Nuovi materiali per i propulsori aeronautici del futuro

Ridurre le emissioni di CO₂, gas serra e rumore in aeronautica. È questo l’obiettivo del programma di ricerca europeo Clean Sky 1, che ha premiato con il terzo posto dell’Award for the Best Project from Partners and Consortia il progetto JTI Clean Sky GETREADY “High speed turbine casing produced by powder HIP technology”, coordinato dal Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) tramite un’unità di ricerca locale del Politecnico di Torino.

Il premio è stato consegnato durante il Clean Sky 1 Closing Event (21-22 Marzo 2017) alla professoressa Sara Biamino e al professor Daniele Ugues del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia (DISAT), coordinatori del progetto, che hanno ritirato a Bruxelles il riconoscimento a nome dell’intero Consorzio formato anche dall’azienda francese Aubert&Duval, da un’unità di ricerca del Politecnico di Milano, coordinata dal professor Stefano Beretta, e dalla Avio Aero di Rivalta Torinese nel ruolo di Topic Manager.

Il progetto ha dimostrato come l’ingegnerizzazione dei materiali e dei loro processi di fabbricazione e trattamento termico consentano di progettare e produrre componenti più efficienti, capaci di lavorare in condizioni più estreme di quelle attualmente raggiunte e salvaguardare al contempo lo spreco di materie prime di pregio.

Nell’ambito del progetto è stata utilizzata una innovativa tecnologia di fabbricazione, denominata Net Shape Hot Isostatic Pressing (NSHIP), per ottenere un casing di turbina aeronautica (cioè la scocca che riveste la turbina) utilizzando una superlega di nichel scarsamente forgiabile e, per questo, non adatta a fabbricare lo stesso componente impiegando tecnologie di produzione tradizionali. Il processo NSHIP prevede infatti di partire dalle polveri del materiale prescelto, inserirle in uno stampo e giungere, tramite l’applicazione di temperature fino a 1200°C e di una pressione di circa 1000 bar, al pezzo finale. La modalità di applicazione della pressione permette la densificazione del componente e il mantenimento del profilo desiderato. Tramite questa tecnologia, all’interno del progetto GETREADY, sono stati fabbricati due casing dimostratori in scala reale. L’ottimizzazione del ciclo di trattamento termico per il particolare materiale utilizzato e per lo specifico processo di formatura ha inoltre permesso di ottenere proprietà meccaniche a caldo superiori rispetto ai materiali impiegati attualmente, arrivando a superare problematiche insormontabili con le tecnologie fino a questo punto adottate. In termini di utilizzo delle materie prime, per la fabbricazione di un casing di circa 90 kg di peso con la soluzione proposta si è raggiunto uno sfruttamento del 75% della materia prima di partenza, contro il solo 13% del ciclo di fabbricazione tradizionale. Le superleghe di nichel sono materie prime costose e critiche per l’approvvigionamento, in quanto oltre al nichel contengono in quantitativi elevati molti altri elementi di elevato valore. Pertanto un utilizzo così efficiente delle materie prime comporta un enorme vantaggio dal punto di vista ambientale.

Ad ulteriore testimonianza della qualità tecnica dei risultati ottenuti, nell’ottobre del 2016 il casing dimostratore sviluppato nel progetto di ricerca aveva già vinto ad Amburgo (Germania) il premio della European Association of Powder Metallurgy (EPMA) come miglior componente dell’anno fabbricato via Hot Isostatic Pressing.