L’evoluzione tecnologica nella produzione di leghe e materiali ad alta performance è iniziata con la scoperta del fuoco, e da allora non si è più fermata anzi, corre!
Che relazione c’è tra la famosa guerra del Peloponneso tra Spartani e Ateniesi e il motorsport? Apparentemente nessuna, ma i due scenari ci danno modo di riflettere sull’evoluzione dei materiali più adatti per i due impieghi: la guerra e le corse automobilistiche.
Sono passati quasi 2500 anni dalla guerra del Peloponneso e il progresso tecnologico ha cambiato completamente anche i materiali con cui abbiamo a che fare.
I soldati avevano a disposizione principalmente bronzo, lega di rame e stagno, e poi il ferro, nome generico attribuito a leghe poco controllate e dalle proprietà scarsamente conosciute. Non molto, insomma.
L’importanza di apprendere l’uso di queste leghe fu così impattante sulla vita umana da dare il nome alle ere di sviluppo della civiltà. Il bronzo era il materiale più semplice e comune, con cui si costruivano gli scudi, mentre il ferro, che fondeva a temperature molto più alte ed era più difficile da lavorare, era dedicato alla produzione di lame di lance e spade. Le tecniche di produzione erano molto limitate e consistevano nella forgia con incudine, martello e attrezzi manuali. Evidente, quindi, che si cercasse di utilizzare al meglio i materiali a disposizione per ottimizzarne l’uso e la complessità produttiva o, come diremmo oggi, le performance.
Questo è quello che viene fatto anche oggi nel motorsport, con fini differenti, ma con lo stesso impegno e creatività e… con una infinità di materiali e tecniche produttive rispetto al 400 a.C.
Al ferro sono state sostituite le sue leghe che, al variare degli elementi disciolti, possono dare caratteristiche estremamente specifiche e differenti come la resistenza a fatica, cioè capacità di sopportare la temporanea applicazione di carichi meccanici non distruttivi per un elevato numero di cicli, la resistenza alle alte temperature o la resilienza, cioè la capacità di assorbire energia durante un urto. Accanto a esse troviamo l’alluminio, il magnesio, il tungsteno, la fibra di carbonio e il titanio, scelti di volta in volta in funzione delle specifiche proprietà di leggerezza o rigidezza. Sono nate anche le leghe a memoria di forma con cui si realizzano particolari dotati di elasticità, che quando vengono riscaldati tornano alla forma originaria, impiegati per modificare la geometria aerodinamica della vettura quando è calda. Ci sono anche superleghe come l’AlBeMet che ha la resistenza meccanica dell’acciaio e la leggerezza dell’alluminio, ma è tossico nel caso in cui venga a contatto con una fiamma…e purtroppo sappiamo che le vetture da corsa ogni tanto fanno questo scherzo!
Per porre un freno all’impiego di leghe troppo esotiche, la FIA, Federazione Internazionale dell’Automobilismo, ente che delibera i regolamenti tecnici della F1 e di altri campionati a quattro ruote, ha posto dei limiti al rapporto tra il modulo di rigidezza (Modulo di Young, E) e la sua densità (Ro), bandendo così tutta una famiglia di materiali denominati superleghe.
Le leghe del ferro e l’alluminio hanno un rapporto piuttosto simile, pari a circa 26000, mentre per l’AlBeMet è pari a 100.000, quasi 4 volte tanto. Questo vuol dire che se costruisco un componente strutturale in lega di ferro o di alluminio, a parità di dati di progetto i due componenti peseranno lo stesso (avranno però dimensioni differenti), mentre lo stesso componente in superlega peserà un quarto. Potete facilmente immaginare che, su una vettura da corsa, dove il controllo del peso contribuisce pesantemente sulla performance, è un grande vantaggio!
Dal punto di vista delle tecniche di produzione si spazia tra tutte le tecnologie più o meno recenti: fusione, asportazione di truciolo, sinterizzazione. Importante l’evoluzione che ha avuto in questi anni l’uso della stampa 3D di componenti metallici, come ad esempio le valvole motore che in virtù di questo processo sono realizzate cave, per ridurne il peso, permettendo al motore di girare a più alto regime e di smaltire in maniera più efficiente il calore generato dalla combustione.
Merita un accenno la tecnologia per la produzione di componenti in fibra di carbonio. Partendo da dei fogli simili a tessuto, questa tecnica permette di produrre componenti strutturali, carrozzerie, profili alari, fino ai freni attraverso particolari lavorazioni e processi chimici. Non è ormai possibile pensare a una qualunque vettura da competizione ad alte prestazioni priva di questo materiale resistentissimo e leggerissimo (2 kg/dm³).
Insomma, che siate soldati ateniesi o spartani, oppure moderni ingegneri automobilistici, non dimenticate mai l’importanza di studiare con accortezza i materiali a vostra disposizione!
Per saperne di più:
Leghe a memoria di forma: https://it.wikipedia.org/wiki/Lega_a_memoria_di_forma
Resilienza: https://it.wikipedia.org/wiki/Pendolo_di_Charpy
Fatica meccanica: https://it.wikipedia.org/wiki/Fatica_(scienza_dei_materiali)
Immagine di copertina: Formula1 via Yahuen/Shutterstock