Miglioramento della lavorabilità alle macchine utensili della superlega Inconel 718 mediante utensili con superficie micro-strutturata e lubrificazione solida

Inconel 718 is a nickel-based superalloy characterized by excellent mechanical, physical and chemical properties, making it a strategic material in numerous high-performance sectors, particularly in the aerospace industry. This material shows high thermal and mechanical resistance, as well as corrosion resistance in harsh environments. Despite its significant application advantages, Inconel 718 exhibits poor machinability due to its high toughness, pronounced work-hardening tendency and low thermal conductivity. The rapid wear of cutting inserts and the quality of the machined surface are critical issues in machining operations. This thesis investigates the longitudinal turning performance of Inconel 718 using round textured ceramic inserts. The insert texturing was carried out with three different geometries: radial grooves, circumferential grooves and dimples. Additionally, the influence of lubrication conditions was studied. In particular, two methods were compared: conventional lubrication and a hybrid lubrication, achieved through the simultaneous use of traditional oil-based lubricant and graphite nanoplatelets employed as a solid lubricant. To complete the analysis, cutting forces were measured and a chip morphology study was conducted in order to obtain further information about the material removal mechanism and cutting conditions. The performance investigation resulted in plotting the wear progression of the inserts and the surface roughness trend of the machined workpiece. The results show that the texture geometry influences both the degree of tool wear and the shape of the wear curve. Under conventional lubrication conditions, the dimples-textured insert showed the longest tool life; with the use of solid lubricant the most significant improvement was observed with the circumferential-textured insert, even in terms of surface finish.

L’Inconel 718 è una superlega a base di Nichel caratterizzata da eccellenti proprietà meccaniche, fisiche e chimiche che ne fanno un materiale strategico in numerosi settori ad alte prestazioni, in particolare in ambito aerospaziale. Questo materiale è caratterizzato da elevata resistenza termica, meccanica e capacità di resistenza alla corrosione in ambienti sfavorevoli. Nonostante i suoi importanti vantaggi applicativi, l’Inconel 718 presenta una bassa lavorabilità alle macchine utensili per via della sua elevata tenacità, spiccata tendenza all’incrudimento e bassa conducibilità termica. La rapida usura degli inserti da taglio e la qualità della superficie lavorata sono aspetti critici per queste operazioni. In questo lavoro di tesi sono state analizzate le performance in tornitura longitudinale dell’Inconel 718 con inserti ceramici tondi texturizzati. La tessitura dell’inserto è stata fatta con tre geometrie differenti: solchi radiali, solchi circonferenziali e dimples. È stato inoltre studiato il comportamento al variare della condizione di lubrificazione. In particolare, sono state confrontate due modalità: la lubrificazione convenzionale e una lubrificazione mista, ottenuta dall'uso simultaneo di lubrificante tradizionale a base d'olio e di nanopiastrine di grafite impiegate come lubrificante solido. A completamento dell'analisi sono state acquisiste le forze di taglio ed è stato condotto uno studio sulla morfologia dei trucioli ottenuti, col fine di ottenere ulteriori informazioni sul meccanismo di asportazione del materiale e sulle condizioni di taglio. L'indagine sulle prestazioni ha portato a tracciare le curve di usura degli inserti e dell’andamento della rugosità superficiale del pezzo lavorato. Dalle analisi effettuate si evince che la geometria della texture influenza sia il grado di usura che la forma della curva. In condizioni di lubrificazione convenzionale, l'inserto con tessitura dimples è risultato essere quello con la maggiore vita utile, mentre con l'utilizzo del lubrificante solido il miglioramento più significativo è stato osservato per l'inserto con texture circonferenziale, anche in termini di finitura superficiale.