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Se hai bisogno di parti metalliche personalizzate che possano funzionare ad alte temperature, dovresti sapere che alcuni metalli sono particolarmente adatti alle tue esigenze. Si tratta in genere di leghe resistenti al calore. Tali leghe possiedono resistenza e resistenza allo scorrimento ad alte temperature, il che significa che non si deformano sotto calore e stress estremi. Le proprietà di resistenza al calore delle leghe metalliche sono un risultato diretto del trattamento termico, che consente loro di resistere a temperature fino a 4000 °C (7232 °F).
Due fattori consentono alle leghe metalliche ad alta resistenza di sopportare un calore così elevato: la struttura delle leghe (componenti) e i legami tra gli atomi. Di seguito, introdurremo sei dei migliori metalli ad alta temperatura, delineandone composizioni, caratteristiche e applicazioni. Con queste informazioni, sarai in grado di decidere meglio quale di questi metalli resistenti al calore è adatto alla tua soluzione.
Questo metallo grigio-argento è comunemente usato per produrre leghe resistenti, leggere, resistenti al calore e alla corrosione. Con un punto di fusione di 1668 °C (3034 °F), il punto di fusione del titanio potrebbe non essere il più alto tra le leghe resistenti al calore, ma è comunque piuttosto alto. Sebbene sia considerato un metallo raro, è attualmente usato come materiale standard per la produzione e l'ingegneria in molte applicazioni industriali e di consumo. Il titanio è in genere prodotto utilizzando il processo Kroll, in cui il biossido di titanio è esposto al gas di cloro per produrre tetracloruro di titanio, che viene poi fatto reagire con il magnesio per rimuovere qualsiasi cloro rimanente. Il titanio è spesso descritto come "spugnoso" a causa dei fori porosi formati all'interno della sua struttura durante la sua formazione. Questo metallo ha molte proprietà ingegneristiche vantaggiose, le più comuni delle quali sono: resistenza al calore, elevata resistenza, resistenza alla corrosione, bassa densità, leggerezza, rigidità e tenacità. Un'altra proprietà notevole è la sua capacità di mescolarsi con altre leghe, aggiungendo uno strato extra di resistenza alla trazione, resistenza al calore e tenacità alla sua forma pura.Grazie alla sua eccellente integrità strutturale, il titanio viene utilizzato per applicazioni ad alte prestazioni come parti automobilistiche (valvole, molle delle valvole, fermi, bielle), componenti aerospaziali (fusoliera, elementi di fissaggio, carrello di atterraggio), edilizia (materiali per tetti, materiali esterni), attrezzature sportive (mazze da golf, racchette da tennis, biciclette), perforazioni offshore (ponti marini, cappelli di pali), dispositivi medici (ossa artificiali, pacemaker, strumenti chirurgici) e industria generale (raffinerie, impianti di desalinizzazione). Poiché il titanio può resistere ad alte temperature e prevenire la corrosione quando esposto a polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), ha sostituito la maggior parte dei componenti in alluminio che erano principalmente utilizzati negli aerei prima degli anni '60.
Come il titanio, il tungsteno è un metallo bianco-argenteo. Il nome "tungsteno" deriva dalle parole svedesi "tung" e "sten", che si traducono in "pietra pesante". Questo nome è appropriato perché la sua struttura resistente e l'elevato punto di fusione rendono il tungsteno uno dei materiali più resistenti sulla Terra. Ha anche il punto di fusione più elevato di qualsiasi metallo o elemento sulla Terra (3422 °C—6192 °F), così come la più alta resistenza alla trazione (142.000 psi). Per questo motivo, viene spesso utilizzato per formare leghe di metalli pesanti, come l'acciaio rapido, per vari utensili da taglio. Il tungsteno puro è difficile da modellare a causa del suo aspetto resistente e dell'elevato punto di fusione, quindi viene spesso trasformato in polvere e miscelato con altri metalli in polvere per produrre leghe diverse, che vengono poi utilizzate per varie applicazioni. La polvere di tungsteno può essere miscelata con metalli in polvere come il nichel tramite un processo di sinterizzazione per produrre leghe diverse con proprietà migliorate.Le principali proprietà del tungsteno includono: alta densità (19,3 g/cm³), alto punto di fusione, resistenza alle alte temperature, elevata resistenza alla trazione, elevata resistenza alla corrosione (nessuna protezione aggiuntiva dall'ossidazione necessaria durante o dopo la produzione), il metallo puro più duro, bassa pressione di vapore (la più bassa tra tutti i metalli), bassa dilatazione termica ed eco-compatibilità (non si decompone). Il tungsteno è difficile da formare, quindi è utilizzato principalmente come additivo per aiutare a produrre varie leghe speciali. Le applicazioni includono componenti aerospaziali, parti di automobili, fili di filamento (per l'illuminazione), balistica militare, cuffie per telefoni cellulari, attrezzature per taglio, perforazione e alesatura, applicazioni chimiche, dispositivi elettrici ed elettrodici. Nella sua forma pura, il tungsteno è utilizzato anche per molte applicazioni elettroniche, come elettrodi, contatti, fogli, fili e barre. Inoltre, i gioiellieri lo usano spesso per realizzare collane e anelli grazie alla sua densità, che è la stessa dell'oro, ma con meno lucentezza e una struttura più dura.
L'acciaio inossidabile è una lega composta da tre metalli diversi: ferro, cromo e nichel. Questi tre elementi vengono combinati utilizzando uno speciale processo di trattamento termico per formare l'acciaio inossidabile. Questo processo può essere riassunto come: fusione, messa a punto/mescolamento, sagomatura, trattamento termico, taglio/formatura/finitura. Tra le sue numerose caratteristiche, le due proprietà ingegneristiche più popolari dell'acciaio inossidabile sono la sua resistenza alla corrosione e l'ecocompatibilità. L'acciaio inossidabile è spesso definito un "materiale verde" perché può essere riciclato all'infinito. Per quanto riguarda la sua resistenza al calore, il punto di fusione dell'acciaio inossidabile varia da 1400 a 1530 °C (da 2550 a 2790 °F). Il motivo di questo intervallo piuttosto che un numero esatto sono le diverse quantità di elementi misti, che si combinano per formare diversi gradi di acciaio inossidabile.I tre elementi dell'acciaio inossidabile hanno diversi punti di fusione: ferro (1535°C—2795°F), cromo (1890°C—3434°F) e nichel (1453°C—2647°F). A seconda della quantità di uno qualsiasi dei tre elementi utilizzati, il punto di fusione finale sarà influenzato in misura maggiore o minore. Tuttavia, il punto di fusione è quasi sempre compreso tra i valori medi sopra menzionati. Grazie alle sue prestazioni ideali di fabbricazione e ingegneria, l'acciaio inossidabile è ampiamente utilizzato in molte applicazioni, tra cui resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature, resistenza alle basse temperature, elevata resistenza alla trazione, durevolezza (ad alte temperature e in condizioni difficili), facile producibilità e formabilità, bassa manutenzione, aspetto attraente ed eco-compatibilità (riciclabile all'infinito). Una volta in uso, non richiede verniciatura, trattamento o rivestimento, rendendo la sua bassa manutenzione una delle sue qualità più apprezzate.Pertanto, l'acciaio inossidabile è molto popolare, soprattutto per le seguenti applicazioni: edifici (pareti esterne, ripiani, corrimano, paraschizzi), ponti, coltelli in acciaio, frigoriferi e congelatori (materiali di finitura), lavastoviglie (materiali di finitura), unità di conservazione degli alimenti, componenti di petrolio, gas e chimici (serbatoi di stoccaggio, condotte, pompe, valvole), impianti di trattamento delle acque reflue, impianti di desalinizzazione, eliche di navi, componenti di potenza (nucleare, geotermica, solare, idroelettrica, eolica), turbine (a vapore, a gas). L'elevato punto di fusione e l'elevata resistenza alla trazione dell'acciaio inossidabile aumentano la resistenza del prodotto allo stress, al carico strutturale e al ciclo di vita.
Questo metallo bianco-argenteo (grigio in polvere) è estremamente duttile e altamente resistente alla corrosione. Anche il suo punto di fusione e la sua resistenza al calore sono piuttosto elevati. Il molibdeno ha un punto di fusione di 2623 °C (4753 °F), il quinto punto di fusione più alto tra tutti i metalli. Il suo alto punto di fusione consente ai componenti in molibdeno di funzionare in modo efficiente ad alte temperature, il che è utile per i prodotti che richiedono una lubrificazione resistente al calore. Il bisolfuro di molibdeno è comunemente utilizzato come lubrificante secco in rivestimenti, grassi e dispersioni legati per aumentare la resistenza al calore. Inoltre, se necessario, la polvere di molibdeno può essere convertita in blocchi di metallo duro tramite processi di metallurgia delle polveri o fusione ad arco. In altre parole, le forme solide di molibdeno possono essere utilizzate per le applicazioni che le richiedono. Tuttavia, il molibdeno è ancora utilizzato principalmente in polvere per le sue numerose proprietà benefiche, tra cui alto punto di fusione, resistenza al calore, duttilità, proprietà non magnetiche e aspetto attraente. Molte di queste proprietà esistono anche in forma solida.Il molibdeno viene anche utilizzato per produrre leghe commerciali dure, forti, conduttive e altamente resistenti all'usura. Queste leghe vengono utilizzate in applicazioni quali armamenti, parti di motori, lame di seghe, additivi lubrificanti, inchiostri per circuiti stampati, filamenti di riscaldatori elettrici, rivestimenti protettivi (caldaie) e catalizzatori di petrolio. Nonostante sia abbondante in natura, il molibdeno non si trova liberamente (1,1 ppm). Pertanto, il suo costo è solitamente leggermente superiore rispetto ad altri metalli resistenti al calore, soprattutto quando la domanda di produzione di acciaio è elevata, poiché viene spesso utilizzato per i rivestimenti in acciaio.
Come molti altri metalli resistenti al calore in questo elenco, il nichel è un metallo di transizione bianco-argenteo noto per il suo alto punto di fusione (1455°C—2651°F) e la resistenza alla corrosione. L'elevata resistenza alla corrosione del nichel lo rende utile per la galvanizzazione e il rivestimento di altri metalli, nonché per la produzione di leghe come l'acciaio inossidabile. L'alto punto di fusione del nichel è un risultato diretto dei suoi ioni positivi e negativi (protoni ed elettroni) che si attraggono tra loro per formare forti legami che rimangono intatti sotto immensa pressione e calore. Poiché il nichel è un metallo naturale, presente in abbondanza nei depositi della Terra, non viene prodotto tramite alcun processo, ma piuttosto estratto da strati di roccia (magnesio ferro ultramafico e rocce mafiche ignee) che si trovano principalmente nei climi tropicali. D'altra parte, le leghe di nichel vengono create combinando il nichel con altri metalli come alluminio, titanio, ferro, rame e cromo tramite un semplice processo di trattamento termico. Queste leghe vengono quindi utilizzate per produrre vari prodotti per diversi settori.Attualmente, sono in uso circa 3.000 leghe a base di nichel. Le proprietà comuni esibite da tutte le varianti di lega di nichel includono resistenza, tenacità, proprietà magnetiche morbide, resistenza alla corrosione, resistenza al calore e facile producibilità (buona saldabilità). Come accennato in precedenza, le leghe a base di nichel sono utilizzate in molte applicazioni in diversi settori, con un elenco piuttosto ampio. Può essere riassunto come segue: forni elettrici, tostapane, trasformatori, induttori, piastre corazzate, alberi di trasmissione marini, pale di turbine, rivestimenti in acciaio, leghe di acciaio inossidabile, leghe resistenti alla corrosione, batterie (nichel-cadmio, nichel-metallo idruro), amplificatori magnetici, schermatura magnetica, dispositivi di archiviazione, candele, elettrodi per autoveicoli. Il nichel ha una forte resistenza all'ossidazione anche a temperature estreme.
temperature e può prevenire la corrosione elettrochimica. Pertanto, è una scelta eccellente per la produzione di leghe resistenti al calore e alla corrosione, essenziali per applicazioni che operano in ambienti corrosivi e ad alta temperatura.
Questo raro metallo blu-grigio è noto per la sua struttura estremamente dura, l'elevato punto di fusione e la resistenza a quasi tutte le forme di acidi corrosivi. Il punto di fusione del tantalio (3020°C—5468°F) è il terzo più alto tra tutti gli elementi. Il tantalio grezzo si trova solitamente in depositi chiamati columbite-tantalite (o coltan). Una volta estratto, viene separato dal niobio e da altri metalli presenti nei minerali in uno dei tre modi: applicazione elettrolitica, riduzione del fluoruro di potassio del tantalio con sodio o reazione dei carburi con ossidi. Il processo di riduzione della termite utilizzando sodio è probabilmente il metodo più popolare per produrre polvere di tantalio, un materiale ampiamente utilizzato nelle applicazioni elettriche. Rispetto ad altri materiali di produzione, il tantalio consente una gamma più ampia di variazioni di grana, il che aiuta a ridurre i costi e a migliorare le capacità di progettazione e le proprietà meccaniche.Il tantalio ha molte proprietà che ne hanno aumentato l'uso nel 21° secolo, tra cui elevata stabilità, elevata resistenza, resistenza alla corrosione (nessuna degradazione chimica a basse temperature), resistenza al calore, punto di fusione estremamente elevato, conduttività termica, conduttività elettrica, protezione dello strato di ossido (prevenendo tutte le forme di corrosione, tra cui ossidazione e corrosione acida), facile producibilità, duttilità, densità e durezza. Il tantalio è spesso combinato con altri elementi per produrre leghe con punti di fusione e resistenza alla trazione più elevati. In termini di applicazioni, il tantalio è utilizzato principalmente per produrre componenti per l'industria energetica. Tuttavia, grazie alla sua elevata resistenza al calore e alla corrosione, è anche considerato un materiale di produzione utile nei settori aeronautico, della difesa e chimico. Il tantalio è comunemente utilizzato in applicazioni quali condensatori elettrolitici, parti di forni a vuoto, componenti elettronici (circuiti, condensatori, resistori), componenti di reattori nucleari, apparecchiature di lavorazione chimica, parti di aeromobili, armamenti, strumenti chirurgici, lenti per fotocamere, trattamento superficiale dell'acciaio (rivestimenti) e pesticidi ed erbicidi.Tra tutte le applicazioni elencate, il tantalio è il più apprezzato per il suo utilizzo nei condensatori elettrolitici, capaci di immagazzinare la carica più elevata per unità di qualsiasi altro condensatore.
I metalli menzionati nella guida sopra sono i sei migliori materiali resistenti al calore disponibili per la produzione di parti metalliche personalizzate ad alta temperatura. Possiedono eccellenti proprietà meccaniche e ingegneristiche, tra cui resistenza alla corrosione, resistenza alla trazione, resistenza alla fatica, elevata duttilità, facile producibilità e tenacità. Il metallo resistente al calore adatto al tuo progetto dipenderà dai suoi requisiti. Le informazioni sopra possono aiutarti a scegliere quello giusto. Prima di prendere la tua decisione finale, ricordati di consultare un produttore di metalli con competenza ed esperienza per abbinare il materiale appropriato all'applicazione prevista.
