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La promozione delle superleghe contribuisce a sostenere la competitività europea

I produttori europei di turbine a gas si trovano a dover affrontare l'agguerrita concorrenza di Stati Uniti e Giappone. Per sostenere i loro sforzi nel mantenere ed aumentare la propria quota sul mercato internazionale, un consorzio europeo costituito da università, istituti di ricerca, industrie e PMI ha varato un progetto quadriennale di ricerca di base volto ad analizzare, valutare e migliorare i materiali impiegati nella produzione delle pale per turbine a gas.

Tecnologie industriali

I motori avanzati a rendimento termico potenziato, come le attuali turbine a gas, funzionano in condizioni di temperature e sollecitazioni elevate. Ciò richiede, da parte dei produttori, un'ottima conoscenza delle proprietà dei materiali che impiegano. In particolare nel caso delle pale in lega per turbine, è assolutamente necessario essere in grado di prevederne la deformazione e la possibilità di guasto, al fine di scongiurare il rischio di un'avaria, dalle conseguenze catastrofiche, in fase di utilizzo di altre componenti fondamentali del sistema al massimo del loro rendimento. Le leghe, combinazioni di metalli che esaltano le proprietà di ognuno dei metalli che le compongono, sono ampiamente diffuse e trovano importanti applicazioni nel campo dei motori a getto. Per le pale delle turbine a gas, funzionanti a temperature elevate, è necessario utilizzare delle superleghe. Se efficacemente impiegate nella produzione delle pale, le superleghe monocristalline, un materiale avanzato di recente sviluppo, potrebbero ridurre i costi, nonché migliorare il rendimento e le prestazioni delle turbine a gas, rendendole maggiormente affidabili. Purtroppo, fino a poco tempo fa, non era possibile sfruttare appieno i vantaggi di queste superleghe, a causa della mancanza di approfondite conoscenze sul loro comportamento meccanico. Il lancio del progetto MICROMOD-SX è avvenuto proprio per colmare questo vuoto di conoscenze. Grazie ad esso, infatti, è stato possibile comprendere meglio il comportamento meccanico anisotropo delle superleghe monocristalline in condizioni di temperature elevate. Sulla base dei test di scorrimento viscoso uniassiale e delle prove di fatica, sono stati elaborati due modelli per prevedere la deformazione e i guasti delle pale delle turbine a gas in leghe monocristalline. Per la prima volta, inoltre, si è provato ad inserire in tale previsione l'eventualità di difetti nella struttura di colata. I modelli di descrizione dello scorrimento viscoso e della durata a fatica della superlega monocristallina anisotropa sono stati esaminati con l'ausilio di appropriati database di materiali, sottoponendo i campioni monocristallini a prove di scorrimento pluriassiale e di fatica termica. Grazie ai risultati ottenuti è stato possibile perfezionare i modelli, che oggi sono disponibili in commercio sotto forma di pacchetti software con il nome di "Finite Element" (FE). Sebbene si tratti di un programma di ricerca di base nel campo della scienza dei materiali, il forte legame di questo progetto con le applicazioni industriali è evidente. Questo sistema rappresenta un passo avanti verso un uso efficace delle superleghe che apporterà un notevole contributo all'industria di produzione delle turbine a gas.

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