2.5.2 GLI EFFETTI Come detto prima il processo di pallinatura porta principalmente a tre effetti che hanno poi conseguenze sulla resistenza a fatica (o meglio influenzano le due fasi principali della frattura per fatica): 1) Sforzo residuo di compressione: l’effetto di plasticizzazione e la pressione hertziana creano un forte stato di compressione superficiale 2) Incrudimento: gli impatti degli shots plasticizzano il materiale creando nuove dislocazioni e distorcendo i grani in superficie 3) Alta rugosità: le impronte lasciate dagli shots creano una superficie leggermente ruvida e irregolare, aumentando quindi la rugosità del pezzo Effetti della pallinatura
Fase di innesco
Fase di propagazione
Sforzo residuo di compressione Incrudimento Alta rugosità superficiale
Piccolo rallentamento Rallenta Accelera
Rallenta molto Accelera Nessun effetto
Si può notare come gli effetto della pallinatura abbiamo nel complesso un risultato benefico rallentando le due fasi della frattura per fatica (soprattutto quella di propagazione). Tra i trattamenti superficiali, la pallinatura controllata è spesso utilizzata (in particolar modo nell’industria automobilistica e in quella aeronautica) per incrementare la resistenza a fatica e la durezza superficiale delle macchine e degli elementi strutturali ed è a volte preferibile ai più tradizionali trattamenti termo-chimici per la maggiore versatilità, il migliore impatto ambientale e il costo relativamente limitato. Gli incrementi di resistenza che si possono ottenere sono molto spesso davvero rilevanti. Essi dipendono oltre che dalle caratteristiche del trattamento anche dallo stato superficiale del pezzo e dalle condizioni di carico. Si attribuisce proprio al campo di tensioni residue sotto pelle, e in minor misura all’incrudimento provocato dalla deformazione plastica, il miglioramento della resistenza a fatica in quanto questo previene la nucleazione e inibisce la propagazione di cricche di fatica. La pallinatura poi, migliora la distribuzione Figura 35 - Aumento della resistenza a fatica di alberi [17] delle tensioni superficiali eventualmente turbate da lavorazioni meccaniche o da trattamenti termici e attenua notevolmente la concentrazione degli sforzi provocati da intagli, filettature e decarburazioni superficiali. Altri benefici sono la maggior resistenza a stress-corrosion, la diminuzione di porosità e infine la superficie in virtù delle fossette superficiali (dimples) riesce a trattenere in maniera efficace eventuali oli o grassi per lubrificazione. Il trattamento permette perciò di prolungare la durata di esercizio del particolare, aumentare livelli di carico in funzionamento, ridurre peso ed ingombri, impiegare materiali di elevata resistenza ma considerati troppo sensibili all'intaglio, in certi casi migliorare le condizioni di lubrificazione e a volte evitare costose riprogettazioni. Possono essere trattati con efficacia tutti i materiali metallici come acciaio bonificato, acciaio cementato, acciaio nitrurato, leghe leggere in genere ed in particolare ergal, titanio in tutti gli stati di trattamento termico, leghe di magnesio, leghe di boro, leghe o superleghe a base nichel, inconel, maraging, compositi a matrice metallica ed altri.
Cenni teorici
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