TUNGSTENO
PURO E SUE LEGHE: CLASSIFICAZIONE, TIPI, PROPRIETA’[8,9]
L’alta temperature di fusione del tungsteno lo rende una scelta molto
indicate per le applicazioni strutturali soggette ad alte temperature. A
temperature basse viene sfruttato il suo elevato modulo elastico, la sua
elevata densità e la sua caratteristica di schermante dalle radiazioni.
Il tungsteno e le sue leghe
sono prodotti mediante metallurgia delle polveri. Subiscono quindi le fasi di pressatura,
sinterizzazione e forgiatura in fogli, barre o fili. Spesso le fasi di
forgiatura sono complesse e necessitano della tecnologia “near net
shape”.
I prodotti industriali del tungsteno possono essere divisi in 3 distinti
gruppi sulla base del loro comportamento a ricristallizzazione:
Gruppo 1
Del primo gruppo fanno parte il tungsteno non legato fuso ad arco, altre
forme di tungsteno puro e il tungsteno legato con renio o molibdeno. Questi
materiali, a seguito della prima cristallizzazione, mostrano una struttura cristallina a
grani equiassici. Temperatura di cristallizzazione e dimensione dei grani
diminuiscono all’aumentare dello stress indotto a freddo.
Gruppo 2
Il secondo gruppo comprende le polveri tungsteno di purezza
“commercial grade”. Come il primo gruppo mostrano la formazione di
grani equiassici , ma le temperature di ricristallizzazione sono maggiori dei
materiali del primo gruppo. In questo modo questi materiali non mostrano una
diminuizione della temperatura di cristallizzazione e della dimensione dei grani
all’aumentare dello stress indotto a freddo.
Gruppo 3
Il terzo gruppo comprende il tungsteno AKS (ovvero drogato con alluminio,
potassio e silicio), il tungsteno legato con renio, e il tungsteno puro legato
con più dell’1% di ThO2. Questi materiali sono caratterizzati
da alte temperature di ricristallizzazione (>
PROPRIETA’ MECCANICHE E FISICHE DEL TUNGSTENO
Il tungsteno ha un valore di modulo elastico molto alto e una buona
resistenza al creep. Tuttavia, la sua alta densità, la sua scarsa
duttilità a basse temperature e la sua forte reattività in aria
limitano fortemente i sui usi. Le massime temperature di applicazione per il
tungsteno vanno dai 1900° ai
La lavorazione a freddo conferisce al tungsteno buona resistenza meccanica
fortemente direzionata lungo la direzione di lavorazione. La tenacità a
temperatura ambiente non è elevata. Se il tungsteno viene trattato
termicamente intorno ai
LEGHE A BASE DI TUNGSTENO
Tre sono le leghe di tungsteno commercializzate:
·
Tungsteno- ThO2
·
Tungsteno – Molibdeno
·
Tungsteno – Renio
Le leghe tungsteno – ossido di torio consiste in una matrice di
tungsteno con all’interno una seconda fase dispersa di torio. La
dispersione di torio intensifica l’emissione termoionica di elettroni, che
a sua volta la capacità di accensione dell’elettrodo di tungsteno
nella saldatura ad arco. Inoltre migliora la resistenza al creep a temperature
superiori ai
Leghe di tungsteno –
metallo pesante (Tungsten Heavy-Metal
Alloys, WHAs )
Queste sono delle leghe con un contenuto di tungsteno variabile tra il 90 e
il 98%. La maggior parte di queste leghe è bifasica, dove la fase
principale (principal phase) è composta da tungsteno puro, mentre la
fase secondaria (binder phase) è composta da un metallo di transizione
ad alto peso molecolare e tungsteno. Di conseguenza le WHAs derivano le loro proprietà fondamentali
dada quelle della fase principale che provvede all’alta densità e
all’alto modulo elastico. Sono queste le proprietà fondamentali
che caratterizzano questa famiglia di materiali. .
Gli usi attuali delle WHAs spaziano in un grande range di applicazioni:
·
Pesi per il bilancio di aircraft, rotori di elicotteri e missili.
·
Penetratori ad alta energia per mezzi pesanti blindati
·
Schermatura di radiazioni
·
Contenitori di isotopi radioattivi
·
Proiettili ad alte prestazioni per caccia subacquea
·
Componenti per giroscopi
·
Pesi di bilanciamento per barche da regata e automobili da competizione
Molte applicazioni che necessitano di
masse ad alto peso specifico (come pesi per bilanciamento di un determinato
sistema, masse inerziali, penetratori ad alta energia, schermi per radiazioni,
etc…), sfruttano le leghe pesanti di tungsteno in quanto sono il compromesso ideale tra
ingombro, costo e prestazioni. Simile per caratteristiche è
l’uranio, ma la sua potenziale pericolosità ne limita fortemente
gli utilizzi.
I metalli in lega più comuni
che costituiscono le leghe tungsteno – metallo pesante sono: nichel,
ferro, rame e cobalto. La scelta della lega dipende da molti fattori. In primis
vi è la densità della lega che l’applicazione specifica
necessita; in secondo luogo è necessario valutare la resistenza a
corrosione, il carattere magnetico e
le proprietà meccaniche.
La prima lega che sviluppata fu la
W-Ni-Cu. Questo sistema ternario
è ad oggi ancora usato, anche se solo occasionalmente. Oggi infatti
questa lega è stata sostituita, nel suo campo di applicazioni, dalla
W-Ni-Fe, che assicura migliore resistenza alla corrosione e migliori proprietà
meccaniche. Questa lega soddisfa tutti i requisiti che una WHAs deve avere. Le
più comuni leghe industriali di questo tipo sono la 93 W - 4.9 Ni - 2.l
Fe e
95 W-4 Ni – l Fe. L’aggiunta di un ulteriore elemento come
il Cobalto ( generalmente 5…15%) induce un aumento di duttilità e
resistenza meccanica. La presenza di tale elemento in lega provoca un
indurimento per soluzione della fase secondaria a cui corrisponde
macroscopicamente un aumento della resistenza della lega.
Per applicazioni particolare, dove
sono necessarie elevate proprietà meccaniche, si ricorre alla lega
ternaria W-Ni-Co con rapporto nichel/cobalto compreso tra 2 e 9. Queste leghe
subiscono un trattamento di tempra e invecchiamento, in modo tale da indurre la
precipitazione di composti intermetallici (generalmente Co3W) .
Per ciò che concerne le leghe
quaternarie la più utilizzata è