Percorso di sviluppo di materiali personalizzati
Il percorso di sviluppo inizia con l’identificazione dei requisiti prestazionali dei materiali e la progettazione di composizioni di leghe su richiesta, concentrandosi sulla lavorazione delle polveri con un uso ridotto di materie prime critiche.
La modellazione metallurgica e termodinamica supporta la progettazione ottimizzata, seguita dalla selezione di un percorso di produzione delle polveri appropriato mediante lega meccanica per garantire una morfologia e una purezza adeguate.
I test di laboratorio iniziali vengono eseguiti internamente utilizzando campioni ottenuti mediante processi di metallurgia delle polveri, rivestimenti a spruzzo termico o deposizione laser per convalidare le proprietà di base.
La prototipazione preindustriale viene quindi effettuata con partner esterni in condizioni semi-industriali.
La caratterizzazione completa dei materiali viene condotta sia internamente che esternamente, valutando la microstruttura, le proprietà meccaniche e la compatibilità dei processi.
Segue la convalida del prodotto, utilizzando casi di prova specifici per il cliente per confermare le prestazioni nel mondo reale. L’industrializzazione procede in collaborazione con il cliente, integrando il nuovo materiale nei flussi di lavoro di lavorazione delle polveri, ovvero pressatura e sinterizzazione, spruzzatura termica, pressatura a caldo, HIP, ecc.
Infine, la produzione di polveri viene aumentata in lotti controllati per soddisfare la domanda industriale, garantendo la coerenza delle prestazioni e il controllo della qualità per un’applicazione su larga scala.
Questo sviluppo soddisfa l’esigenza di rivestimenti spessi e resistenti all’usura su componenti utilizzati in ambienti altamente abrasivi come le attrezzature da cava e da miniera, dove la manutenzione richiede un importante smontaggio. I tradizionali trattamenti termochimici superficiali come la cementazione o la nitrurazione non sono adatti a causa del loro spessore e della loro durata limitati.
La soluzione proposta è un rivestimento in lega auto-fondente a base di Fe-Cr di spessore elevato (≥1 mm) applicato tramite spruzzatura termica seguita da rifusione (fusione) per formare un forte legame metallurgico con il substrato. Il rivestimento offre resistenza all’abrasione e all’erosione, tolleranza alle crepe e integrità strutturale in condizioni di carico dinamico. Consente una doppia funzionalità: protezione della superficie mantenendo un nucleo induribile (che fornisce un’elevata capacità di carico). La lega è progettata per impedire la propagazione delle crepe, richiede un trattamento post-lavorazione minimo e offre un’alternativa economica ai trattamenti di rivestimento duro o diffusione, colmando una lacuna fondamentale del mercato.
Lo sviluppo della lega inizia su scala di laboratorio regolando le proporzioni degli elementi di lega per mettere a punto la temperatura di rifusione e l’evoluzione microstrutturale, compresa la precipitazione delle fasi dure per la resistenza all’abrasione.
La modellazione termodinamica e le prove di fusione servono a ottimizzare la formulazione mirando a rivestimenti densi e resistenti alle crepe dopo la rifusione.
Vengono valutate le condizioni di spruzzatura (fiamma/HVOF) e i trattamenti di fusione (torcia, forno, laser) che riducono al minimo la porosità ottimizzando al contempo la qualità dell’adesione e la stabilità dimensionale.
Una serie di componenti su piccola scala viene rivestita e rifusa in condizioni diverse per valutare l’efficienza della deposizione, il controllo dello spessore del rivestimento e la finitura superficiale, seguita da prove meccaniche (durezza, adesione) e analisi metallografica.
Infine, i test operativi sul campo in cave o impianti minerari valutano il tasso di usura, la riduzione dei tempi di fermo e la durata del rivestimento, confermando il funzionamento senza manutenzione e ad alte prestazioni in ambienti difficili.
Questo sviluppo mira a soddisfare la domanda di semilavorati in acciaio inossidabile che combinano un’elevata resistenza all’usura, paragonabile a quella degli acciai per utensili da lavoro a freddo, con un’eccezionale resistenza alla corrosione in ambienti aggressivi, per applicazioni nell’industria di trasformazione alimentare. Anche gli acciai inossidabili avanzati spesso non riescono a soddisfare entrambi i criteri contemporaneamente, il che comporta frequenti sostituzioni o prestazioni compromesse.
La soluzione proposta è un acciaio inossidabile rinforzato, progettato e prodotto tramite lega meccanica, per offrire una maggiore durata, lavorabilità e un’elevata stabilità alla corrosione.
Lo sviluppo della lega inizia su scala di laboratorio, regolando con cura l’incorporazione di rinforzi ceramici finemente dispersi in una matrice di acciaio inossidabile austenitico. Le proporzioni delle fasi dure sono ottimizzate per bilanciare la raffinazione del grano, la resistenza all’usura e la stabilità termica, mantenendo al contempo una duttilità sufficiente per la lavorazione a valle.
Le composizioni selezionate vengono consolidate tramite pressatura isostatica a caldo (HIP) per garantire una densificazione quasi totale. I campioni post-HIP vengono sottoposti a caratterizzazione microstrutturale e meccanica (durezza, usura, resistenza alla corrosione), nonché a valutazioni di stabilità termica.
Vengono applicati trattamenti termici per personalizzare la durezza, la tenacità e l’omogeneità microstrutturale.
La lavorabilità viene convalidata attraverso prove di deformazione plastica a caldo, valutando i limiti di lavorabilità e la finitura superficiale finale. L’acciaio risultante dimostra una resistenza all’usura e alla corrosione superiore, pur rimanendo compatibile con le operazioni di formatura industriale.
La convalida sul campo nelle attrezzature per la lavorazione degli alimenti valuta la durata a lungo termine, la riduzione delle esigenze di manutenzione e il miglioramento della durata del prodotto.
MBN offre pieno supporto nella personalizzazione della composizione della lega e dei percorsi di lavorazione per soddisfare condizioni operative specifiche e requisiti dei clienti.
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