Case History: Braccio sospensione inferiore in ADI900-8

Braccio sospensione per camion in ghisa austemperata ADI

Braccio sospensione inferiore in ADI900-8: l’alternativa all’acciaio forgiato per ottenere un componente più leggero, resistente e performante

Questo case history descrive la realizzazione di un braccio sospensione inferiore in ghisa austemperata ADI900-8.

Tradizionalmente, i produttori di sistemi di sospensione ruota, come il nostro cliente, progettano bracci sospensione inferiore di questo tipo in acciaio forgiato (42CrMo4 Q&T) che risulta essere un materiale molto più noto tra i progettisti. Il nostro cliente, a dispetto di tutto quello che “di solito si fa”, ha deciso di progettare fin dal principio questo braccio sospensione oscillante in ghisa sferoidale austemperata ADI900-8 sfruttandone appieno le caratteristiche, meccaniche e produttive, senza quindi prendere in considerazione l’acciaio forgiato.

Applicazioni industriali di un braccio sospensione

Il braccio sospensione oscillante ha la funzione di ammortizzare gli urti e le accelerazioni che arrivano al veicolo durante la marcia, aumentando il comfort della guida e garantendo sicurezza per i passeggeri.

Può essere utilizzato su camion, autobus, veicoli industriali o veicoli speciali con portata superiore alle 9 tonnellate per assale. Realizzarlo in ghisa ADI, anziché in acciaio forgiato, permette di compattare gli ingombri, ridurre il peso del veicolo e aumentarne la portata garantendo al veicolo una vita utile più lunga.

Secondo il Consolidated Resolution on the Construction of Vehicles (R.E.3), Revisione 6[1], questi veicoli rientrano nelle seguenti macrocategorie: 2.2 M: veicoli per trasporto di persone e 2.3 N: veicoli per trasporto di merci.

Benefici (qualitativi e quantitativi) della ghisa austemperata ADI rispetto all’acciaio nel progetto di un braccio sospensione inferiore

Alleggerimento

La ghisa ADI900 pesa il 10% in meno rispetto all’alternativa all’acciaio forgiato, questo ha permesso di ottimizzare il peso del componente finale

Migliori performance per il veicolo

La soluzione in ghisa ADI ha permesso aumentare la portata del veicolo e di ridurre il consumo delle ruote.

Riduzione del rischio di formatura di cricche

Il rischio che si formino cricche su getti in ADI (possibili inneschi a rottura) durante il trattamento termico di austempering è nullo o comunque inferiore rispetto alle soluzioni in acciaio 42CrMo4 dopo trattamento termico.

Design freedom (forme complesse e precise)

Meno lavorazioni meccaniche richieste per ottenere il prodotto finito e conseguente riduzione dei costi. Il processo di fonderia garantisce una maggior precisione realizzativa per il componente grezzo, con una forma molto prossima al componente lavorato.

Maggiore flessibilità processo produttivo

Il processo di forgiatura richiede lotti produttivi di dimensioni maggiori (pezzi/lotto) mentre il processo di fusione è più flessibile e in grado di realizzare lotto più piccoli e in linea con le richieste del cliente.

Perché scegliere la ghisa ADI per il braccio sospensione inferiore di un camion stradale

In fase di progettazione, il nostro cliente aveva la necessità di realizzare un braccio sospensione inferiore con caratteristiche meccaniche tali da garantire un livello di resistenza a fatica adatta i lunghi cicli di vita a quali doveva essere sottoposto questo tipo componente. Il limite di fatica σAG; PS50% a 430 Mpa dell’ADI900-8 è risultato quindi adeguato.

Questo era il requisito tecnico fondamentale per garantire anche un livello di sicurezza in linea con gli standard richiesti per questa tipologia di applicazione (i bracci di sospensione sono componenti automotive e di sicurezza) e allo stesso tempo un minor consumo delle ruote del veicolo.

Trattandosi di un componente di sicurezza, uno dei fattori che ha guidato il cliente nella scelta della ghisa ADI come materiale per la progettazione del braccio sospensione è stata la necessità di azzerare o comunque minimizzare di formazione di cricche superficiali durante il processo produttivo, questo perché le cricche sono dei naturali inviti a rottura per un componente che deve resistere a fatica come un braccio sospensione.

Con il trattamento termico di austempering, grazie a una tempra in bagno di sali più morbida (1) rispetto alla tempra in acqua o olio a cui sono generalmente sottoposti gli acciai bonificati (2), il livello di tensioni residue indotte è molto basso e questo riduce significativamente il rischio che si formino cricche superficiali rispetto alle soluzioni in acciaio 42CrMo4. Per chi progetta componenti di sicurezza, si tratta di un grande e importante vantaggio progettuale.

1 – Austempering

Tempra isotermica “morbida”: avviene utilizzando come mezzo temprante un bagno di sali liquidi (composto da acqua, nitrati e nitriti) tra i 250 °C e i 400 °C che permettere di rimanere sopra il martensite start e quindi di evitare la formazione di martensite.

2 – Bonifica

Tempra in acqua o in olio: in questi casi il raffreddamento dell’acciaio avviene molto rapidamente, utilizzando come mezzo temprante l’acqua attorno ai 50°C oppure l’olio attorno ai 200°C, in entrambi i casi sotto la temperatura di martensite start, che portano quindi alla formazione di Martensite e al conseguente rischio di formazione di cricche (per questo dopo la tempra segue sempre la fase di rinvenimento).

Materiale utilizzato per il braccio sospensione inferiore prima dell’utilizzo dell’ADI

Tecnologia
Materiale
Rp0,2
Rm
A5
HB
Limite di Fatica
σAG; PS50%
Forgiatura
42CrMo4
1000 MPa
1100 Mpa mini
13%
302
500 MPa

Nuova versione: materiale in ADI900-8

Tecnologia
Materiale
Rp0,2
Rm
A5
HB
Limite di Fatica
σAG; PS50%
Fusione
EN-GJS-900-8 (ADI900-8)
600 MPa
900 MPa
8%
280 - 340
430 MPa
Prova di trazione e di fatica eseguito su provini ricavati da provette colate a parte Ø25 mm. Il limite di fatica sul liscio (R-1) è stato ottenuto testando provini lisci lavorati Ø6,5 mm con il metodo dello Short Stair Case (run out a 5ML di cicli). Nella realtà il pezzo ha un spessore variabile.

Modalità e tecniche costruttive nel confronto tra acciaio forgiato (42CrMo4 Q&T), e ADI900-8

Il braccio sospensione inferiore in ghisa ADI900-8 per camion, descritto in questo case history, pesa circa 47 kg.

Il getto di fonderia in ghisa sferoidale austemperata ADI viene ottenuto su linea orizzontale automatica con terra a verde, per poi essere successivamente sottoposto a trattamento termico di austempering. Infine, dopo il trattamento, si passa alla fase di lavorazione meccanica del getto, necessaria per ottenere il componente finito. La soluzione in ghisa ADI di un braccio oscillante sospensione ruota consente di minimizzare le fasi di lavorazione meccanica, grazie alla libertà progettuale offerta dalla ghisa, che permette di sviluppare un getto grezzo con una morfologia ottimizzata e molto vicina alla forma del componente finito (net-to-shape).

Lo stesso braccio sospensione, di circa 50 kg, si sarebbe potuto ottenere in acciaio forgiato, solo ricorrendo all’utilizzo di una pressa molto potente attraverso quindi un processo di forgiatura molto dispendioso a livello energetico. Inoltre, per ottenere il componente finito di lavorazione meccanica sarebbe poi servita una maggiore asportazione di materiale, visto che, a differenza del getto grezzo di fonderia, un componente forgiato ha una forma grezza dopo forgiatura ancora lontana dalla forma del componente finale dopo lavorazione.

Case History

Casi reali che raccontano la realizzazione dei progetti dei clienti