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La lega nichel-titanio «ricorda» la forma originaria La lega nichel-titanio «ricorda» la forma originaria QUANDO il lavoro non era ancora considerato «un diritto», per procurarmene uno chiusi in un cassetto i miei sogni di pilota e d'ingegnere aeronautico. E così per guadagnarmi il pane mi ritrovai davanti alla bocca di un forno elettrico, dove «sudavo» l'effetto del calore sulla trasformazione delle leghe. Tra i molti tipi di leghe, ne emsrgs oggi un gruppo particolare: sono i «materiali a memoria di forma». In essi una forma particolare viene richiamata da una semplice variazione di temperatura. Per esempio un filo diritto può venire modellato a forma di cerchio e quindi venire rapidamente raddrizzato con il semplice riscaldamento a una determinata temperatura: se contrastato nel recupero della forma iniziale, esso è in grado di vincere una notevole resistenza. Il fenomeno fu osservato su una lega di rame più di cinquant'anni fa all'Università di Harvard e al Mit. Quasi contemporaneamente il fenomeno fu rilavato in Russia dal metallurgista Kurdymov. Successive ricerche individuarono diverse leghe, come oro-cadmio, ferroplatino, indio-cadmio, ferro-nichel, e nichel-alluminio, tutte con proprietà di memoria di forma; ma fu solo dopo che William J. Buehler del Laboratorio delle Armi navali americane, identificò una lega nichel-titanio con capacità di recupero da una grande deformazione 2 con una grande forza di ripristir^ della forma originale, che il potenziale delle leghe «a memoria di forma» fu pienamente apprezzato. La lega nichel-titanio scoperta da Buehler può riprendere la forma iniziale, annullando una deformazione fino all'8 per cento: un dato da confrontarsi con quello dei normali materiali da costruzione, che in genere non sono in grado di riprendere una deformazione superiore all' 1 per cento. Il meccanismo della memoria di forma è legato alla presenza nel materiale di due fasi stabili in corrispondenza a due differenti temperature. Nella fase austenitica, ad alta temperatura, il materiale presenta una struttura interatomica cubica e si comporta come altri tipici materiali da costruzione presentando grande durezza e for te resistenza e con una curva sforzo-allungamento di tipo classico. Quando il materiale viene raffreddato al di sotto della temperatura di trasformazione esso subisce una variazione di fase in martensite, presenta una struttura interatomica fortemente geminata e perde resi stenza. Durante il cambiamento di fase non si osserva alcuna va riazione nella forma del filo o della barra; invece la resistenza del materiale si riduce al 20-25 per cento di quella della fase austenitica, le geminazioni vengono facilmente eliminate nella struttura consentendo una deformazione pari a circa l'8 per cento. Riscaldando il materiale oltre la temperatura di trasformazione esso ritorna alla fase cubica dell'austenite e alla sua forma originale. La prima applicazione industriale della lega nichel-titanio risale al 1969 quando fu realizzato un giunto tubolare per collegare tubi in titanio del caccia americano F14 Tomcat. Il giunto tubolare di accoppiamento viene lavorato a diametro interno leggermente inferiore a quello dei due spezzoni da collegare. Raffreddato al disotto della temperatura critica - normalmente mediante azoto liquido - il materiale subisce la trasformazione di fase e risulta facilmente deformabile. A questo punto il giunto viene forzato con un mandrino allargando il suo diametro interno dell'8 per cento circa e in queste condizioni viene facilmente infilato sui due tubi da collegare. Quando il giunto, lasciato riscaldare alla temperatura ambiente, supera la temperatura critica si verifica l'effetto di memoria, per cui si restringe bloccando indissolubilmente le estremità dei due tubi. L'effetto di memoria delle leghe nichel-titanio non è limitato ai movimenti lineari testé descritti e utilizzati nei giunti negli anelli di bloccaggio. La proprietà dei materiali a memoria di forma si presta ad effettuare lavoro e ad azionare un meccanismo realizzando veri e propri attuatoli. Questi compaiono nella forma di: 1) fili diritti (grande forza, piccolo spostamento); 2) molle ad elica (piccola forza, grande spostamento); 3) molle a sbalzo (agenti a flessione); 4) molle a disco, molle a rondelle ondulate (grande forza, piccolo spostamento). Mentre normalmente il materiale viene attivato termicamente, in certi casi può essere preferibile attivarlo elettricamente facendolo percorrere da una corrente. Ciò è facilitato dalla grande resistività della lega nickel-titanio che è tale da produrre una sufficiente quantità di calore. In molti attuatori elettrici ci si aspetta che il si stema sia utilizzabile per un funzionamento ripetuto. Ciò si può ottenere mediante una molla ausiliaria di contrasto che viene deformata elastica mente dalla molla a memoria di forma durante la fase di riscal damento ma che a sua volta riposiziona quest'ultima nel successivo raffreddamento. Alcuni prodotti automobili stici, come i motori e le tra smissioni, sono soggetti a forti differenze di temperatura dal l'avviamento a freddo del veicolo sino al raggiungimento della temperatura finale di funzionamento. Nella fattispecie variazioni di viscosità del fluì do possono provocare problemi nei cambi automatici. In alcuni casi il controllo della pressione idraulica in funzio¬ ne della temperatura è stato ottenuto in modo efficace ed economico mediante una valvola controllata da una molla a memoria di forma accoppiata ad una molla di compenso; essa riduce la pressione di slittamento quando l'olio è freddo e l'aumenta quando la trasmissione raggiunge la temperatura di regime. Un'altra applicazione si ha nella valvola di controllo dell'evaporazione nei carburatori che è tenuta chiusa alle basse temperature, trattenendo il carburante evaporato nel carburatore, mentre si apre alle normali temperature di funzionamento sfogando fumi ai fini di una migliore ripresa e per evitare l'ingolfamento. Un regolatore di apertura della finestra di una serra di tipo commerciale impiega una lega rame-zinco-alluminio a memoria di forma per aprire lo sfiato del tetto quando si raggiunge una determinata temperatura e richiudendolo quando la temperatura si abbassa. Altre comuni applicazioni sono rappresentate da interruttori di corrente, dispositivi antincendio, gruppi doccia antiscottature, deflettori di scarico di una vasta gamma di usi che dà a questa specializzazione metallurgica un valore degno di un impegno industriale. Come agisce l'effetto «memoria di forma» derivante dalia variazione dei reticolo cristallino nelle fasi austenitica e marfensitica MARTENSITE GEMINATA Mario Bernardi