Composizione, fasi e carburi delle superleghe
Le superleghe, leghe ad alta resistenza, sono ampiamente impiegate in applicazioni che richiedono resistenza meccanica, stabilità superficiale e tolleranza alle alte temperature. Il termine “superlega” è stato coniato poco dopo la seconda guerra mondiale e si riferisce a un gruppo di leghe utilizzate principalmente in compressori turbo e motori a turbina di aeromobili ad alte prestazioni a temperature elevate.
Le superleghe trovano impiego nell’industria aerospaziale, impiantistica, settore medico e nucleare. Queste leghe mantengono le loro proprietà anche a temperature superiori a 650 °C, offrendo resistenza e duttilità in condizioni estreme.
Composizione delle superleghe
Le superleghe sono costituite principalmente da elementi del gruppo VIIIb come Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt e varie combinazioni di Fe, Ni, Co, Cr, nonché quantità minori di W, Mo, Ta, Nb, Ti e Al. Le tre principali classi di superleghe presentano come metallo principale il nichel, il ferro o il cobalto.
Le superleghe a base di nichel, ad esempio, sono composte da cromo, alluminio, titanio, cobalto, piccole percentuali di boro, carbonio, zirconio e altri metalli in tracce, offrendo resistenza ad alta temperatura, tenacità e resistenza alla degradazione in ambienti corrosivi o ossidanti.
Fasi delle superleghe
Le fasi più importanti presenti nelle superleghe a base di nichel includono la struttura cristallina fcc γ, γ’ costituita da elementi che precipitano la fase fcc e γ’’ che forma una struttura bct di Ni3Nb. Inoltre, il carbonio aggiunto si combina con altri elementi reattivi per formare carburi, utili per aumentare la forza di rottura ad alta temperatura.
Carburi e caratteristiche delle superleghe
I carburi hanno una struttura cristallina fcc e sono utili per aumentare la forza di rottura ad alta temperatura. La matrice γ è resistente alle condizioni più severe di temperatura e tempo di utilizzo del componente. La presenza di cromo consente la formazione di uno strato superficiale di Cr2O3 che garantisce una bassa diffusione degli elementi metallici verso l’esterno e dei gas verso l’interno. Queste proprietà offrono un’eccezionale resistenza all’ossidazione.
Le superleghe a base di cobalto offrono resistenza alla corrosione a temperature elevate. Altre leghe come quelle a base di alluminio-litio sono più leggere, rigide e resistenti e sono utilizzate in parti del motore. Le leghe a base di titanio, nonostante la loro alta resistenza alla corrosione e leggerezza, non sono comunemente impiegate data la loro rapida reazione con l’aria ad elevate temperature.
In breve, le superleghe offrono una vasta gamma di opportunità e applicazioni grazie alle loro proprietà uniche e alla loro capacità di adattarsi a condizioni estreme.