Materiali avanzati per motori a reazione efficienti

L’industria aeronautica è sempre più alla ricerca di motori turbofan per un volo più efficiente. Dei profondi tagli ai consumi di carburante e alle emissioni nocive saranno possibili grazie a materiali innovativi con proprietà meccaniche e fisiche ottimizzate.

I motori turbofan possono generare temperature molto elevate in alcune aree della turbina, del cofano motore e del castello motore. È stato avviato il progetto HITNIFO (Development of an advanced design and production process of high temperature Ni-based alloy forgings), finanziato dall’UE, per la produzione di materiali ad alte prestazioni e a basso costo attraverso il miglioramento delle lavorazioni e mediante il superamento di questioni relative alla cattiva forgiabilità e saldabilità.

I partner del progetto hanno selezionato materiali promettenti in lega di nichel per il cofano motore e il castello motore ai fini di un utilizzo a temperature elevate. In primo luogo, hanno eseguito prove di ricottura per studiare le variazioni delle proprietà microstrutturali nel tempo e a seconda della temperatura. Le prove hanno inoltre consentito di individuare l’impatto principale su proprietà meccaniche quali resistenza allo snervamento, allungamento e rottura sotto carico.

Dopo la progettazione e la simulazione del processo di forgiatura a stampo chiuso e la produzione di stampi, i partner di progetto hanno valutato l’impatto della lavorazione sulla microstruttura della forgiatura e sulle proprietà meccaniche. Altre attività hanno incluso misurazioni del flusso di sollecitazione con sette diverse temperature e due diverse velocità di deformazione, e la misurazione della capacità e conducibilità termiche.

I risultati hanno fornito le basi per le simulazioni a elementi finiti relative alla tensione residua del materiale. In particolare, i partner del progetto hanno eseguito simulazioni con diverse densità di maglia per stimare la distribuzione di tensione residua nei componenti di geometria complessa. Le simulazioni sono state poi confrontate con i risultati sperimentali.

Il progetto HITNIFO apre la strada allo sviluppo di motori con temperature di scarico superiori, quindi con maggiore efficienza. L’utilizzo delle leghe a base di nichel con proprietà ottimizzate probabilmente consentirà una riduzione del peso del motore e, quindi, dell’aeromobile, e implicherà una riduzione del consumo di carburante.