Leghe a memoria di forma S.M.A

Quando si parla di metalli, probabilmente il primo che viene in mente è l’acciaio, impropriamente detto ferro. Le sue proprietà sono brillanti, tanto che negli anni è stato utilizzato come materiale da costruzione nei diversi ambiti dell’ingegneria: dai grattacieli con centinaia di piani, ai motori con potenze dell’ ordine delle centinaia di migliaia di kW, ma anche ponti, macchine utensili, stadi di turbine e tanto altro ancora. I tecnologi che studiarono la lega Ferro-Carbonio, tramite prove universali, dunque riconosciute anche oltre oceano, ricavarono dei dati sorprendenti : durezze elevate, elevata resistenza alla trazione, ottima resistenza agli urti detta resilienza, elevata resistenza alla fatica meccanica e termica, alta conducibilità termica, buona saldabilità per determinate percentuali di carbonio equivalente, buona duttilità, ecc.

Soltanto variando la percentuale di carbonio contenuto all’interno della lega è possibile ottenere una grandissima varietà di acciai; inoltre aggiungendo elementi in lega come Cr (Cromo), V (Vanadio), W (Tungsteno o Wolframio), Ni (Nichel), oppure attuando trattamenti termici e termo meccanici, le suddette proprietà aumentano profondamente.

Fra i pregi della lega, vi è anche il basso costo di produzione legato alla semplicità di reperire le materie prime.

Il difetto più grande è il peso: 1m³ di acciaio pesa 7800 Kg, cioè 7.8 volte più pesante dell’acqua! Analizzando lo sviluppo tecnologico, si osserva che è stata molto intensa la ricerca di materiali che avessero le caratteristiche dell’acciaio, ma con un peso minore.

Tale ricerca è ancora in atto e in questi ultimi periodi si sente parlare di Shape Memory Alloys ovvero Leghe a Memoria di Forma. Si tratta di particolari materiali in grado di ricordare la propria forma, generalmente realizzati in Nichel e Titanio, quando vengono deformate.

Come si vede  dall’immagine è possibile sottoporre la
lega a sollecitazioni piuttosto intense, ma la deformazione impressa non è permanente.

Infatti le S.M.A hanno come caratteristica principale quella di essere in grado di recuperare una forma originaria, grazie all’ aumento della temperatura o per via del cambiamento dello stato di sollecitazione applicato in precedenza.

Quindi se viene applicato un carico in grado di deformare la lega e successivamente riscaldata, la struttura cristallina si modifica tornando nella configurazione iniziale di materiale indeformato.

Inoltre si attribuisce a tali materiali la proprietà di super elasticità: fin tanto che lo sforzo viene applicato al di sopra della temperatura di trasformazione, la lega è in grado di ritornare alla posizione originaria senza fornire calore alla struttura cristallina.

Queste sono le due proprietà fondamentali di cui godono le S.M.A.

Le applicazioni sono le più disparate. Maggiormente applicate in ambienti in cui la temperatura è ben controllata:

·         nel campo medico, grazie alla elevata biocompatibilità delle S.M.A, in particolare la lega Ni-Ti  vengono impiegate per la costruzione di apparecchi ortodontici, sostituendo il tradizionale filo di acciaio inossidabile. Il beneficio è del paziente perché si riducono le sedute dal dentista, però il costo iniziale da sostenere non è basso.

·         Vengono realizzate le montature degli occhiali da vista; infatti grazie alla proprietà della super elasticità posseduta dalla S.M.A, si realizzano montature con vita utile molto elevata.

La caratterizzazione di questa nuova generazione di materiali, ha fatto notare ai ricercatori, che il legame tensione -  deformazione, dopo una fase di carico e il successivi scarico, è enormemente più grande rispetto a quello dei materiali tradizionali come l’acciaio.

In altre parole le S.M.A riescono ad immagazzinare una grande quantità di energia prima di arrivare a rottura. L’applicazione principe in questo senso è la costruzione di smorzatori sismici da impiegare nelle strutture abitative, scuole e uffici. Infatti l’energia scaturita da un terremoto di media intensità può essere immagazzinata e quindi dissipata da questo materiale fantastico. In questo modo il sisma scarica la maggior parte della sua potenza sullo smorzatore e non sulla struttura.

Il video mostra il comportamento di un elemento costruttivo quando è sottoposto ad azioni trasversali dinamiche che simulano un terremoto di intensità crescente.

E’ evidente che senza l’impiego dello smorzatore super elastico, il componente va in crisi dopo pochi cicli di fatica.

In altri svariati campi trovano applicazione le S.M.A

Dietro tutto questo c’è il lavoro di grandi uomini che hanno dato a loro vita alla ricerca e se oggi usufruiamo di tale tecnologia, il merito è soltanto di quegli stessi uomini che credevano nel loro lavoro e che hanno migliorato la qualità di vita di milioni di persone.