
Le superleghe per lavorazione plastica a base di nichel sono una classe di materiali ad alte prestazioni progettati per un'eccezionale resistenza meccanica, resistenza al creep e stabilità strutturale a temperature elevate, tipicamente superiori a 540°C (1000°F). Il termine "lavorato" significa che queste leghe vengono modellate nella loro forma finale attraverso processi termomeccanici come forgiatura, laminazione o estrusione, che si traducono in una struttura a grana fine e direzionale che fornisce proprietà di trazione e fatica superiori rispetto alle loro controparti fuse.
Costituiscono la spina dorsale dei componenti rotanti ad alta temperatura nel settore aerospaziale e nella produzione di energia, dove il guasto non è un'opzione.
Eccezionale resistenza alle alte temperature: mantengono un'elevata frazione della loro resistenza a temperatura ambiente a temperature vicine al punto di fusione, principalmente a causa di una fase precipitata gamma-prime (γ') stabile e coerente [Ni₃(Al, Ti)].
Eccezionale resistenza al creep: resistono alla deformazione sotto costante stress meccanico ad alte temperature, una proprietà fondamentale per le pale e i dischi delle turbine che devono mantenere giochi precisi per lunghi periodi.
Resistenza alla fatica superiore: la microstruttura lavorata, con i suoi grani raffinati e spesso allineati direzionalmente, offre un'eccellente resistenza all'innesco e alla propagazione delle cricche sotto carico ciclico.
Eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione: l'alto contenuto di cromo (tipicamente 10-20%) consente la formazione di una scaglia di cromo (Cr₂O₃) protettiva e aderente, resistente alla degradazione in ambienti caldi e ossidanti.
Stabilità microstrutturale: sono progettati per resistere all'ingrossamento dei precipitati rinforzanti e alla formazione di fasi topologicamente compatte (TCP) dannose durante l'esposizione a lungo termine a stress e temperature elevate.
Le superleghe per lavorazione plastica a base di nichel sono indispensabili nelle applicazioni rotanti più impegnative:
Motori a reazione aerospaziali:
Dischi per turbine: l'applicazione più critica. I dischi funzionano a velocità di rotazione e sollecitazioni elevate, richiedendo un equilibrio supremo tra resistenza alla trazione, durata alla fatica e resistenza alla frattura. Leghe come Inconel 718 e Waspaloy sono standard del settore.
Alberi, distanziali e componenti del compressore.
Turbine a gas terrestri: per la produzione di energia, utilizzate nei dischi e nelle pale delle turbine.
Motori a razzo: per componenti di turbopompe che richiedono un elevato rapporto resistenza/peso in ambienti estremi.
Reattori nucleari e dispositivi di fissaggio ad alta temperatura.
La tabella seguente riassume le caratteristiche principali per una rapida panoramica:
| Caratteristica | Descrizione | Vantaggio |
| Itinerario di produzione | Lavorazioni Termomeccaniche (Forgiatura, Laminazione). | Produce una struttura a grana raffinata e uniforme per una resistenza alla trazione e alla fatica a bassa temperatura superiore. |
| Fase chiave di rafforzamento | Gamma-Prime (γ') [Ni₃(Al, Ti)] precipita. | Fornisce il meccanismo principale per la resistenza alle alte temperature e allo scorrimento viscoso. |
| Proprietà critiche | Resistenza alla trazione e alla fatica, resistenza al creep, tenacità alla frattura. | Ideale per componenti sottoposti a sollecitazioni elevate e ad alta rotazione come i dischi delle turbine. |
| Forme tipiche | Billette, barre, tondini, lamiere e anelli. | Il grezzo di partenza per la lavorazione di parti rotanti critiche. |
| Leghe iconiche | Inconel 718, Waspaloy, Alloy 720, René 41, Udimet 720. | Rappresentano l'evoluzione del design delle leghe per prestazioni sempre più esigenti. |
| Industrie primarie | Aerospaziale (motori a reazione), produzione di energia, missilistica. | Abilita pressioni e temperature più elevate del motore, con conseguente maggiore efficienza e spinta. |
In sintesi, Superleghe per lavorazione plastica a base di nichel rappresentano l'apice della scienza dei materiali metallici per componenti rotanti ad alta sollecitazione e ad alta temperatura. La loro chimica complessa e la microstruttura lavorata attentamente controllata li rendono essenziali per ampliare i limiti delle prestazioni e dell'efficienza nell'aviazione moderna e nei sistemi di alimentazione.