Il presente Rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito dell’Area Produzione e Fonti Energetiche, relativamente al Progetto Gas, WP 1.2: “Flessibilità ed affidabilità degli impianti a ciclo combinato”, per quanto riguarda le tecniche di prova miniaturizzate per la determinazione delle proprietà meccaniche residue di componenti eserciti. Al fine di rendere più affidabile la valutazione della vita residua dei componenti eserciti è infatti necessario disporre di dati affidabili sulle proprietà residue dei materiali base dopo periodi significativi di esercizio. Per poter determinare quindi le caratteristiche del materiale esercito sono stadi condotti studi su tecniche di prova meccanica miniaturizzate che sono le uniche applicabili quando il volume di materiale disponibile è molto limitato come accade ad esempio per le palette cave delle turbine a gas dell’ultima generazione. Le pale rotanti di turbogas realizzate secondo le più recenti tecnologie hanno infatti geometria della foglia cava per consentire il raffreddamento dall’interno del materiale la cui superficie esterna è esposta alle massime temperature dei fumi caldi; pertanto nelle zone dove il degrado del materiale è massimo sono disponibili solo pochi millimetri di spessore per la realizzazione di campioni su cui determinare le proprietà meccaniche. Il lavoro programmato è stato quindi di riprendere lo studio della tecnica di prova small punch e di quella del cosiddetto minicreep, già oggetto di precedenti studi svolti nell’ambito RdS, ma focalizzando l’attenzione sul superamento di alcune delle limitazioni ed incertezze tuttora riconosciute per queste tecniche. L’attività svolta si è quindi sviluppata su tre principali linee di lavoro: • modifiche delle macchine di prova small punch creep e minicreep per minimizzare le incertezze di misura ed aumentare ripetibilità/riproducibilità dei dati; • applicazione della prova small punch creep su una lega a base nichel, per valutare la possibilità di stimare le proprietà di creep in condizioni isoterme (finora giudicata ancora incerta anche in ambito internazionale), ed approfondimento delle conoscenze sulla correlazione tra forza applicata nella prova small punch e sollecitazione equivalente di prove di creep uniassiali; • confronto della tecnica small punch tensile con un’altra tecnologia non invasiva (ABI), di applicazione finora prevalente nel campo dei materiali per impianti petrolchimici; lo studio ha consentito di approfondire le problematiche di correlazione tra risultati small punch e risultati di prove convenzionali. Quest’ultima attività è stata svolta in collaborazione con la ditta Venezia Tecnologie che ha seguito la parte di lavoro relativa alle prove convenzionali ed alle misure con la tecnica ABI. I risultati ottenuti hanno indicato che la determinazione delle proprietà di creep in condizioni isoterme con prove small punch creep appare possibile sebbene fosse ritenuta finora incerta e non era ancora stata effettuata su leghe a base Nichel. Le modifiche apportate alla macchina di prova in dotazione a CESI RICERCA hanno fornito un notevole contributo all’affinamento della prova e all’affidabilità dei dati misurati e utilizzati per l’analisi del comportamento a creep. Sono poi state eseguite la progettazione, la costruzione e il collaudo di una attrezzatura di interfaccia per prove Small Punch (SPTester) in accordo con le indicazioni espresse dal CEN nel Code of Practice Part B – CWA 15627:2006 (E). Il confronto svolto tra la prova small punch tensile e la tecnologia ABI ha confermato che, pur sussistendo la problematica di correlazione tra i risultati di prova miniaturizzata e quelli di prova convenzionale, è comunque possibile anche nel caso della nuova classe di acciai esaminata determinare con buona affidabilità le proprietà di resistenza tensile con la tecnologia small punch. Questa attività risulta peraltro di particolare interesse per gli sviluppi futuri della generazione elettrica in relazione alla caratterizzazione di materiali analoghi a quelli esaminati per impieghi nella generazione da idrogeno ed alla possibile applicazione della prova small punch anche per la valutazione di fenomeni di infragilimento o più in generale deterioramento legati all’ambiente di prova.

Proprio per cercare di accrescere la robustezza della prova SP e per superare l’attuale necessità di confronto con i risultati di provini tradizionali, è anche iniziata un’attività di modellazione con la tecnica degli elementi finiti, individuando oltre ad Abacus anche un secondo codice adatto allo scopo.