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Superleghe: composizione, fasi, carburi

Composizione, fasi e carburi delle superleghe

Le superleghe, leghe ad alta resistenza, sono ampiamente impiegate in applicazioni 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 , 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 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 altri elementi reattivi per formare carburi, utili per aumentare la forza di rottura ad alta temperatura.

Carburi e caratteristiche delle superleghe

I carburi 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.

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