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La super efficacia è necessaria per la lavorazione delle superleghe

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Le superleghe - leghe metalliche, che riflettono la loro complessa struttura in lega, sono diventate uno dei principali materiali di ingegneria per molto tempo. Sono caratterizzate da una resistenza alle alte temperature estremamente elevata, e per questo vengono spesso chiamate superleghe ad alta temperatura (HTSA) o superleghe resistenti al calore (HRSA).

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La storia delle superleghe è iniziata con lo sviluppo dei motori a turbina a gas che richiedevano materiali affidabili per alte temperature di funzionamento. Come risultato della ricerca intensiva e dei progressi della metallurgia, le moderne superleghe (SA) forniscono una lunga durata di vita per temperature di lavoro superiori ai 1000°C.

Comprensibilmente, i maggiori consumatori di superleghe oggi sono i produttori di motori aeronautici e marini (Fig. 1). Le superleghe sono anche molto comuni nell'industria medica, che le utilizza efficacemente per gli impianti protesici nella chirurgia ortopedica. Inoltre, le superleghe si sono diffuse nella produzione di energia e nelle industrie del petrolio e del gas come materiali cruciali per parti essenziali di vari dispositivi.

L'eccezionale resistenza alle alte temperature e la resistenza alla corrosione sono i vantaggi innegabili delle superleghe. Tuttavia, ci sono due lati della medaglia: le superleghe non sono solo molto costose, ma la loro lavorabilità è scarsa, il che può rappresentare una sfida per la produzione. La forza di taglio specifica che caratterizza la resistenza del materiale alla rimozione del truciolo e definisce il carico meccanico su un utensile da taglio è alta per le superleghe. Anche se la difficoltà principale è il calore, le superleghe hanno una scarsa conducibilità termica. I trucioli elementari e sciolti, che si generano generalmente durante la lavorazione delle superleghe, non forniscono un'adeguata dissipazione del calore dalla zona di taglio. La tendenza all'incrudimento peggiora la situazione.

Il produttore ha a che fare con vari pezzi SA: fusi, battuti, sinterizzati, ecc. Anche i metodi di fabbricazione dei pezzi hanno un impatto sulla lavorabilità. Per esempio, l'abrasività dei pezzi forgiati è superiore a quella dei pezzi fusi, sostanzialmente inferiore rispetto ai pezzi sinterizzati.

Di conseguenza, un utensile da taglio è sottoposto ad un significativo carico termico e meccanico, che riduce drasticamente la vita dell'utensile. Pertanto, nella lavorazione delle superleghe, la velocità di taglio direttamente collegata alla generazione di calore durante l'asportazione di truciolo è notevolmente più bassa rispetto ad altri materiali ingegneristici comuni come l'acciaio o la ghisa. Il risultato diretto della limitazione della velocità di taglio è una scarsa produttività. Quindi, superare le difficoltà di lavorazione e aumentare la produttività sono le sfide principali per il produttore di pezzi SA.

Secondo la norma ISO 513, le superleghe insieme alle leghe di titanio si riferiscono all'applicazione del gruppo ISO S. A seconda dell'elemento prevalente, le superleghe si dividono in tre tipi: leghe a base di ferro (Fe), nichel (Ni) e cobalto (Co). La lavorabilità scende nell'ordine specificato; dalle leghe a base di ferro, che possono essere paragonate all'acciaio inossidabile austenitico, alle leghe a base di cobalto che rappresentano i materiali più difficili da tagliare del gruppo.

L'aumento dell'efficienza della lavorazione delle superleghe è diventato l'obiettivo di varie ricerche scientifiche e miglioramenti tecnologici. Il loro risultato è stato un progresso significativo nella produzione di componenti SA. La produzione ha effettivamente abbracciato nuove strategie di lavorazione e sono stati introdotti con successo metodi innovativi di fornitura di refrigerante da taglio, come il raffreddamento ad alta pressione (HPC), la lubrificazione a quantità minima (MQL) e persino il raffreddamento criogenico. Questo ha portato la produttività della lavorazione delle superleghe a un nuovo livello. Tuttavia, come nel caso delle leghe di titanio, l'elemento chiave per migliorare la produttività della lavorazione SA è un utensile da taglio che rimuove direttamente gli strati di materiale da un pezzo che produce chip. Un utensile da taglio è caratterizzato dal materiale dell'utensile e dalla sua geometria, che determina il trionfo o il fallimento dell'utensile.

Oggi, i carburi cementati rivestiti sono i materiali più comuni per gli utensili da taglio per la lavorazione delle superleghe. Lo sviluppo di un grado di carburo, in cui la forza e la resistenza all'usura si completano a vicenda, è un processo difficile che richiede un substrato di carburo appropriato, una composizione del rivestimento e un metodo di rivestimento. Per lo stupore di coloro che credono che le possibilità di svolta in questa direzione siano quasi esaurite, i produttori di utensili da taglio continuano a creare nuovi gradi di carburo efficaci. Inoltre, nella lavorazione delle superleghe, la ceramica - un altro materiale per utensili che permette di aumentare notevolmente le velocità di taglio - è già in uso attivo.

Se i materiali degli utensili sono collegati principalmente con la scienza dei materiali e la metallurgia, la geometria di taglio è più nel campo della progettazione degli utensili. Garantire una geometria ad alte prestazioni richiede profonde conoscenze ingegneristiche e competenze tecnologiche. Da un lato, per minimizzare la generazione di calore e l'incrudimento, sono necessari un angolo di spoglia positivo, un angolo di spoglia abbastanza grande e un tagliente affilato. D'altra parte, una tale forma indebolisce il tagliente che deve sopportare un notevole carico meccanico. Pertanto, la condizione corretta del tagliente progettato diventa un fattore critico di successo. Gli inserti in carburo sinterizzato hanno il vantaggio di permettere forme complesse di formazione e rottura del truciolo per le facce di spoglia degli inserti. Oggi, la modellazione al computer della formazione del truciolo e dei processi di pressatura utilizzando i metodi degli elementi finiti fornisce uno strumento efficace per ottimizzare le forme che sono già in fase di progettazione. Nelle frese a candela solide, un design a passo variabile comporta una migliore resistenza alle vibrazioni. I bordi di taglio di queste frese sono prodotti da operazioni di rettifica, e per eliminare lo sfaldamento e i difetti dei bordi, è molto importante la stretta osservanza dei requisiti del processo tecnologico.

I produttori di utensili da taglio prestano molta attenzione a migliorare il loro portafoglio di prodotti destinati alla lavorazione di superleghe. Le novità di ISCAR possono essere ottimi esempi indicativi.

La qualità di metallo duro IC806, che era stata introdotta negli ultimi anni per la scanalatura frontale delle superleghe e dell'acciaio inossidabile austenitico, è stata adottata con successo dalle linee di filettatura e foratura profonda di ISCAR. Questo grado ha un substrato submicronico duro e un rivestimento PVD TiAlN/AlTiN con trattamento post-rivestimento secondo la tecnologia SUMO TEC di ISCAR. IC806 fornisce una notevole resistenza allo sfaldamento e alla scheggiatura e mantiene risultati affidabili e ripetibili.

Nella lavorazione di superleghe con frese in metallo duro integrale e teste intercambiabili, la qualità IC902, che combina un substrato a grana ultrafine e un rivestimento PVD nano-strato TiAlN, assicura una resistenza all'usura estremamente elevata e prolunga la vita dell'utensile. Questo grado ha dimostrato ottimi risultati nella produzione di dispositivi per la sostituzione delle articolazioni del ginocchio e dell'anca che sono fatti di leghe di cobalto-cromo difficili da tagliare (Fig. 2).

ISCAR ha esteso significativamente la gamma di prodotti per applicazioni ISO S realizzati con varie ceramiche da taglio come il nitruro di silicio, SiAlON, e gradi rinforzati con whisker. I nuovi articoli ceramici introdotti hanno rifornito sia gli inserti indicizzabili che le frese integrali (Fig. 3).

Gli ultimi disegni di spoglia F3M e F3P per inserti di tornitura standard ISO sono destinati specificamente all'acciaio inossidabile austenitico e alle superleghe difficili da lavorare (Fig. 4). La loro geometria ad angolo di spoglia positivo riduce la forza di taglio e assicura un'azione di taglio regolare, mentre la serie di deflettori sulla faccia di spoglia migliora il controllo del truciolo.

Negli inserti bilaterali in ceramica per utensili di tornitura e fresatura, ISCAR ha aggiunto nuove opzioni di condizione di taglio smussato e combinato (smussato e arrotondato) per applicazioni difficili.

ISCAR ha arricchito la gamma di soluzioni destinate al raffreddamento ad alta pressione con nuovi corpi fresa e portautensili indicizzabili. Ad esempio, i mandrini termoretraibili con attacco conico poligonale, che hanno canali di getto di refrigerante lungo il foro centrale, sono stati integrati nella linea di prodotti portautensili.

In conclusione, la necessità di aumentare la produttività nella lavorazione di HTSA è una sfida continua per i produttori di utensili da taglio, ed è probabile che nuovi sviluppi di utensili efficaci arrivino nel prossimo futuro.

Per maggiori informazioni, sito web: www.iscar.in

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