I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno sviluppato un approccio progettuale per produrre metalli con combinazioni eccezionali di resistenza e duttilità per applicazioni aerospaziali e non solo.
Le leghe di titanio sono materiali strutturali essenziali per un’ampia varietà di applicazioni, dalle infrastrutture aerospaziali ed energetiche alle apparecchiature biomediche. Ma come la maggior parte dei metalli, l’ottimizzazione delle loro proprietà richiede un compromesso tra due caratteristiche chiave: resistenza e duttilità. I materiali più resistenti tendono a essere meno deformabili e i materiali deformabili tendono a essere meccanicamente deboli. Ora i ricercatori del MIT, in collaborazione con i ricercatori della società ATI Specialty Materials, negli Stati Uniti, hanno concepito un approccio che può produrre nuove leghe con combinazioni eccezionali di resistenza e duttilità.
Materiali pronti per il futuro
Le leghe di titanio sono note per le loro eccezionali proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e leggerezza rispetto all’acciaio, per esempio. Attraverso un’attenta selezione degli elementi di lega e delle loro relative proporzioni, e del modo in cui il materiale viene lavorato, si possono produrre varie strutture diverse, ma questa vasta gamma di possibilità richiede un modo per guidare le selezioni, in modo da ottenere un materiale che soddisfi le esigenze specifiche di una particolare applicazione. L’analisi e i risultati sperimentali descritti nel nuovo studio del MIT forniscono tale guida.
Lavorando insieme ai ricercatori dell’ATI, il team ha testato un’ampia varietà di leghe al microscopio elettronico a scansione durante la deformazione, rivelando dettagli su come le loro microstrutture rispondono al carico meccanico esterno. Hanno scoperto che esiste un particolare insieme di parametri – composizione, proporzioni e metodo di lavorazione – che produce una struttura in cui le fasi alfa e beta condividono la deformazione in modo uniforme, mitigando la tendenza alla fessurazione, che di solito si verifica tra le fasi quando rispondono diversamente. Questa risposta cooperativa alla deformazione può produrre un materiale superiore.
“Dimostriamo che questa strategia di progettazione è validata e mostriamo scientificamente come funziona“, afferma il ricercatore C. Cem Tasan che poi aggiunge: “Questo tipo di invenzione offre nuove opportunità in qualsiasi impiego aerospaziale in cui sia utile una migliore combinazione di resistenza e duttilità“.
