Case history: braccio sospensione ADI-acciaio

Esempio giunzione saldata tra ghisa sferoidale austemperata (EN-JS-1050) e acciaio da costruzione (42CrMo4 Q&T)

In questo case history descriviamo un braccio sospensione ottenuto tramite giunzione saldata tra ghisa sferoidale austemperata (EN-JS-1050) e acciaio da costruzione (42CrMo4 Q&T) per il nostro cliente Streparava. Il braccio sospensione viene generalmente utilizzato per veicoli del settore automotive e, in particolare, rappresenta un elemento chiave per il sistema di sospensione anteriore.

Caratteristiche dell’applicazione e benefici del braccio sospensione ibrido ADI-acciaio

Il braccio sospensione viene definito ibrido per la particolare giunzione tramite saldatura di due materiali diversi tra loro e che, tipicamente, non vengono giunti con questo processo. Alla struttura del braccio in ADI1050 è stato infatti saldato un perno in acciaio 42CrMo4+Q&T, necessario per ancorare il sistema di sospensione al telaio di una Top Car di alta gamma.

Il cliente finale ha aperto alla possibilità di cambiare tecnologia e processo produttivo per ottenere, in primis, una riduzione dei costi, che in precedenza erano elevati a causa di una complessa supply chain e per la complessità realizzativa della geometria del componente tramite forgiatura. Il cliente puntava, inoltre, a ottenere un componente più leggero per ridurre l’impatto a livello di consumi e di emissioni a parità di requisiti strutturali.

Oltre ai benefici sopra descritti, la soluzione ibrida ADI-Acciaio ha permesso di rispettare anche i requisiti di sicurezza richiesti per questo tipo di applicazione.

Il componente di partenza era un forgiato monolitico in acciaio 38MnVS6 e lavorato. Grazie alla sperimentazione condotta insieme all’Università di Padova e all’Istituto Italiano della saldatura di Genova su giunti ibridi saldati, collegata alla messa a punto del processo di saldatura ibrida, è stato possibile definire dei nuovi strumenti di progettazione idonei per realizzare un nuovo braccio sospensione ibrido ADI-acciaio (figura 1).

Braccio fuso in EN-JS/1050-6 EN-1564 | EN-JS/1050-6 EN-1564 cast arm | Arm gegossen aus EN-JS/1050-6 EN-1564

Figura 1

Materiale di partenza 38MnVS6+Q&T per soluzione in forgiato

Materiale

Rp0,2

Limite di Fatica
σAG; PS50%

38MnVS6

550 MPa

850 MPa

Minore di 30

≈380

Provetta colata a parte – In accordo alla DIN EN 10267

Soluzione nuova ibrida saldata getto in ghisa EN-JS/1050-6 e perno forgiato in 42CrMo4 Q&T

Materiale

Rp0,2

Limite di Fatica
σAG; PS50%

EN-JS/1050-6 EN-1564

700 MPa

1050 MPa

320-380

440

42CrMo4 Q&T UNI-EN-10083

650 MPa

900-1100 MPa

12%

≈300

430

Provetta colata a parte – Spessore <30mm

I vantaggi della ghisa austemperata ADI per un braccio sospensione destinato al settore automotive

L’utilizzo della ghisa sferoidale austemperata ha permesso l’adozione di geometrie ancor più complesse di quelle dell’originale forgiato, massimizzando lo sfruttamento del materiale in rapporto ai volumi di progetto disponibili (net-to-shape, caratteristica tipica dei getti in ghisa), realizzando anche finestre e aperture di alleggerimento grazie al processo di fusione in ghisa.

Figura 2

Considerando anche il minor peso specifico della ghisa (circa il 10% inferiore a quello dell’acciaio), il componente ha ottenuto una intrinseca riduzione di peso a parità di requisiti di esercizio, che nel complesso, ha permesso di ottenere un saving di peso complessivo dai precedenti 12 kg ai nuovi 10,5 kg.

L’unico item che per ragioni di sicurezza è rimasto in acciaio è il perno che consente di vincolare il braccio a telaio.

La soluzione ibrida ADI-Acciaio ha superato tutti i testi di banco previsti per la validazione del componente.

Ad oggi la versione prototipale utilizzata per la dimostrazione tecnologica di fattibilità ha visto coinvolti 4 partner, quella di serie potrebbe potenzialmente coinvolgere solo Zanardi Fonderie S.p.a e Streparava.

Confronto tra acciaio e ghisa: l’unione di competenze per i prototipi del braccio sospensione ibrido

Per la realizzazione dei prototipi del braccio sospensione ADI-acciaio per il settore automotive, Zanardi Fonderie ha coinvolto fin da subito le Fonderie Baraldi s.r.l. di Montagnana per la realizzazione del componente as-cast.

I prototipi sono stati quindi sottoposti a trattamento di austempering per l’ottenimento del grado ADI richiesto da parte di Zanardi Fonderie S.p.a.

Successivamente, il cliente, Streparava S.p.A., proprietaria del progetto, ha eseguito autonomamente tutte le lavorazioni meccaniche previste e il piantaggio del perno, con adeguata interferenza, nella relativa sede ricavata sul braccio stesso, nonché le successive prove di fatica meccanica per la validazione del componente.

Infine, Costruzioni Generali s.r.l., dopo alcuni test di verifica dei parametri di saldatura riportati in tabella 2, ha realizzato il giunto ibrido saldato ad angolo a parziale penetrazione per garantire l’inamovibilità del collegamento con ridondanza.