Influenza del grado dell'utensile e della lubrificazione nella lavorazione dell'Inconel 718 per applicazioni aerospaziali.

Nickel-based superalloys, particularly Inconel 718, are suitable materials for the production of components that are subject to high mechanical loading and operate at high temperatures. For this reason, Inconel 718 is commonly used in turbojet engines components, such as those comprising part of the combustion chamber and exhaust gas management. Among the mechanical properties of Inconel 718 are its toughness and yield strength maintained even at high temperatures, as well as good creep resistance and high resistance to oxidation. However, Inconel 718 also has characteristics that make it one of the most challenging materials to machine, such as poor thermal conductivity and high hardness. This thesis analyzes the turning performance on Inconel 718 using WC, CBN and ceramic inserts in Al2O3+SiCw with textured surfaces. The lubrication conditions were varied to investigate the possibility of replacing traditional oil lubrication with more sustainable techniques, such as the use of cryogenic gas (LN2) or even the absence of lubrication. The performance investigation resulted in the development of wear curves for the inserts, as well as an assessment of the surface finish and integrity of the machined part. The wear depth was measured using an optical microscope, while a scanning electron microscope was employed to analyze the underlying wear mechanisms. The use of cryogenic gas led to an improvement in the surface finish for both WC and CBN inserts and, in the case of WC, also to a comparable tool life. Dry turning, on the other hand, proved beneficial for CBN inserts, providing a tool life comparable to the conventional case. Finally, the use of a texture improved the lubrication conditions in the case of ceramic inserts.

Le superleghe a base nichel, in particolare l’Inconel 718, sono materiali particolarmente adatti per la produzione di componenti sottoposti ad un elevato carico meccanico e che operano ad elevata temperatura. Per questo motivo, l’Inconel 718 viene spesso impiegato per la produzione di componenti utilizzati nei motori a turbogetto, ad esempio quelli che comprendono parte della camera di combustione e della gestione dei gas di scarico. Tra le proprietà meccaniche dell’Inconel 718 spiccano la sua tenacità e tensione di snervamento mantenuta anche ad alte temperature, oltre che una buona resistenza allo scorrimento viscoso e alta resistenza all’ossidazione. Tuttavia, presenta alcune proprietà che lo rendono un materiale tra i più difficili da lavorare per asportazione: come una scarsa conducibilità termica e un’elevata durezza. In questa tesi sono state analizzate le performance in tornitura longitudinale su Inconel 718 ottenute con inserti in WC, CBN e con inserti ceramici in Al2O3+SiCw texturizzati Le condizioni di lubro-refrigerazione sono state variate al fine di investigare la possibilità di sostituire la lubrificazione tradizionale ad olio con tecniche più sostenibili come l’uso di gas criogenico (LN2) o l’assenza di lubrificazione. L’indagine sulle performance ha portato a tracciare le curve di usura degli inserti e a valutare la finitura e l’integrità superficiale del pezzo lavorato. La profondità del labbro d’usura è stata quantificata con microscopio ottico, mentre un microscopio elettronico a scansione ha permesso di studiare i meccanismi di usura presenti. L’uso di gas criogenico ha portato ad un miglioramento nella finitura superficiale sia nel caso di inserti WC che CBN e, nel primo caso, anche ad una vita utensile comparabile. La tornitura a secco invece è risultata vantaggiosa nel caso di inserti in CBN garantendo una vita utile simile al caso convenzionale. Infine, l’utilizzo di una texture radiale ha permesso un miglioramento delle condizioni di lubrificazione del petto nel caso di inserti ceramici.