Il progetto si propone di fabbricare una pala di turbina soggetta ad elevati carichi termomeccanici, impiegando una lega ad alta entropia ed un processo costruttivo additivo, a deposizione diretta (Direct Energy Deposition – DED).

In particolare, si valuterà la lega AlCrFeNiCu con l’obiettivo di sostituire le superleghe di nichel, attualmente scelte per via dell’elevata resistenza meccanica a caldo. Questa lega permette, infatti, di ottenere resistenze meccaniche paragonabili a quelle attuali ma con un peso specifico molto minore (circa la metà), con tutti i vantaggi sulla riduzione di peso che ne derivano. Operativamente, nella prima fase del progetto verrà eseguita la caratterizzazione sperimentale, sia statica che a fatica, del materiale HEA ottenuto tramite DED, da effettuarsi su provini di geometria semplice e in accordo con la normativa di riferimento. Una volta determinati i parametri di processo ottimali e le resistenze meccaniche risultanti, si passerà alla progettazione di una pala di turbina aeronautica applicando metodi numerici di ottimizzazione topologica per definire la morfologia interna del manufatto (es. canali di raffreddamento). Poiché la fatica e la fatica da fretting sono le modalità di rottura dominanti per questo tipo di componenti, sarà eseguita un’adeguata valutazione progettuale su entrambi i versanti. La pala definitiva verrà quindi fabbricata secondo i principi del Laser Engineered Net Shaping (LENS), e successivamente finita mediante processi di asportazione di truciolo con una macchina a 5 assi e/o processi non convenzionali come l’ECM. Infine, le proprietà meccaniche saranno confrontate con una pala di turbina convenzionale. L’acquisizione di competenze sulla fabbricazione DED di materiali HEA è di estrema importanza sia per potenziare la filiera manifatturiera del comparto aerospace, sia per la fabbricazione di recipienti e prodotti necessari per lo stoccaggio dell’idrogeno, entrambi temi di forte interesse per la Regione.

 

Obiettivi:

Il progetto ha il duplice scopo di validare l’uso del processo di deposizione diretta DED per produrre componenti con leghe ad alta entropia e sfruttare questo know-how per la fabbricazione di pale di turbina innovative per applicazioni aerospace. Questi componenti dovranno rispettare stringenti requisiti di resistenza ad elevata temperatura garantendo al contempo un risparmio rilevante sul peso del motore.

 

Risultati attesi

 

Gli obiettivi generali verranno raggiunti attraverso i seguenti passi intermedi:

  • Ottimizzazione parametri di processo DED su leghe HEA con lo scopo di minimizzare la formazione di cricche (a caldo e a freddo) e di porosità;
  • Caratterizzazione della resistenza a creep, a fatica, a fretting-fatigue ed a frattura di componenti DED realizzati in HEA;
  • Progettazione di una pala di turbina innovativa, sfruttando modelli numerici per l’ottimizzazione topologica, concetti di Laser Engineered Net Shaping e di Design for AM;
  • Ottimizzare le strategie di deposizione per la fabbricazione della pala di turbina progettata nei punti precedenti;
  • Definire il ciclo produttivo della pala di turbina, con particolare attenzione ai processi di finitura per asportazione di truciolo e trattamento termico;
  • Caratterizzare il componente finale e confrontarlo con uno convenzionale;
  • Accrescere le competenze della filiera produttiva regionale in un settore strategico come l’aerospace;
  • Formare nuove competenze in grado di sviluppare la filiera industriale di riferimento.

 

Soggetti beneficiari: CIRI MAM (capofila), Fondazione Democenter-Sipe, BI-REX

Aziende coinvolte: TEC Eurolab Srl, Poggipolini Spa, Emag Gmbh

Costo progetto: euro 692.857,14; Contributo concesso: euro 500.000,00.

Sito web del progetto: http://heatbeta.com

 

Il progetto è realizzato grazie ai Fondi europei della Regione Emilia-Romagna, nell’ambito del PR FESR 2021-2027 AZIONE 1.1.2 – 2 – Contributi per i laboratori di ricerca accreditati dalla Regione Emilia-Romagna – “BANDO PER PROGETTI DI RICERCA INDUSTRIALE STRATEGICA RIVOLTI AGLI AMBITI PRIORITARI DELLA STRATEGIA DI SPECIALIZZAZIONE INTELLIGENTE”. DGR Num. 2097 del 28/11/2022