Le dilatazioni termiche nei giunti ibridi acciaio-alluminio in ambito automotive: analisi sperimentale = Thermal expansions in steel-aluminum hybrid joints in the automotive sector: experimental analysis

Nel corso degli anni il settore automobilistico ha subito importanti cambiamenti riguardanti la progettazione e i materiali utilizzati per la produzione dei veicoli. Attualmente, la tendenza dei costruttori di automobili è la realizzazione di veicoli sempre più leggeri e performanti, grazie all’introduzione di nuovi materiali e di nuove tecnologie di giunzione. Tra queste ultime tecnologie vi sono le giunzioni ibride, già presenti da diversi anni nelle automobili di maggiori prestazioni. Con il termine giunzioni ibride si identifica la combinazione delle tecniche di giunzioni tradizionali, come la saldatura o la rivettatura, con le tecniche di incollaggio adesive, in modo da sfruttare i vantaggi di entrambe. Nello specifico, risulta molto interessante la combinazione tra adesivi e rivetti (rivet-bonding) in quanto consente la giunzione di materiali dissimili (plastici, compositi, acciaio alto resistenziali e leghe di alluminio). Ciò permette di raggiungere l’obiettivo ricercato di leggerezza del veicolo, oltre a garantire migliori caratteristiche di resistenza a corrosione, fatica e impatto. Il lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con il Centro Ricerche Fiat (CRF) il quale, tramite il GML (Group Materials Labs), è attivo nella ricerca e studio delle giunzioni ibride. In particolare, una tematica che è stata affrontata negli ultimi anni riguarda l’effetto delle dilatazioni termiche nelle giunzioni alluminio-acciaio. Questo studio si propone, tramite un’analisi sperimentale, di caratterizzare il comportamento delle giunzioni ibride rivet-bonding, quando sottoposte al gradiente di temperatura caratteristico della cottura cataforesi durante il processo di produzione dei veicoli. In tali condizioni di temperatura (superiori ai 160 °C), alluminio e acciaio si dilatano elasticamente in modo differente. Se l’adesivo reticola prima del ritorno elastico delle lamiere, si riscontrano delle dilatazioni le quali possono compromettere la resistenza e la funzionalità delle parti coinvolte. L’analisi sperimentale condotta è stata divisa in due fasi: la caratterizzazione della resistenza a taglio dell’adesivo e la caratterizzazione delle dilatazioni termiche dell’intera giunzione. Le prime prove permettono di valutare la compatibilità dell’adesivo con i materiali coinvolti e i carichi di esercizio. Queste consistono in varie prove di trazione, conformi allo standard aziendale, eseguite su provini costituiti da acciaio DP1000 e alluminio 6000. Le prove sperimentali sono state quindi svolte su tre tipologie di adesivi, sotto varie condizioni di trazione e con diverse categorie di invecchiamento dei provini. La seconda tipologia di prove, invece, permette la valutazione delle dilatazioni termiche nell’intero giunto ibrido. Le sperimentazioni consistono in una serie di misurazioni, effettuate prima e dopo la cottura dei provini. I campioni sono stati realizzati con la sovrapposizione di tre profilati in alluminio e acciaio, di spessore 1.3-1.6 mm e 1.2 mm. L’adesivo è stato applicato in modo continuo nelle zone di interfaccia, successivamente vi sono stati applicati dei rivetti. In definitiva, il lavoro svolto ha lo scopo di individuare la migliore configurazione per evitare la presenza di dilatazioni termiche residue e di definire le linee guida per la progettazione dei giunti ibridi.