Le leghe in alluminiuro di titanio per componenti di aeromobili consentono enormi riduzioni del peso
Solo nel 2016, l’aviazione ha rappresentato il 3,6 % delle emissioni di gas serra dell’UE-28 e si prevede che il numero di voli incrementerà del 42 % dal 2017 al 2040. Ridurre il peso dei velivoli è un modo importante di aumentare l’efficienza e diminuire l’impatto ambientale. Il progetto MMTech, finanziato dall’UE, si è prefisso di ridurre il costo e migliorare le prestazioni dei componenti aerospaziali leggeri in gamma-alluminuro di titanio (γ-TiAl) per favorirne l’adozione.
Aspettative elevate
Secondo il vice coordinatore del progetto, la dott.ssa Rosemary Gault, «I nostri obiettivi chiave erano ridurre i costi e i tempi necessari per produrre componenti in γ-TiAl del 45 %, diminuire i costi di manutenzione dei componenti aerospaziali dell’8 %, estendere la loro durata di servizio del 15 %, dimezzare il loro peso e ridurre la quantità di materie prime utilizzate del 20 %». Le leghe in γ-TiAl sono più leggere e più resistenti alla corrosione delle loro controparti convenzionali in nichel e registrano buone prestazioni a temperature e pressioni elevate. Tuttavia, la loro estrema fragilità a temperatura ambiente ne ha reso la fabbricazione impegnativa. Il progetto MMTech era determinato a trovare una soluzione a tale problema.
Superare gli ostacoli per ottenere una vasta gamma di vantaggi
MMTech ha sviluppato innovative polveri a basso costo da utilizzare nei processi di produzione additiva (AM, additive manufacturing). Ciononostante, sebbene le polveri a basso costo macinate con mulino a biglie ad alta energia (HEBM, high-energy ball-milled) abbiano dimostrato di funzionare su macchine a letto di polvere, hanno originato parti con una maggiore porosità e crepe sulla macchina per la polvere spazzata utilizzata nel progetto. «All’avvio del progetto avevamo individuato i rischi che potevamo incontrare e predisposto buoni di piani di mitigazione. Quando una delle tecnologie non ha prodotto i risultati attesi, gli altri partner si sono tutti mobilitati e hanno compiuto molti sforzi e ricerche aggiuntivi per aiutarci a raggiungere i nostri obiettivi», ricorda Gault. MMTech ha sostenuto ricerche sulla lavorazione, conducendo lavori su diverse macchine per la produzione additiva e supportandoli con modelli multi-scala della catena di processo. Ciò ha portato alla definizione di una nuova architettura delle macchine, sviluppata per depositare il nuovo materiale in modo affidabile. Inoltre, i ricercatori hanno migliorato i processi di lavorazione grazie all’impiego dello smorzamento attivo e passivo nel corso degli stessi e allo sviluppo di geometrie per lo strumento di macinazione su misura e dei migliori parametri ( velocità e avanzamento di taglio, rivestimenti dello strumento, strategie di lubrificazione) per la lavorazione.
Fornire risultati
Le tecnologie sono state dimostrate in una pala generica aerospaziale, una flangia dello scarico per automobile e una girante di una turbina (utilizzata per ridurre la pressione e il flusso del fluido) per un sovralimentatore per aeromobile elettrico. In tutti e tre i casi di studio, γ-TiAl ha diminuito il peso dei componenti di circa il 45 %, esercitando senza dubbio un importante impatto sul consumo di combustibile. L’impresa Boeing ha indicato che un risparmio sul combustibile pari all’1 % per un Boeing 737-800 ridurrebbe il consumo di combustibile annuo di 100 tonnellate metriche, originando una conseguente diminuzione di emissioni di CO2 di 318,7 tonnellate solo per tale risparmio, nonché significative riduzioni di altre emissioni inquinanti. Come spiega Gault, «Altrettanto importate è il fatto che l’impiego del gamma-titanio ha ridotto il costo dei componenti del 45 % e i tempi di produzione del 10 % per quanto concerne la pala e, rispettivamente, dell’80 % e del 64 % per quanto riguarda le flange dello scarico per automobile tagliate al laser. MMTECH ha dimostrato l’efficacia in termini di costi dei modi utilizzati dai nostri partner per realizzare componenti aerospaziali da materiali avanzati, dimezzando il loro peso e riducendo le emissioni di C02». Si tratta di buone notizie per l’industria aerospaziale e per l’ambiente.
Parole chiave
MMTech, costo, peso, emissioni, gamma-alluminuro di titanio (γ-TiAl), aerospaziale, consumo di combustibile, produzione additiva (AM), lavorazione, pala, economico, flange dello scarico per automobile
