I produttori di utensili puntano sulle leghe resistenti

Jan 24, 2024

Le superleghe resistenti al calore (HRSA) sono leghe a base di nichel e cobalto apprezzate per applicazioni che richiedono robustezza, resistenza alla corrosione e all'ossidazione e resistenza all'usura da contatto necessaria a temperature estremamente elevate.

"[Vediamo] HRSA come tutte le leghe a base di nichel e cobalto che sfruttano l'anomalia della resistenza allo snervamento", ha osservato Alex Minich, ingegnere applicativo presso il produttore di utensili Greenleaf Corp., Saegertown, Pennsylvania. Si riferisce a quando la resistenza allo snervamento aumenta con la temperatura , contrariamente alla maggior parte dei materiali che diventano più morbidi quando diventano più caldi o diminuiscono la resistenza allo snervamento. Sembra essere un'anomalia, da qui il nome.

La stessa resistenza al calore (e l'aumento del carico di snervamento con la temperatura) che rende le HRSA desiderabili per tali applicazioni è ciò che le rende difficili da lavorare. Ecco le ultime novità su come i produttori di utensili da taglio stanno semplificando il lavoro.

Probabilmente l'applicazione più importante delle HRSA è il loro utilizzo nell'industria aerospaziale e della difesa, sotto forma di componenti per motori a turbina utilizzati in jet, razzi e missili. Tuttavia, i materiali sono ampiamente utilizzati anche nell’industria del petrolio e del gas. "Petrolio, gas e loro derivati ​​e qualsiasi altra cosa corrosiva e abrasiva che deve essere immagazzinata, lavorata o trasportata ad alta pressione e temperatura tendono a richiedere la forza e la resistenza alla corrosione a temperature elevate che solo le leghe a base di Ni possono offrire, "disse Minich.

Alcune HRSA vengono utilizzate anche nella produzione di dispositivi medici, non necessariamente per la resistenza al calore ma per la biocompatibilità, nonché per le proprietà di resistenza, rigidità e resistenza alla corrosione.

Minich ha inoltre osservato che non tutte le leghe chiamate HRSA soddisfano effettivamente i requisiti. "Alcuni considererebbero il Jethete M152 un HRSA, ma ai nostri occhi è solo un acciaio inossidabile martensitico a basso tenore di carbonio", ha affermato. "La maggior parte considererebbe anche molte leghe a base di titanio come HRSA, perché molte leghe a base di titanio ricche di alfa sono progettate per il servizio a temperature elevate." Le vere HRSA sono solo quelle leghe a base di nichel e cobalto che sfruttano l'anomalia della resistenza allo snervamento, ha affermato.

Sebbene esistano diversi tipi di HRSA, tutti condividono una grande "sfida in termini di chip". Nel taglio standard dei metalli, il materiale viene rimosso sotto forma di trucioli che vengono evacuati in modo efficiente dalla zona di taglio, portando con sé gran parte del calore generato dal processo di taglio, secondo Bill Durow, project manager globale di ingegneria per il settore aerospaziale presso Sandvik Coromant. , Mebane, Carolina del Nord

"Quando tagli un pezzo di acciaio, ad esempio, è bello e brillante, ma se guardi i trucioli dopo, vedrai che sono diventati blu scuro a causa del calore che hanno assorbito dal taglio del metallo. processo", ha detto. Ma con i materiali resistenti al calore ciò non accade. Invece di essere assorbito dai trucioli ed evacuato con essi, il calore generato dall'attrito spesso rimane all'interno del processo. "In genere, circa l'80% del calore rimane proprio nella zona di taglio", ha detto Durow. "Ritorna nell'inserto, il che, se ci pensi, non è una buona situazione per l'inserto."

C'è un'altra differenza tra i trucioli di acciai standard e quelli formati da HRSA. Nelle operazioni di tornitura, i trucioli di acciaio standard si staccano con dimensioni e forma che consentono loro di essere facilmente rimossi dalla zona di taglio. Non è così quando si trasformano le HRSA. "Quando si trasformano materiali in nichel, non piace rompere un truciolo", ha detto Durow. Invece, "otterrai queste lunghe traverse. Il chip può effettivamente avvolgersi attorno al tuo strumento. Peggio ancora, può avvolgersi attorno al pezzo in lavorazione e danneggiarlo." Non è una buona situazione quando si realizzano, ad esempio, parti critiche del motore.

Secondo Durow, una soluzione è dirigere il refrigerante ad alta pressione nella zona di taglio, a pressioni fino a 100 bar (1.400 psi) per eliminare il truciolo. "Si tratta di molto di più che semplicemente spruzzare acqua attorno alla zona di taglio", ha affermato. "Disponiamo di ugelli che dirigono con precisione il refrigerante ad alta pressione nella zona di taglio, creando un cuneo idraulico che spinge il truciolo sopra l'inserto, sostanzialmente piegandolo indietro per romperlo."