Ehilà! In qualità di fornitore di leghe di nichel, ho riscontrato una buona dose di situazioni in cui questi straordinari materiali non hanno funzionato come previsto. Analizziamo quindi le modalità di cedimento delle leghe di nichel.
Innanzitutto, la corrosione è un grosso grattacapo quando si parla di leghe di nichel. Esistono diversi tipi di corrosione che possono rovinare le cose. Uno dei più comuni è la corrosione uniforme. Ciò accade quando l'intera superficie della lega di nichel viene attaccata in modo uniforme da un ambiente corrosivo. Ad esempio, in un ambiente marino in cui la lega è costantemente esposta all'acqua salata, gli ioni cloruro presenti nell'acqua possono gradualmente erodere la superficie della lega. Ciò porta nel tempo ad una riduzione dello spessore del materiale e ad una perdita delle sue proprietà meccaniche.
La corrosione per vaiolatura è un altro problema fastidioso. È una forma localizzata di corrosione che crea piccole cavità o fori sulla superficie della lega. Queste cavità possono iniziare in piccole dimensioni ma possono penetrare rapidamente in profondità nel materiale. Il problema con la vaiolatura è che spesso è difficile da rilevare finché non è troppo tardi. Nelle industrie in cui le leghe di nichel vengono utilizzate per componenti critici, come negli impianti di lavorazione chimica, la corrosione per vaiolatura può portare a perdite e guasti la cui riparazione può essere estremamente costosa.
Anche la tensocorrosione (SCC) è una grande preoccupazione. Ciò si verifica quando una combinazione di stress da trazione e un ambiente corrosivo provoca la formazione di crepe nella lega. Lo stress può provenire da fattori come stress residui durante la produzione o carichi esterni durante il servizio. Ad esempio, in una tubazione ad alta pressione realizzata in lega di nichel, la pressione interna crea stress sulle pareti del tubo. Se la tubazione è esposta a un mezzo corrosivo, può verificarsi SCC. Una volta che queste crepe iniziano, possono propagarsi rapidamente e portare a guasti catastrofici.
Un'altra modalità di fallimento è la fatica. Le leghe di nichel sono spesso utilizzate in applicazioni in cui sono soggette a carichi ciclici, come nei motori degli aerei o nelle apparecchiature per la produzione di energia. La rottura per fatica si verifica quando il materiale si indebolisce nel tempo a causa di ripetuti cicli di sollecitazione. Le cricche iniziano solitamente sulla superficie della lega, nei punti in cui sono presenti concentrazioni di stress, come intagli o graffi. All’aumentare del numero dei cicli di sollecitazione, le crepe crescono fino a quando il materiale alla fine si rompe.
Il creep è una modalità di guasto a lungo termine che si verifica a temperature elevate. Quando una lega di nichel viene esposta a temperature elevate per un periodo prolungato sotto un carico costante, si deforma gradualmente nel tempo. Questo si chiama scorrimento. Nelle centrali elettriche, dove le leghe di nichel vengono utilizzate in componenti come le pale delle turbine, lo scorrimento può far perdere forma ed efficienza alle pale. Alla fine, ciò può portare al guasto dell’intera turbina.
Parliamo ora di alcune delle leghe di nichel che forniamo e di come potrebbero essere interessate da queste modalità di guasto.
Barre tonde in lega Nimonic 75sono noti per la loro buona resistenza alla corrosione e resistenza alle alte temperature. Tuttavia, sono ancora suscettibili alla corrosione per vaiolatura in ambienti contenenti cloruro. Inoltre, in condizioni di alta temperatura e stress elevato, possono verificarsi fenomeni di scorrimento.
Barre in lega di nichel 800sono ampiamente utilizzati in vari settori per la loro eccellente resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Ma in alcuni ambienti chimici aggressivi, possono ancora subire una corrosione uniforme. E se vengono utilizzati in applicazioni con carico ciclico, la rottura per fatica è una possibilità.
Foglio di lega 718è una lega a base di nichel ad alta resistenza spesso utilizzata nelle applicazioni aerospaziali. Ha una buona resistenza alla tensocorrosione, ma in presenza di alcuni prodotti chimici e sollecitazioni elevate, può ancora verificarsi SCC. Anche la fatica è una preoccupazione, soprattutto nelle parti soggette a rapidi cambiamenti di carico.
Quindi, come possiamo prevenire queste modalità di fallimento? Ebbene, la corretta selezione del materiale è fondamentale. Dobbiamo scegliere la giusta lega di nichel in base all'applicazione specifica, all'ambiente a cui sarà esposta e ai carichi che sopporterà. Anche i trattamenti superficiali possono aiutare. Ad esempio, l'applicazione di un rivestimento protettivo può ridurre il rischio di corrosione. Anche l’ispezione e la manutenzione regolari sono essenziali. Rilevando i primi segni di corrosione, fessurazioni o altri problemi, possiamo adottare misure preventive prima che si verifichi un guasto.
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Riferimenti:
- "La corrosione dei metalli" di Marte G. Fontana
- "Scienza e ingegneria dei materiali: un'introduzione" di William D. Callister Jr. e David G. Rethwisch
- "La fatica dei materiali" di Robert O. Ritchie e Toshihiro Suresh