Superleghe: difficili… ma possibili!

I tipi di superleghe con i principali elementi presenti.

Sono difficili da lavorare, ma offrono indubbi vantaggi per la loro leggerezza, durezza e resistenza, in particolare alle alte temperature. Sono le superleghe.

Superlega. Un termine evocativo, che ricorda il supereroe, cioè qualcosa al di sopra del normale, come in effetti è: la superlega supera il comune concetto di lega, per arrivare a materiale con particolari proprietà e caratteristiche, in grado di soddisfare anche le più esasperate esigenze. In realtà non si tratta di un materiale, ma di più famiglie di materiali, ognuna con caratteristiche ben precise e con specifici campi di applicazione, tutte accomunate dalla difficoltà ad essere lavorate per asportazione di truciolo.

Di fatto, il termine superlega nasce alla fine della Seconda Guerra Mondiale per designare un gruppo di leghe studiate e messe a punto per impieghi nei turbocompressori e nelle turbine dei motori aerei, caratterizzate da alte prestazioni ad elevate temperature, per periodi di tempo prolungati. Infatti un componente che dovesse lavorare in ambiente aggressivo e ad alta temperatura, trovava (e trova) fortemente limitante l’uso delle classiche leghe, motivo per cui, nel tempo, si è resa indispensabile la ricerca di nuovi materiali capaci di mantenere l’integrità chimico-fisica e le caratteristiche meccaniche, anche in condizioni estreme. E’ nata così la superlega!

Le superleghe, note anche come HRSA (Heat Resistant Super Alloys), sono oggi utilizzate con successo nei settori aeronautico e aerospaziale, permettendo un notevole miglioramento delle prestazioni e superando limiti un tempo ritenuti invalicabili, rispettando al contempo le moderne esigenze di contenimento dei pesi. Dagli anni ’70 ad oggi nel settore aerospace si è passati da una forte presenza di acciai austenitici ad un crescente utilizzo di leghe di titanio e HRSA con proprietà specifiche superiori, migliore resistenza alla corrosione, all’erosione e all’usura. In particolare, le superleghe sembrano rappresentare il miglior compromesso fra proprietà meccaniche ad alta e bassa temperatura, resistenza a fatica meccanica e termica, resistenza al creep, all’ossidazione e alla corrosione.

Le superleghe sono realizzate con meccanismi di indurimento della matrice o per precipitazione, e possono essere ricondotte principalmente a tre macro-famiglie, che si differenziano per l’elemento in lega a più alto tenore:
• superleghe base nichel,
• superleghe base ferro
• superleghe base cobalto.

Generalmente, le leghe a base nichel vengono impiegate alle temperature più alte, seguite dalle leghe a base cobalto e infine quelle a base ferro.

Le proprietà fisiche e il comportamento nella lavorazione delle diverse leghe varia considerevolmente, sia a causa della natura chimica della lega che stessa che del relativo trattamento metallurgico che ricevono durante la fabbricazione.

La lavorazione all’utensile

Le superleghe presentano caratteristiche che, in vari modi, attraggono e soddisfano il progettista, ma possono presentare delle criticità in lavorazione, criticità che possono ricondursi all’elevata resistenza dei materiali anche ad alta temperatura, all’incrudimento durante la lavorazione, alla presenza di carburi e composti intermetallici fortemente abrasivi, alla bassa conducibilità termica e alla tendenza dei trucioli a saldarsi sulle facce dell’utensile. Questo vale in linea generale, ma si declina in maniera diversa a seconda della lega.

Vale la pena ricordare come bassa conducibilità termica significhi elevato assorbimento di calore da parte dell’utensile che si trova così a dover sopportare severe sollecitazioni sia termiche che meccaniche. Se aumenta la velocità di taglio, che, in linea generale, significa aumento della produttività, diventa indispensabile l’impiego di utensili che abbiamo una temperatura max di lavoro il più alta possibile, oltre che elevata durezza e resistenza all’usura. In linea generale, i parametri tecnologici devono essere tali da contenere lo sfregamento dell’utensile, mentre utensili molto affilati, con angoli di spoglia positivi, aiutano la lavorazione, anche se resta l’importanza dello studio di nuove geometrie e nuovi coating che permettano di superare le criticità legate all’utensile.

Ma la questione “difficili da lavorare” non è legata all’utensile, almeno non in senso stretto: e se, date le condizioni di lavoro, l’utensile tendesse a sfilarsi dal portautensile?

 

 

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