Sforzi residui in ingranaggi cementati

Agli ingranaggi aeronautici vengono richieste elevate capacità di carico e durata. Spesso gli ingranaggi per questo tipo di applicazione vengono cementati. Durante il trattamento termico si generano però sforzi residui all’interno dei componenti. La natura e la distribuzione di questi sforzi residui possono portare a significative distorsioni del componente per cui a valle del trattamento termico vanno previste lavorazioni di finitura. Le performance a fatica degli ingranaggi soggetti a carico ciclico sono fortemente dipendenti dalla natura e dall’ampiezza degli sforzi residui generati in fase di produzione. In questo lavoro sono stati studiati gli sforzi residui generati dal trattamento termico e dalle successive lavorazioni di ingranaggi cementati. La geometria, a denti dritti, è stata sgrossata a monte del trattamento termico. Successivamente è stata prevista una finitura superficiale. L’evoluzione degli sforzi residui nell’ingranaggio è stata misurata attraverso metodi di campo. In aggiunta si sono utilizzare anche tecniche ai raggi X.

Ingranaggi sotto la lente

Gli ingranaggi sono tipicamente sottoposti a carichi ciclici e, quindi, sollecitazioni a fatica [1]. La forgiatura degli ingranaggi ha mostrato avere del potenziale per migliorarne le proprietà meccaniche quali la tenacità e la resistenza a fatica [2]. I cedimenti a fatica negli ingranaggi avvengono tipicamente in corrispondenza di un’inclusione nella regione di massimo sforzo di flessione [1]. Le inclusioni o le macro-segregazioni possono essere eliminate attraverso il processo di forgiatura aumentando così le performance del materiale. Inoltre, la forgiatura può influenzare le linee di flusso delle micro-segregazioni il cui orientamento può influenzare le proprietà a fatica [3]. Navas ha mostrato l’effetto della forgiatura sulle micro-segregazioni e di come queste possano rimanere anche dopo il rinvenimento [4]. L’effetto della eterogeneità delle distribuzioni si ripercuote anche sulla distribuzione della durezza e degli sforzi residui.

Oltre alle proprietà microstrutturali, gli sforzi residui influenzano anche la resistenza a fatica dei componenti [5, 6]. Gli sforzi residui di compressione possono ridurre lo sforzo massimo (di trazione) che si ha in esercizio. Molti sono gli studi sono condotti in tal senso. Particolare attenzione è stata messa nello studio dei trattamenti superficiali quali pallinatura [7-9], tempra ad induzione [5, 10, 11] e trattamento termico [12, 13].

Gli sforzi residui giocano anche un ruolo importante nelle distorsioni dell’ingranaggio [10, 14, 15]. In questo articolo si mostra, ad esempio, l’effetto della forgiatura a caldo su un acciaio S156 e relative distorsioni [16].

Risulta importante distinguere tra effetto degli sforzi residui ed effetto della forgiatura nella valutazione del miglioramento delle qualità dell’ingranaggio. Nel presente lavoro l’ingranaggio è stato realizzato con due tecnologie: lavorato direttamente da barra e taglio da biletta ottenuta per forgiatura a caldo. L’evoluzione degli sforzi residui dalla condizione iniziale e per tutto il processo di lavorazione, trattamento termico e distensione sono stati monitorati e studiati. Gli effetti di questi sulle deformazioni residue verranno presentati in un lavoro successivo.

Gli sforzi residui sono stati misurati attraverso due metodi: la diffrazione ai raggi X (XRD) e metodi di campo. La diffrazione assieme ad una elettro-pulitura permette la misura degli sforzi residui dalla superficie fino a piccole profondità. Il metodo di campo offre invece la distribuzione degli sforzi residui in una sezione dalla testa al piede. Utilizzando due metodi di misura si riesce a capire l’evoluzione degli sforzi residui durante tutti i cicli di lavorazione e per ogni metodo di produzione.

 

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Source: Stampi
Sforzi residui in ingranaggi cementati

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