Danneggiamenti Alberi di Trasmissione
Gli alberi di trasmissione sono manufatti cilindrici pieni o cavi, che servono per la trasmissione del moto o per il supporto di cuscinetti. Il movimento può essere una rotazione e/o una traslazione alternata, con carico longitudinale trasmesso in modo alternato. Questo implica che gli sforzi, cui sono sottoposti gli alberi, sono di torsione, trazione, compressione, flessione o combinazioni di due o più di tutti questi, comprese le vibrazioni.
Oltre alle condizioni di carico operative, che possono portare a rotture di fatica, gli alberi possono lavorare in ambienti polverosi, atmosfere corrosive, lubrificanti degradati, alte o basse temperature, che favoriscono danneggiamenti per usura, corrosione, ossidazione e combinazioni di parte o tutti i meccanismi di danneggiamento dei metalli in generale.
La causa che maggiormente porta al’avaria degli alberi di trasmissione è la fatica, le cui principale causa è l’intensificazione degli sforzi dovuta a filettature, angoli vivi, fori, variazioni di sezione, coniature, incavi e intagli in generale. Questi fattori sono ancor più severi se agiscono sinergicamente con i fenomeni di fretting (sfregamento) e di corrosione localizzata quali il pitting (vaiolatura o corrosione crateriforme) e la crevice corrosion (corrosione da aerazione differenziale o corrosione da fessura). Altre cause d’innesco delle fratture di fatica dipendono da difetti metallurgici quali: ripiegature di laminazione, fucinatura o stampaggio, bruciature di rettifica, inclusioni non metalliche affioranti, fasi fragili, decarburazione, difetti di saldatura, cricche di tempra.
Altre cause di danneggiamento dipendo dell’usura, urti, sovraccarichi, fragilità a bassa temperatura, scorrimento viscoso a temperatura elevata e infragilimento da idrogeno.
La procedura per la diagnosi dei difetti degli alberi di trasmissione prevede i seguenti esami:
Esame del progetto, che mira a verificare la validità della scelta dei materiali e dei processi di fabbricazione scelti, le lavorazioni meccaniche, i trattamenti termici, i trattamenti di indurimento e di finitura superficiale, la durezza in superficie e a cuore, le caratteristiche meccaniche nominali.
Esame delle condizioni generali d’esercizio, che mira a verificare se l’albero abbia effettivamente lavorato secondo le previsioni o in un ambiente anomalo (ricco di polveri, aggressivo, ecc.).
Esami e controlli sul pezzo, che mirano a verificare la corrispondenza del materiale e delle sue caratteristiche alle prescrizioni del progetto e alla verifica della sua integrità o al rilevamento dell’entità e posizione di eventuali difetti.
Esame delle condizioni specifiche d’esercizio, che mira a verificare se il montaggio, l’allineamento, la posizione dei supporti e dei cuscinetti, la lubrificazione, ecc. sono conformi alla buona pratica.
Esame visivo, che mira ad accertare l’esistenza e a identificare e misurare tutte le parti di un albero rotto e dei componenti del cinematismo di cui faceva parte, a definire le loro posizioni relative, a verificare la presenza di eventuali marcature, numeri di matricola, ecc., a rilevare cricche o difetti superficiali macroscopici, a esaminare le fratture.
Prove non distruttive iniziali. L’albero e/o i frammenti più interessanti dovrebbero essere sottoposti a eventuali prove non distruttive, mirate a identificare eventuali difetti interni o superficiali non visibili.
Esame macroscopico e macrofrattografico. È la prima delle fasi essenziali della diagnosi di difetto in laboratorio. Dopo questi esami si pianificano gli esami successivi, anche distruttivi e che pertanto non ammettono incertezze, ripensamenti o errori.
Esami micrografici, utili per identificare il o i punti d’innesco della frattura, o le zone ritenute interessanti o più significative. Essi danno informazioni sulla microstruttura dell’acciaio, sulla sua purezza (inclusioni), sulla presenza d’eventuali inneschi della frattura e sulla loro natura.
Esame in microscopia elettronica a scansione (SEM), utile soprattutto quando la natura della frattura non è chiara (frattura di fatica priva di linee di spiaggia ma non di striature, frattura duttile o fragile).
Analisi chimica e prove meccaniche, fondamentali per confermare la conformità delle caratteristiche dell’albero di trasmissione a quelle di progetto.
Rilievi dimensionali, che si eseguono quando non è certa la rispondenza dimensionale del pezzo con le prescrizioni di progetto.
Tutti i dati raccolti saranno poi sottoposti all’analisi critica a conclusione della diagnosi di difetto, per formulare l’ipotesi più probabile del danneggiamento. Nei casi più complessi si eseguiranno (se possibile) anche simulazioni di carico teoriche al computer (metodo agli elementi finiti, metodo di Montecarlo, ecc.) o sperimentali su prototipi, per cercare di riprodurre il danneggiamento e confermare le ipotesi formulate.
Di seguito alcuni esempi di danneggiamenti di alberi per fatica e usura.
Figura 1. Albero fucinato bonificato, rotto a fatica. Linee di spiaggia rese evidenti dalla corrosione sulla superficie di frattura.
Figura 2. Striature evidenziate al microscopio elettronico a scansione sulla superficie di frattura a fatica di un albero in lega d’alluminio 7075, bonificata T6, sollecitato alternativamente con dieci cicli ad alto carico e dieci a basso carico. 4900 x.
Figura 3. Severa usura adesiva di un albero d’acciaio cementato, temprato e disteso, dovuta ad insufficiente lubrificazione della bronzina di banco.
