Le reti neurali per l’analisi acustica possono essere un utile strumento anche per le leghe da fonderia.
In questo lavoro, la resistenza a trazione di un composito a matrice metallica (MCC), un alluminio rinforzato da particelle di carburo silicio (Al-SiC), è stata prevista combinando misure di emissione acustica (AE) con le incredibili potenzialità dell’intelligenza artificiale (AI).
Con questo obbiettivo, sono state pianificate alcune prove di trazione dove il carico è stato progressivamente aumentato fino a portare a rottura i provini. Nel frattempo, alcuni sensori misuravano gli spettri acustici alla ricerca di indicazioni sulla distribuzione e sull’ampiezza degli eventi di rottura. Una rete neurale artificiale (ANN), in regime di autoapprendimento, è stata costruita ed utilizzata per correlare le informazioni. La ANN si è concentrata in successione su tre diversi parametri propri della misura acustica: Frequenza di Evento, Felicity Ratio e Angolo di Salita. In particolare, dei 14 campioni analizzati, 10 sono stati utilizzati per addestrate la ANN, mentre i restanti 4 hanno permesso di validare le previsioni della ANN in termini di resistenza a trazione del materiale. I risultati si sono dimostrati più che soddisfacenti, con errori tra previsioni e realtà sempre inferiori al 5%, evidenziando l’efficacia di AE e ANN nelle previsioni delle proprietà di materiali per quanto complessi.
Benché la lega oggetto delle prove del presente articolo non sia un elemento da fonderia, la procedura (reti neurali) per analisi acustica viene descritta a titolo di esempio, in vista di possibili applicazioni nel caso di leghe specifiche per applicazioni di fonderia.
Carburo di silicio-alluminio
Il Al-SiC è un MMC costituito da una matrice di alluminio, all’interno della quale sono presenti particelle di carburo di silicio, uno speciale materiale ceramico. Queste particelle introducono una elevata quantità di dislocazioni nella struttura dell’alluminio in modo da deformarla, renderla irregolare e, di conseguenza, offrire miglioramenti significativi nella resistenza del materiale. Le parti Al-SiC sono fabbricate in modo quasi diretto, creando una pre-forma in SiC attraverso un processo di stampaggio ad iniezione di un impasto contenente SiC, iniettato in modo da rimuovere il legante e lasciare il solo SiC, infiltrato quindi sotto pressione con alluminio fuso. Le dislocazioni si formano durante il raffreddamento dalle particelle di SiC, a causa del loro diverso coefficiente di dilatazione termica rispetto all’alluminio. Ne risulta un materiale estremamente resistente, ma leggero quanto l’alluminio, denso, senza vuoti, e non facilmente permeabile, eccellente per l’industria aerospaziale, automobilistica come per numerose applicazioni estreme (Tabella 1). Presenta inoltre una elevata conduttività termica, molto utile in ambiti particolare come la microelettronica, con una espansione termica che può essere regolata agevolmente per adattarsi ad accoppiamenti con altri materiali (Tabella 1). L’elevata rigidità e la bassa densità lo rendono perfetto per realizzare elementi sottili e resistenti, come nel caso della produzione di grandi alette per la dissipazione del calore. Al-SiC può essere placcato con nickel e nickel-oro, o con altri metalli mediante spruzzatura termica, migliorarne così le caratteristiche complessive. Inserti addizionali in ceramica oppure in metallo possono essere aggiunti, inseriti direttamente nella pre-forma, prima dell’infiltrazione di alluminio, che provvede poi ad inglobarli in modo ermetico, aggiungendo nuove funzionalità ai componenti nel loro insieme. Grazie a questi processi, le parti possono essere realizzate con tolleranze sufficientemente basse da non richiedere ulteriori lavorazioni semplificando i processi. Ma è anche possibile intervenire in termini di elementi costitutivi. Molte delle proprietà del materiale, compreso la resistenza e la lavorabilità del Al-SiC possono essere modificate in modo marcato intervenendo sulle percentuali degli elementi che costituiscono il composito (Figura 1). Ad esempio, quando viene utilizzato un grado inferiore di contenuto di SiC, le parti possono essere anche direttamente stampate a partire da fogli di Al-SiC, riducendo di molto il costo fino ai 5-10 €/Kg.
Questa stessa versatilità porta con sé il rischio che, a variazioni anche minime nella composizione degli elementi che costituiscono il composito, seguano cambiamenti significativi nelle sue proprietà. Per questo diventa importante disporre di un metodo in grado di prevedere a priori le proprietà fondamentali del materiale. Proprio l’argomento discusso in questo lavoro.
