Guida per l'ottimizzazione dei processi di lavorazione e modellazione dello zirconio

In ambienti chimici aggressivi dove le attrezzature falliscono frequentemente a causa della corrosione, con conseguente riduzione della produttività e costi di manutenzione elevati, lo zirconio emerge come una soluzione eccezionale. Questo articolo esplora le tecniche di lavorazione e formatura dello zirconio e delle sue leghe, consentendo alle industrie di massimizzare i loro vantaggi prestazionali.

Lo zirconio è un metallo duro, lucido, grigio-argento, rinomato per la sua eccezionale resistenza alla corrosione, che lo rende il materiale di scelta per le attrezzature di processo chimico. Nelle applicazioni non nucleari, lo zirconio esiste principalmente in due forme di lega:

• ASTM R60702 (Zr 702): Zirconio puro non legato
• ASTM R60705: Lega di zirconio-niobio contenente 2,0-3,0% di niobio

Le proprietà fisiche e meccaniche dello zirconio e delle sue leghe (dettagliate nella Tabella 1) li rendono particolarmente efficaci nelle applicazioni che richiedono un'elevata resistenza alla corrosione.

Lo zirconio offre buona duttilità e lavorabilità utilizzando attrezzature da officina standard con modifiche minori. Tuttavia, devono essere osservati tre principi fondamentali:

1. Basse Velocità di Taglio: Evitare velocità eccessive per ridurre al minimo la generazione di calore e l'incrudimento
2. Alte Velocità di Avanzamento: Produrre trucioli grossolani per ridurre l'usura dell'utensile
3. Raffreddamento Adeguato: Utilizzare lubrificanti a base di olio solubile in acqua per abbassare le temperature di taglio

A causa della sua tendenza a grippare e incrudire, lo zirconio richiede angoli di spoglia dell'utensile maggiori del normale. Mantenere gli utensili affilati è fondamentale, poiché i trucioli fini rappresentano un pericolo di incendio (vedere la sezione Sicurezza).

La tornitura dello zirconio non richiede attrezzature speciali. I parametri raccomandati sono mostrati nelle Tabelle 2 e 3. Gli angoli di spoglia dell'utensile dovrebbero variare tra +15° e +60°.

Sia la fresatura verticale che quella orizzontale funzionano bene con lo zirconio. La fresatura a tuffo è preferita per penetrare le superfici incrudite. Gli utensili devono rimanere affilati con un flusso di refrigerante adeguato. Le Tabelle 4-9 forniscono parametri di fresatura dettagliati.

Le punte da trapano standard da 118° a lama sottile con refrigerante producono risultati soddisfacenti. Un supporto rigido previene la sbavatura ai punti di uscita. Le Tabelle 10-13 delineano le specifiche per foratura, alesatura, maschiatura e lamatura.

Sia la rettifica con mola che con nastro sono efficaci. Le mole al carburo di silicio superano quelle all'ossido di alluminio. Gli oli da rettifica danno risultati migliori rispetto ai fluidi solubili in acqua. Le Tabelle 14-17 presentano i parametri di rettifica.

Le seghe a nastro manuali funzionano meglio con lame per acciaio ad alta velocità a dentatura grossa (3T). Le seghe a nastro richiedono lame con passo a dente alternato da 0,042" con refrigerante. Le Tabelle 18-20 contengono raccomandazioni per la segatura.

Lo zirconio può essere formato utilizzando attrezzature standard ma reagisce con i gas atmosferici ad alte temperature e tende a grippare.

A. Piegatura: I raggi di piegatura minimi sono 5T a temperatura ambiente e 3T a 200°C. La piegatura dei tubi richiede un raggio minimo di 3 volte il diametro esterno.

B. Punzonatura: Richiede un'elevata pressione del premilamiera con uno spazio di 1-2% dello spessore del metallo per risultati ottimali.

C. Imbutitura e Filatura: Buona formabilità nonostante le caratteristiche di incrudimento. Raggi ampi e cambiamenti graduali di sezione sono essenziali.

La natura piroforica dello zirconio richiede precauzioni speciali. Mentre il materiale sfuso è sicuro, trucioli e torniture fini si incendiano facilmente ad alte temperature. Si raccomanda lo stoccaggio in contenitori coperti d'acqua. Non usare mai acqua o estintori standard su incendi di zirconio, solo sabbia secca, polvere di grafite o polvere Metal-X.