Con la terminologia “leghe metalliche avanzate” possiamo indicare tutti quei materiali metallici le cui proprietà meccaniche, termofisiche, di resistenza a creep e corrosione vengono sapientemente bilanciate ed ottimizzate al fine di ottenere un materiale dalle caratteristiche eccezionali su più fronti.
Un esempio ci è dato dalle leghe di Titanio, di Nichel e Cobalto, comunemente raggruppate nella denominazione di superleghe. Tali materiali sono di estremo interesse per le loro elevate performance, anche alle alte temperature, e un ottimo rapporto peso–prestazioni. Settori strategici quali l’aerospazio e il settore energetico fanno largo uso di tali leghe per particolari sottoposti ad estremi stress termici, meccanici e di corrosione. Nell’ambito Oil&Gas trovano esteso impiego gli acciai Duplex e Superduplex, dalle eccezionali capacità di resistenza meccanica e a corrosione.
La progettazione e la produzione di componenti in questi materiali avanzati ed innovativi riserva tuttavia sfide non banali da affrontare, in virtù delle particolari composizioni chimiche, dell’evoluzione microstrutturale e delle caratteristiche termo-fisiche del materiale stesso. Nella fase di progettazione di prodotto è bene conoscere le reali caratteristiche meccaniche del componente anche a livello locale, così come gli stati di stress residui derivanti dal processo produttivo. Al contempo, in merito alla progettazione del processo produttivo, è fondamentale definire la sequenza di lavoro, i tempi e le temperature di lavoro al fine di assicurare la struttura metallurgica richiesta e le derivanti caratteristiche meccaniche. Il tutto sviluppato a tempi di record e con la massima efficienza in termini di risorse, al fine di assicurare tempestività di risposta alle richieste del mercato senza perdere competitività e marginalità.
In questo scenario, la simulazione numerica si propone come valido supporto alla definizione del ciclo produttivo, affiancando il progettista nella scelta dei parametri di processo e nell’ottimizzazione dei diversi scenari. Con particolare riferimento alle leghe avanzate, la simulazione di processo permette di:
- monitorare l’evoluzione della microstruttura del materiale
- verificare l’assenza di difetti quali cricche, ripieghe e componenti incompleti
- assicurare le caratteristiche meccaniche finali richieste dal cliente.
Attraverso la simulazione il progettista sa con precisione quanto materiale serve per produrre un determinato componente, qual è il miglior ciclo di riscaldo iniziale, la sequenza di processo più appropriata ed infine il ciclo di trattamento termico più indicato. E tutto questo quasi in tempo reale, se supportato dal giusto strumento.
I vantaggi principali derivanti dall’adozione della simulazione di processo nell’ambito della deformazione plastica delle leghe metalliche avanzate sono molteplici. In un mondo produttivo sempre più competitivo ed attento all’aspetto ecologico, la tradizionale metodologia trial&error non è più accettabile. Sono necessari approcci innovativi e più sostenibili.
In primis, un più efficiente uso della materia prima. Questi materiali sono particolarmente costosi ed è quindi necessario minimizzare qualsiasi utilizzo non direttamente utile alla produzione del componente finale. Scarti (bave o componenti non conformi) e campionature debbono essere eliminate o ridotte al minimo per poter assicurare maggiori profitti e competitività sul mercato.
In un mercato dell’energia sempre più difficile in termini di prezzi ed approvvigionamenti, la simulazione permette inoltre un uso più oculato di energia elettrica e gas, in termini di utilizzo delle presse e dei forni di riscaldo.
Infine, grazie alle analisi di fatica termo-meccanica e di usura, il progettista può assicurare un più attento utilizzo delle attrezzature di stampaggio minimizzando i fermi macchina e i costi di riparazione e sostituzione, per una produzione più efficiente.
Ridurre i tempi e i costi di progettazione e produzione, massimizzando la qualità del componente e sviluppando attività di co-design con il cliente non è più solo una bellissima idea, ma una tangibile realtà grazie alle potenzialità della simulazione di processo.
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