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Jul 11, 2023

Fiore all'occhiello: Rolls

Casting is one of the oldest and most basic methods of metalworking. If you can

La fusione è uno dei metodi più antichi e basilari di lavorazione dei metalli. Se riesci ad accendere un fuoco abbastanza caldo da fondere un metallo e a fabbricare un crogiolo per fonderlo e uno stampo che possa resistere al calore, puoi fondere forme metalliche complesse; e lo facciamo da millenni. La fusione più antica conosciuta è una rana di rame realizzata 6.000 anni fa in Mesopotamia. Molte delle scintillanti sculture in marmo dell'Antica Grecia sono in realtà copie romane più recenti di originali fusi in bronzo: i pochi originali sopravvissuti, come i Bronzi di Riace dei guerrieri greci trovati nel mare al largo della Sicilia, mostrano l'incredibile raffinatezza e livello di dettaglio raggiunto da questi maestri dei metalli morti da tempo.

Eppure questa antichissima abilità è ancora in uso oggi, ed è ancora in fase di sviluppo. La sua incarnazione più recente è probabilmente la procedura più avanzata mai intrapresa con i metalli ed è vitale per una delle attività emblematiche del mondo moderno: i viaggi aerei di routine. Si trova nel centro storico della lavorazione dei metalli del Regno Unito, Sheffield, presso la Rolls-Royce Advanced Blade Casting Facility (ABCF), una struttura appositamente costruita vicino al Centro di ricerca sulla produzione avanzata dell'Università di Sheffield a Rotherham.

I componenti che la ABCF produce non sono quelli che la maggior parte delle persone vede mai: sono le pale delle turbine nascoste nella parte più calda dei motori a reazione. Lontani dallo splendore decorativo dei bronzi greci, combinano un aspetto utilitaristico con complessità di forma e funzione e una perfezione interna simile a un gioiello: pesano solo circa 300 g e abbastanza piccoli da stare nel palmo di una mano, sono infatti perfetti singoli cristalli di una lega metallica la cui composizione è stata messa a punto nel corso di molti anni per funzionare nelle condizioni infernali della parte più veloce di un motore a reazione.

"Alla nascita del motore a reazione, i prototipi di Sir Frank Whittle erano realizzati interamente in acciaio", ha affermato Neil Glover, capo dei materiali della Rolls-Royce. "L'acciaio è ottimo per resistenza e durezza superficiale, ma se hai bisogno di prestazioni ad alta temperatura in realtà non è molto buono; 450–500°C è circa il suo limite."

La sua inadeguatezza ha portato alla ricerca di un materiale più resistente alla temperatura e i produttori di getti si sono rivolti alle leghe di nichel. Relativamente abbondante, con grandi giacimenti in Australia e a basso prezzo, il nichel fonde a 1.728 K (1.455 ° C) ed è resistente alla corrosione: entrambe proprietà preziose per i componenti che funzionano all'interno di un motore a reazione. Ancora più importante è la sua capacità di formare leghe, e la particolare proprietà di una di queste leghe, un composto noto come gamma-prime in cui il nichel si combina con l'alluminio, di mantenere la sua resistenza alle alte temperature. "Nell'acciaio o anche nel titanio, la resistenza diminuisce rapidamente quando si raggiunge il 40-50% del punto di fusione", ha affermato Glover. "Le leghe di nichel mantengono la loro resistenza fino all'85% del punto di fusione.

E i produttori di motori sfruttano appieno questa proprietà. I motori a reazione funzionano posizionando le pale della turbina, che ruotano nella corrente dei gas caldi che espandono dalla camera di combustione, sullo stesso albero delle pale del compressore che spingono l'aria nel motore ad alta pressione. Quindi, nella parte posteriore del motore, le pale della turbina a bassa pressione, che funzionano in un flusso di gas leggermente raffreddato, si trovano sullo stesso albero delle grandi pale della ventola nella parte anteriore del motore, che accelerano l'aria per generare la spinta del motore. Questo albero attraversa il centro dell'albero più corto e più largo della pressione intermedia (IP), che ha ancora pale della turbina nella parte posteriore e pale del compressore nella parte anteriore. All'esterno di questo si trova l'albero ad alta pressione, che fa funzionare il compressore che spinge l'aria nella camera di combustione stessa. La camera di combustione è anulare, con un anello di uscita nella parte posteriore che controlla il flusso dei gas di scarico, ed è qui che si trovano le pale monocristallo. I gas, freschi di combustione, sono a circa 1.700°C; e l'albero gira a velocità superiori a 12.000 giri/min.