Che cosa sono HRSA e titanio ISO S?

  • Il gruppo ISO S può essere diviso in superleghe resistenti al calore (HRSA) e titanio
  • Le superleghe HRSA possono essere divise in tre gruppi: leghe a base di nichel, di ferro e di cobalto
  • Condizioni: ricotte, sottoposte a trattamento termico per solubilizzazione, invecchiate, laminate, forgiate, fuse
  • Caratteristiche: il maggiore tenore di lega (Co più che Ni) aumenta la resistenza al calore, alla trazione e alla corrosione

Lavorabilità in generale

  • Le caratteristiche fisiche e il comportamento in lavorazione delle singole tipologie varia notevolmente, in relazione alla natura chimica della lega e ai processi metallurgici specifici a cui il materiale viene sottoposto in fase di fabbricazione
  • La ricottura e l’invecchiamento influiscono molto sulle caratteristiche di lavorazione successive
  • Controllo truciolo difficile (trucioli segmentati)
  • Forza di taglio specifica: 2400-3100 N/mm² per le HRSA e 1300-1400 N/mm² per il titanio
  • Forze di taglio e potenza sono piuttosto alte

Invecchiamento

Per ottenere una maggiore resistenza, le leghe resistenti al calore possono essere “indurite per precipitazione”.

Trattando il materiale a temperature elevate, ossia sottoponendolo a invecchiamento, le particelle intermetalliche piccole precipitano nella lega. Queste particelle inibiscono gli spostamenti della struttura cristallina e, conseguentemente, la struttura si deformerà con maggiore difficoltà.

Ulteriore classificazione

Dal punto di vista della lavorabilità, le leghe HRSA sono classificate in materiali a base di ferro, nichel e cobalto. Il gruppo del titanio è ulteriormente suddiviso in commercialmente puro, leghe alfa, leghe quasi-alfa, leghe alfa/beta e leghe beta.

Materiali HRSA – S 1.0-3.0

Definizione

Materiali con un’elevata resistenza alla corrosione che mantengono la loro durezza e resistenza alle alte temperature. Il materiale viene utilizzato fino a temperature di 1000 °C e viene indurito con un processo di invecchiamento.

  • La versione a base di nichel è quella più utilizzata: rappresenta più del 50% del peso del motore di un aeroplano. Tra i materiali induriti per precipitazione figurano: Inconel 718, 706 Waspalloy, Udimet 720. Tra i materiali induriti per solubilizzazione (non temprabili) figura l’Inconel 625
  • I materiali a base di ferro derivano dagli acciai inossidabili austenitici e sono quelli che presentano la minore resistenza al calore: Inconel 909, Greek Ascolloy e A286
  • I materiali a base di cobalto assicurano livelli superiori di prestazioni a caldo e resistenza alla corrosione e vengono utilizzati soprattutto nell’industria medicale: Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10), Stellite 21, 31
  • Principali elementi leganti dei materiali HRSA:

Ni: stabilizza la struttura metallica e le caratteristiche del materiale alle alte temperature
Co, Mo, W: aumentano la resistenza a temperature elevate
Cr, Al, Si: migliorano la resistenza all’ossidazione e alla corrosione ad alta temperatura
C: aumenta la resistenza allo scorrimento viscoso

​Componenti comuni

Motori aerospaziali e turbine a gas nei settori della combustione e delle turbine, applicazioni marittime Oil and Gas, impianti mediali, applicazioni con un’elevata resistenza alla corrosione.

Lavorabilità

La lavorabilità delle leghe HRSA diminuisce progressivamente nella seguente sequenza: materiali a base di ferro, materiali a base di nichel e materiali a base di cobalto. Tutti i materiali hanno un’elevata resistenza alle alte temperature e producono trucioli segmentati durante il taglio, determinando elevate forze di taglio dinamiche.

La scarsa conducibilità termica e l’elevata durezza producono alte temperature durante la lavorazione. La notevole resistenza, la tendenza all’incrudimento e all’indurimento per adesione determinano fenomeni di usura ad intaglio alla massima profondità di taglio e condizioni di forte abrasività per il tagliente.

Per garantire una buona resistenza alla deformazione plastica, le qualità di metallo duro dovrebbero essere caratterizzate da una buona tenacità del tagliente e da una buona adesione del rivestimento al substrato. In generale, si consiglia di utilizzare inserti con un angolo di registrazione grande (inserti rotondi) e di scegliere inserti con geometria positiva. A seconda dell’applicazione, nelle operazioni di tornitura e fresatura è possibile utilizzare qualità ceramiche.

 Titanio – S 4.1-4.4

Definizione

Le leghe di titanio possono essere suddivise in quattro classi, a seconda della struttura e degli elementi leganti presenti.

  • Titanio non trattato, commercialmente puro
  • Leghe alfa – con aggiunta di Al, O e/o N
  • Leghe beta – aggiunta di Mb, Fe, V, Cr e/o Mn
  • Leghe miste α+β, in cui è presente una combinazione di entrambe le classi

Le leghe α+β miste, come il tipo Ti-6Al-4V, oggi sono le leghe di titanio più utilizzate e trovano impiego principalmente nell’industria aerospaziale ma anche per applicazioni generiche. Il titanio è caratterizzato da un alto rapporto resistenza/peso, con un’eccellente resistenza a corrosione al 60% della densità dell’acciaio. Ciò consente di progettare componenti con pareti più sottili.

​Componenti comuni

Le leghe al titanio possono essere utilizzate in ambienti molto gravosi, in cui gli altri materiali da costruzione potrebbero essere soggetti a forti fenomeni di corrosione. Questa caratteristica è dovuta all’ossido di titanio, TiO2, che è molto resistente e ricopre le superfici con uno strato dello spessore di circa 0.01 mm. Se lo strato di ossido di titanio viene danneggiato ed è presente dell’ossigeno, il titanio ricrea immediatamente l’ossido di titanio. Questi materiali sono adatti per scambiatori di calore, attrezzature per impianti di desalinizzazione, componenti di motori a reazione, carrelli di atterraggio e componenti strutturali dei telai aerospaziali.

Lavorabilità

La lavorabilità del titanio è scarsa rispetto agli acciai di tipo generico e agli acciai inossidabili e ciò richiede utensili da taglio con requisiti specifici. Il titanio ha una scarsa conducibilità termica e mantiene la sua resistenza alle alte temperature, generando forze di taglio elevate e calore in corrispondenza del tagliente. I trucioli sottili e molto spezzettati, con tendenza ad escoriare la superficie lavorata, creano un’area di contatto sottile sul petto dell’inserto, generando forze di taglio concentrate in prossimità del tagliente. Con velocità di taglio troppo alte si produce una reazione chimica tra truciolo e materiale da taglio che può causare improvvise scheggiature/rotture dell’inserto. Gli utensili da taglio devono essere realizzati in materiali con buona durezza a caldo e basso tenore di cobalto e non devono reagire con il titanio. Generalmente, si utilizza metallo duro non rivestito a grana fine. Scegliere una geometria positiva/aperta con buona tenacità del tagliente.