Differenze tra Rheocasting e Thixocasting

La colata in semi-solido

Il Rheocasting e il Thixocasting  appartengono alle tecnologie di colata in semi-solido. La colata in semi solido si riferisce alla colata di metallo a temperature minori o uguali a quelle di liquidus cioè di metallo contenente una frazione di nuclei stabili solidificati. Tale frazione riduce la turbolenza del flusso e i tempi di solidificazione e di conseguenza riduce la possibilità di porosità da gas e da ritiro con indubbio miglioramento della qualità del getto. Generalmente la lega viene processata nella regione bifase tra liquidus e solidus, dove solido e liquido coesistono. Nel caso della tecnologia GISS le particelle solide vengono create quando la lega raggiunge una temperatura appena al di sopra della temperatura di liquidus. L’obiettivo, per tutte le tecnologie Rheocasting e Thixocasting, è produrre lo slurry cioè una miscela con particelle solide disperse e sospese nella restante fase liquida. Per una buona processabilità, queste particelle dovrebbero essere non dendritiche; pertanto, globulari o simili a rosette.

Cos'hanno in comune Rheocasting e Thixocasting ?

Il Rheocasting così come il Thixocasting sfruttano le proprietà, cosiddette tixotropiche di metalli preparati con tecniche speciali che, a temperature comprese nell’intervallo di solidificazione, nonostante presentino la consistenza di un solido estremamente plastico, se sollecitate meccanicamente presentano una viscosità vicina a quella del liquido.

La proprietà tixotropica viene conferita al metallo fuso dal tipo di struttura di solidificazione con cui viene prodotta, di tipo globulare : la struttura dendritica in formazione viene continuamente frammentata dall’agitazione fino a quasi completa solidificazione, dando una struttura cristallina molto fina e dall’aspetto rotondeggiante, circondata da una frazione di materiale quasi amorfo di composizione più bassofondente.

Nel normale processo di fusione, i cristalli primari crescono sotto forma di dendriti. Quando il rapporto di fase solida raggiunge circa 0.2, i dendriti formano uno scheletro di rete continua e perdono la loro fluidità macroscopica. Se il metallo liquido viene agitato vigorosamente durante il processo di raffreddamento dalla fase liquida alla fase solida, lo scheletro della rete dendritica che si forma facilmente durante la colata ordinaria verrà rotto per trattenere la struttura granulare dispersa e sospeso nella restante fase liquida. Questa microstruttura granulare non dendritica ha ancora una certa reologia quando il rapporto di fase solida raggiunge 0.5-0.6, in modo che i processi di formatura convenzionali come pressofusione, estrusione, forgiatura a stampo, ecc. possano essere utilizzati per ottenere la formatura del metallo.

Dopo l’iniezione e la solidificazione nello stampo, il materiale manterrà questo tipo di struttura conferendo al getto un’elevata omogeneità e finezza cristallina.

Le differenze tra Rheocasting e Thixocasting

La differenza principale è nel metodo di preparazione dello slurry.
Nel Thixocasting un passaggio intermedio di trasferimento di metallo si rende necessario affinché il semi-solido possa riempire il contenitore e la cavità dello stampo (es. una billetta prefabbricata con struttura non dendritica). Il progetto dello stampo deve essere modificato per permettere il completo riempimento della cavità; di norma, gli attacchi di colata dovranno avere spessore maggiore e la distanza di flusso dovrà essere ridotta.
In generale, nel Thixocasting, in relazione alle basse temperature di riempimento e all’alta viscosità del metallo semi-solido, il processo di colata necessita di modifiche così come il disegno dello stampo deve essere modificato affinché la tecnologia possa essere applicata con successo.
Nel Rheocasting ci sono parecchie metodologie brevettate per produrre lo slurry. La tecnologia GISS utilizza l’iniezione di gas inerte nel fuso direttamente dalla sonda di estrazione del calore ma altre forme di agitazione sono possibili (oltre ai metodi di agitazione meccanica, negli ultimi anni sono stati sviluppati metodi di agitazione elettromagnetica, metodi di caricamento a impulsi elettromagnetici, metodi di agitazione a vibrazione ultrasonica etc.) così come la combinazione tra agitazione meccanica e altri metodi di agitazione.

Scelta della lega:
Il thixocasting utilizza una gamma limitata di leghe appositamente formulate con proprietà specifiche. Il Rheocasting consente una gamma più ampia di leghe, offrendo più opzioni alle fonderie per scegliere la lega in relazione al getto da produrre.

Costi di implementazione:
Il Thixocasting comporta costi iniziali più elevati per l’attrezzatura di produzione delle billette prefabbricate e unità specifiche di termoregolazione.
Il Rheocasting è generalmente più conveniente. Si utilizza direttamente nel metallo fuso, riducendo le attrezzature ausiliarie e semplificando la logistica. Il Rheocasting può essere facilmente implementato all’interno di isole di pressocolata esistenti.

Applicazioni:
Il Thixocasting è ideale per applicazioni che richiedono alta precisione e bassi volumi, come parti automobilistiche e aerospaziali ad alte prestazioni.
Il Rheocasting è molto più simile all’HPDC, consente maggiore efficienza nella selezione della lega e nelle minori (o nulle) richieste di modifica dello stampo. Questo lo rende adatto a tutti i settori della pressocolata come l’auto, l’elettronica e i beni di consumo.