L’effetto della microstruttura sul comportamento delle superleghe
Le superleghe rappresentano combinazioni di metalli con resistenza e prestazioni termiche elevate, il che le rende adatte per le strutture che subiscono sollecitazioni meccaniche e termiche. In particolare, le superleghe a base di nichel (Ni) sono diventate indispensabili per le pale delle turbine e i dischi presenti nella parte più calda dei motori aeronautici. Tali materiali trovano applicazione anche per veicoli spaziali e reattori nucleari. Grazie ai finanziamenti dell’UE, il progetto MICROMECH (Microstructure based material mechanical models for superalloys) ha sviluppato un modello computazionale multiscala per superleghe policristalline a base Ni ottenute mediante fusione e forgiatura. Tale modello descrive i meccanismi di deformazione e guasto come anche caratteristiche microstrutturali e difetti. In particolare, il modello MICROMECH incorpora informazioni strutturali a partire dal livello dei monocristalli e policristalli sulla scala dei micron, fino ai componenti e campioni policristallini. Esso descrive gli effetti della temperatura su resistenza a trazione, fatica, propagazione delle cricche e scorrimento, sulla base di proprietà microstrutturali come per esempio spessore dei grani e condizioni superficiali. Lo strumento di base per la predizione delle proprietà meccaniche relative ai campioni policristallini è dato da modelli agli elementi finiti di elementi con volume rappresentativo della loro microstruttura. I modelli di plasticità del cristallo sono utilizzati per simulare il comportamento dei micropilastri all’interno dei grani. Per sviluppare tali modelli, i ricercatori fanno affidamento sui dati ottenuti con prove di micromeccanica in relazione a cristalli singoli e bicristalli macinati, partendo da campioni policristallini. I dettagliati test micromeccanici hanno portato a un modello multi-scala realistico e preciso in grado di prevedere le proprietà meccaniche dei campioni utilizzati nella progettazione dei componenti. Il modello sviluppato può prevedere la durata a fatica, in qualsiasi condizione di prova, delle leghe In718, in funzione di microstruttura, temperatura e tensione applicata. Nelle mani degli ingegneri, il modello MICROMECH intende garantire il miglioramento delle strutture di superlega a base di nichel con importanti benefici aggiuntivi relativi a costi, sostenibilità ambientale e leadership tecnologica europea.
Parole chiave
Microstruttura, superlega, modello computazionale, MICROMECH, policristallino
