Electrically Assisted Manufacturing(EAM):Influenza della Corrente Elettrica sulla Deformabilità del Titanio Grado 5

Abstract

Il presente lavoro di tesi indaga l’efficacia della tecnologia Electrically Assisted Manufacturing (EAM) sul Titanio Grado 2. La complessa lavorabilità a freddo di questo materiale, dovuta alla struttura cristallina esagonale compatta (HCP), richiede tradizionalmente riscaldamenti in forno energivori e lenti. La ricerca valuta l’EAM come alternativa sostenibile per abbattere i carichi di formatura e incrementare l’efficienza produttiva. La campagna sperimentale ha previsto prove di trazione monoassiale confrontando tre condizioni: temperatura ambiente (25°C), riscaldamento convettivo in forno (300°C) e assistenza elettrica pulsata (10, 15 e 20 A/mm²). Per garantire il disaccoppiamento degli effetti, i test EAM sono stati condotti con un Duty Cycle del 5,34%, mantenendo una temperatura di picco comparabile a quella del forno. I risultati mostrano una riduzione della tensione di flusso proporzionale alla densità di corrente, raggiungendo a 20 A/mm2 una diminuzione del 53,3%, valore comparabile a quello ottenuto mediante riscaldamento statico, ma conseguito in tempi significativamente più brevi. Tuttavia, è emersa una marcata "anomalia della duttilità": a differenza del forno, l’EAM induce una contrazione dell’allungamento a rottura rispetto alla condizione ambientale. Tale fenomeno conferma la dominanza di una componente atermica legata alla electron wind force, validando i modelli di Conrad e le recenti evidenze di Rudolf et al. Lo studio conferma l’alto potenziale dell’EAM per la manifattura sostenibile di leghe difficili, coniugando riduzione dei carichi e risparmio energetico. Il lavoro è stato svolto nell’ambito del progetto PRIN 2022 "GREENER" in collaborazione con l’Università di Napoli Federico II e il Politecnico di Torino.

This thesis investigates the effectiveness of Electrically Assisted Manufacturing (EAM) on Titanium Grade 2. The Hexagonal Close-Packed (HCP) structure of this material limits its cold workability, traditionally requiring energy-intensive furnace heating. This research explores EAM as a sustainable alternative to reduce forming loads and enhance production efficiency. The experimental campaign involved uniaxial tensile tests comparing three conditions: room temperature (25°C), convective oven heating (300°C), and pulsed electrical assistance (10, 15, and 20 A/mm²). To ensure proper decoupling of effects, EAM tests were performed with a 5.34% Duty Cycle, achieving peak temperatures comparable to the oven conditions. The results demonstrate a reduction in flow stress proportional to current density, reaching a 53.3% decrease at 20 A/mm2, a value comparable to that obtained via static heating, but achieved in significantly shorter times. However, a distinct "ductility anomaly" was observed: unlike oven heating, EAM leads to a decrease in elongation at fracture compared to room temperature. This finding confirms the dominance of an athermal component linked to the electron wind force, validating Conrad’s models and aligning with the observations of Rudolf et al. The study highlights the potential of EAM for the sustainable manufacturing of hard-to-work alloys, balancing operational efficiency and energy savings. The work was conducted within the framework of the PRIN 2022 "GREENER" project in collaboration with the University of Naples Federico II and the Polytechnic of Turin.