2.5 PALLINATURA CONTROLLATA 2.5.1 LA TEORIA DEL PROCESSO Abbiamo visto che le rotture per fatica generalmente si innescano sulla superficie nei punti di tensione massima di trazione in corrispondenza di inclusioni o discontinuità. Trattamenti termici e lavorazioni meccaniche come l’asportazione di truciolo, la saldatura e la rettifica possono indurre tensioni di trazione che si sommano alle tensioni di servizio e rendano più facile la propagazione della cricca. Esistono diverse tecniche per migliorare la resistenza dei pezzi meccanici nei confronti della sollecitazione a fatica con conseguente aumento della vita dei componenti. Tra di esse troviamo quelle che in vari modi tendono a generare sulla superficie degli stessi (infatti le rotture per fatica hanno origine proprio sulla superficie dei pezzi) uno sforzo residuo di compressione che limiti la propagazione della frattura. Quindi il principio fondamentale seguito da questi trattamenti, tra i quali spicca la pallinatura consiste nel fare in modo che negli strati superficiali la trazione generata dai carichi esterni venga ridotta, sovrapponendole uno strato di compressione “artificiale” generato dal trattamento stesso. La somma di trazione e compressione fornisce come risultato uno stato di sforzo superficiale più sfavorevole alla propagazione della frattura per fatica. La pallinatura controllata (shot peening) è un trattamento atto a migliorare la resistenza a fatica di componenti meccanici in materiale metallico. Non deve essere confuso con la pallinatura convenzionale (shot blasting) che, al contrario, è un trattamento di pulizia di superfici. Nello specifico è un processo di lavorazione a freddo che consiste nel colpire la superficie di un particolare materiale metallico con un getto controllato di microsfere proiettate ad alta velocità (40÷120 m/s). L’impatto genera sollecitazioni che superano il limite di snervamento del materiale e causa la plasticizzazione degli strati superficiali lasciando una piccola impronta (dimple).
Figura 31 – Generazione dei crateri a causa dell’impatto dei pallini [15] I frequenti impatti degli shot determinano uno schiacciamento e un allungamento degli strati epidermici del materiale, che quindi mettono in trazione le fibre più interne che a loro volta cercano di riportarsi nella posizione originale anteriore all’urto della sfera (per rispettare la continuità del materiale due fibre adiacenti devono avere la stessa lunghezza): questo induce un campo di tensioni residue che è di compressione in superficie e di trazione negli strati più interni del materiale. Un ulteriore effetto è quello della plasticizzazione degli strati sub-superficiali a causa della pressione hertziana generata dalla sfera. Essa determina una tensione di compressione con un massimo vicino alla superficie e uno sforzi di taglio massimo al di sotto di questa.
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