Gli stampi in tungsteno-molibdeno ad alta temperatura mantengono la durezza a 800°C per la lavorazione di fili in superleghe

I fili in superlega (Inconel, Hastelloy e le varie formulazioni di nichel-cromo utilizzate nei componenti dei motori a reazione e nelle guarnizioni degli impianti chimici) rappresentano una sfida di trafilatura che le normali matrici in carburo non possono affrontare. Il materiale si indurisce in modo aggressivo e l'attrito sull'interfaccia dello stampo genera temperature localizzate che normalmente superano i 700°C. Le matrici in carburo di tungsteno, nonostante la loro durezza a temperatura ambiente, iniziano ad ammorbidirsi sopra i 500°C quando la fase legante di cobalto perde la presa sui grani di carburo. Il risultato: rapida usura della filiera, filo ovale e frequenti variazioni dimensionali che costringono a interruzioni della produzione.

Un produttore di stampi speciali in Austria ha introdotto a Linea di matrici per trafilatura in tungsteno-molibdeno che affronta direttamente questa limitazione termica. La lega, composta al 75% di tungsteno e al 25% di molibdeno in peso, con tracce di ossido di lantanio per la stabilizzazione del grano, mantiene una durezza Vickers di 1.800 HV a 800°C, rispetto al carburo di tungsteno standard che scende sotto i 1.000 HV alla stessa temperatura. Test indipendenti presso uno stabilimento tedesco di superleghe hanno dimostrato che le matrici in tungsteno-molibdeno hanno prodotto 320 tonnellate di filo Inconel 625 prima di raggiungere il limite di usura, mentre le matrici equivalenti in carburo si sono guastate a 95 tonnellate. Si tratta di un prolungamento di 3,4 volte della durata dello stampo, con una corrispondente riduzione dei tempi di inattività e dei costi di rilucidatura.

Aiuta anche l'elevata conduttività termica del materiale. Il tungsteno-molibdeno dissipa il calore di attrito in modo più efficiente rispetto al carburo, mantenendo il cuscinetto della matrice più freddo e riducendo il rischio di difetti superficiali del filo causati dal surriscaldamento localizzato. Un fornitore di componenti per motori a reazione nel Regno Unito ha riferito che le matrici in tungsteno-molibdeno hanno ridotto il tasso di rottura del filo da 3,2 rotture per tonnellata a meno di 0,5 rotture per tonnellata, un risultato diretto di un controllo più coerente della temperatura sul cono di riduzione.

Il divario prestazionale è ancora più pronunciato se paragonato alle filiere per trafilatura del filo zincato , che sono generalmente realizzate in metallo duro standard con finitura lucida. Queste matrici sono adeguate per fili di acciaio tenero a basso tenore di carbonio con rivestimento di zinco, ma non hanno la stabilità termica necessaria per le leghe ad alta resistenza. Una fabbrica di filo che ha tentato di utilizzare filiere di grado zincato per la trafilatura dell'acciaio inossidabile ha riportato una durata della filiera inferiore a 40 tonnellate, una frazione di quella fornita dalle filiere in tungsteno-molibdeno. Da allora lo stabilimento ha separato il proprio inventario degli stampi, riservando quelli in tungsteno-molibdeno esclusivamente alle linee di leghe ad alta temperatura.

Guardando al futuro, lo stesso produttore sta sperimentando un concetto di filiere per trafilatura nano, in cui la superficie della filiera viene trattata con un rivestimento di diamante nanocristallino applicato tramite deposizione chimica da vapore. I primi prototipi mostrano una durezza superiore a 3.000 HV a temperatura ambiente, ma la stabilità del rivestimento a 800°C è ancora in fase di valutazione. Il substrato di tungsteno-molibdeno, con la sua resistenza alle alte temperature, fornisce una base ideale per tali rivestimenti, una combinazione che potrebbe portare la durata dello stampo a un livello ancora superiore.

Per l'azienda di lavorazione del filo in superleghe, il sovrapprezzo per le matrici in tungsteno-molibdeno, circa 2,5 volte quello del carburo, è rapidamente giustificato dalla maggiore durata utile. Un responsabile della produzione lo ha detto chiaramente: "Prima cambiavamo le fustelle ogni settimana. Ora le cambiamo una volta al mese. Sono quattro settimane di disegno ininterrotto, il che significa che in realtà spediamo il prodotto invece di riparare sempre gli strumenti". Nella trafilatura di cavi di alto valore, l'affidabilità a temperature estreme non è negoziabile: rappresenta l'intero business case.