Leghe meccaniche
La lega meccanica consente di produrre materiali che non possono essere ottenuti con i metodi metallurgici convenzionali. Le ragioni tipiche sono i punti di fusione molto diversi dei componenti della lega, l'insufficiente omogeneità dovuta alle diverse densità o la scarsa miscibilità di determinati elementi allo stato liquido.
Per aggirare queste limitazioni, le materie prime vengono trasformate in uno stato con una superficie specifica molto ampia. Si presentano quindi sotto forma di polveri fini che possono essere combinate tra loro in proporzioni definite con precisione. In miscelatori di precisione, ad esempio quelli del tipo amixon, queste polveri possono essere lavorate fino a ottenere una miscela omogenea con una qualità di miscelazione quasi ideale. Una distribuzione uniforme delle particelle è fondamentale per ottenere una microstruttura omogenea e proprietà meccaniche uniformi nel materiale compattato.
Dopo la miscelazione, sono disponibili diversi processi per la compattazione della polvere. Tra questi figurano l'estrusione, la compressione in compresse, la compattazione a rulli e la pressatura isostatica. Mentre i primi processi si basano sull'applicazione di una forza meccanica diretta, la pressatura isostatica si caratterizza per l'applicazione di una pressione uniforme su tutto il pezzo.
Nella pressatura isostatica, le polveri vengono inserite in involucri flessibili simili a tubi. Questi involucri vengono chiusi a tenuta di gas e immersi in un bagno d'acqua pressurizzato. L'aumento della pressione dell'acqua esercita una pressione uniforme su tutti i lati dell'involucro. Si parla quindi di pressatura isostatica. In questo modo si ottengono pezzi molto densi e altamente resistenti, che possono essere successivamente lavorati con processi di asportazione di trucioli.
Inoltre, la lega meccanica può essere avviata già durante il processo di miscelazione stesso. amixon® produce miscelatori intensivi adatti a questo scopo. Sono particolarmente indicati per polveri abrasive. La lavorazione avviene tramite disaggregazione e sollecitazione delle particelle per urto e taglio. A livello microscopico, ciò consente di stimolare i processi di diffusione e i legami solidi tra le particelle. Il risultato sono materiali a grana fine e spesso nanostrutturati con proprietà speciali quali elevata resistenza, durezza o resistenza alla corrosione.
La lega meccanica, insieme alla nanotecnologia, apre nuove possibilità nello sviluppo dei materiali, in particolare per quanto riguarda le combinazioni di materiali che non possono essere legati in modo convenzionale.
Equazioni di compattazione nella metallurgia delle polveri
Equazione empirica di compattazione secondo Balshin
Questa equazione descrive la relazione tra la densità relativa della polvere e la pressione di compattazione applicata:
ρ / ρₛ = C · (p / p₀)ⁿ
Significato:
ρ = densità attuale della polvere compattata
ρₛ = densità teorica del materiale solido
p = pressione di compattazione applicata
p₀ = pressione di riferimento
C, n = costanti empiriche (dipendenti dal materiale, dalla granulometria, dalla lubrificazione, dalla direzione di compattazione)
Questa formula è spesso utilizzata nella compattazione a freddo e descrive il tipico aumento esponenziale della densità all'aumentare della pressione.
Equazione di Heckel
L'equazione di Heckel è una delle formule più note per descrivere la deformazione plastica delle polveri metalliche sotto pressione.
ln(1 / (1 − D)) = K · P + A
Significato:
D = ρ / ρₛ = densità relativa
P = pressione di compattazione
K = costante del materiale (reciproca della tensione di scorrimento)
A = costante empirica (dipendente dall'impaccamento delle particelle e dall'attrito)
L'intervallo lineare di questa relazione viene utilizzato per caratterizzare il comportamento plastico della polvere. Il reciproco di K corrisponde approssimativamente alla tensione di snervamento della polvere durante la compattazione.
Equazione di Kawakita
Questa equazione viene utilizzata in particolare per sostanze in polvere con elevata comprimibilità (anche per polveri farmaceutiche o ceramiche):
P / C = 1 / (a·b) + P / a
Significato:
P = pressione
C = (V₀ − V) / V₀ = riduzione relativa del volume
V₀ = volume iniziale
V = volume dopo la compressione
a, b = costanti del materiale
a descrive la compressibilità massima possibile, b è correlato alla sensibilità alla pressione.