Inconel 718: La superlega che non smette di sorprendere

lunedì 21 gennaio 2019 Matt Hatch

Con l’avvento della stampa tridimensionale dei metalli, Inconel, ovvero la classica lega termoresistente a base di nichel, è stata realmente proiettata nel 21° secolo. Inconel 718, la variante di Inconel 625 caratterizzata da maggiore durezza, rappresenta l’ultima aggiunta al nostro stock di metalli destinati alla sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS). Si tratta di un materiale ideale per l’utilizzo in ambienti estremi, ovvero in applicazioni caratterizzate da temperature elevate in cui alluminio e acciaio sarebbero soggetti a usura. Le proprietà del materiale lo rendono perfetto per impieghi nei settori aerospaziali e dell’industria pesante, come la fabbricazione di componenti di turbine e motori a getto.

Anzi, la storia di Inconel ha inizio proprio con questi ultimi. Nata per la prima volta negli anni ‘40 del secolo scorso per supportare lo sviluppo del motore aeronautico Whittle, questa miscela di nichel/cromo divenne la formula perfetta per la creazione di un materiale con caratteristiche di robustezza, resistenza al calore e alla corrosione, leggerezza e costi competitivi. Il tungsteno era infatti troppo pesante e il rame finiva col fondersi se sottoposto a calore moderato, mentre alluminio e acciaio non offrivano caratteristiche di robustezza e resistenza alla corrosione. Senza l’accesso a superleghe come Inconel, l’industria aerospaziale probabilmente non avrebbe mai conseguito i progressi tanto straordinari che tutti conosciamo. Anzi, è lecito affermare che l’era del turbogetto non avrebbe mai visto la luce.

Se portiamo avanti le lancette dell’orologio fino al 21° secolo, possiamo constatare che le superleghe originali si sono evolute per assumere proprietà ancora più avanzate.  Inconel 718 è oggi la superlega più usata al mondo, e per ottime ragioni. La sua robustezza deriva dalla capacità del materiale di sviluppare uno spesso strato di ossido passivante ad alte temperature (fino a +704 °C), il quale svolge una funzione di protezione da ulteriori attacchi. Inconel 718 presenta inoltre una buona resistenza alla trazione, alla fatica, all’usura e alla rottura che lo rende la superlega per eccellenza.

Tuttavia, sebbene Inconel 718 sia particolarmente indicato per la realizzazione di componenti di motori a getto e a razzo, l’industria aerospaziale non è il solo settore in cui tale materiale trova attualmente applicazione. Anche l’industria pesante, in cui la strumentazione è solitamente esposta ad ambienti estremi, rappresenta un campo che trae vantaggio dalle caratteristiche della superlega. Componenti di turbine a gas, componenti di dispositivi, parti di potenza e di processo, condotti, valvole e scambiatori di calore sono solo alcune delle possibili applicazioni di Inconel 718.

Inconel 718 presenta tuttavia alcune note difficoltà di lavorazione, legate soprattutto al costo degli utensili, alla perdita di materiale e alla suscettibilità a difetti di metallurgia. Ne consegue che l’uso del materiale nella stampa tridimensionale per DMLS, specie nel caso di geometrie complesse o intricate, abbia il potenziale di generare risultati davvero sorprendenti. La DMLS consente infatti di preservare le proprietà meccaniche di Inconel 718 e, grazie alla solidificazione direzionale, può persino contribuire a eccedere le proprietà meccaniche associate alle controparti battute o fuse del materiale.

Forte della sua incredibile storia, Inconel 718 non cessa di diventare sempre più forte. Sarà interessante vedere come questa superlega eccezionalmente versatile riuscirà a plasmare il futuro dell’ingegneria.

PRINCIPALI VANTAGGI DI INCONEL 718

LIMITI GEOMETRICI DI INCONEL 718

Elevata robustezza

Spessore di parete minimo: 1,00 mm; Dimensione min. dettaglio: 1,00 mm

Eccellente resistenza alle temperature elevate e alla corrosione

Dimensioni minime dettagli goffrati: 0,5 mm in altezza e larghezza; 0,8 mm per testi e immagini
Buona resistenza alla trazione, alla fatica, all’usura e alla rottura

Dimensioni minime dettagli incisi: 0,5 mm in profondità e 0,6 mm in larghezza; spessore 1,0 mm per testi e immagini

 

Dimensioni massime pezzo: 245 x 245 x 300 mm

 

 Sinterizzazione laser diretta dei metalli

La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) di Protolabs è un processo di stampa 3D industriale impiegato per la realizzazione di prototipi metallici e pezzi di produzione interamente funzionali entro tempistiche comprese tra 1 e 7 giorni. Le caratteristiche dei materiali adoperati nell’ambito del processo sono generalmente considerate equivalenti o migliori rispetto ai materiali fusi o battuti. La DMLS è particolarmente indicata per la realizzazione di geometrie o strutture altrimenti impossibili da riprodurre con altri processi (ad esempio, per design che puntano sul contenimento del peso mediante strutture a reticolo o in lattice), nonché per la fabbricazione di pezzi destinati a impianti medici.

Inconel 718 è soltanto uno dei materiali disponibili presso Protolabs nell’ambito del servizio di DMLS. L’elenco completo dei materiali è disponibile è fornito di seguito:

  • Alluminio
  • Inconel 718
  • Acciaio maraging
  • Acciaio inossidabile
  • Titanio