emphasis on improving process yield has driven equipment manufacturers to minimize the shell zone that forms during the solidification process. The shell zone is characterized by a fine microstructure, segregation, and a high risk of gas inclusions and other defects. This study systematically investigates the influence of several key parameters on the characteristics of the shell zone. In particular, the design of the cooling system, casting speed, the position of the liquid-solid transition zone, and mold geometry, were investigated. The aim was to identify the optimal combination of parameters for minimizing the shell zone's thickness, thereby contributing to the development of innovative hot-top molds. Casting tests were conducted in an industrial production plant using the AW 6082 alloy. Microstructural characterization, performed with optical and electron microscopy, confirmed that casting speed is the most influential parameter for reducing the shell zone's thickness. Furthermore, variations in mold geometry also had a significant impact. This latter finding highlights the potential for using thermo-fluid dynamic simulations in future investigations related to this project.