Un albero di trasmissione in acciaio ultraresistente 300M si è rotto durante una gara NASCAR dopo circa 254 miglia. Il team Rimkus per le prove e le indagini sui materiali ha eseguito un'analisi metallurgica per valutare la causa della frattura.
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L'albero di ingresso fratturato è stato sottoposto a una serie di test e tecniche analitiche, tra cui esami visivi e stereoscopici, esami al microscopio elettronico a scansione (SEM), valutazione della metallografia/microstruttura, analisi della composizione chimica e test di durezza Rockwell.
I risultati dei test indicano che la frattura si è verificata a causa della progressione a fatica di una cricca intergranulare iniziata in corrispondenza di una marcatura di identificazione a punti sull'albero. L'incisione a pallini crea un'elevata concentrazione di tensioni sulla superficie dura (54 Rockwell C - HRC) dell'albero. È stata osservata una zona di frattura intergranulare poco profonda, che si è innescata alla base della scritta a punti sull'albero. Prima del cedimento finale per sovraccarico torsionale dell'albero di ingresso, sono stati osservati due eventi di progressione a fatica che coprivano circa il 33% della superficie di frattura. La cricca intergranulare nel punto di innesco indica una condizione di superficie fragile, che può essere un indicatore di un'eccessiva tensione residua sulla superficie dell'albero.
L'analisi metallografica della frattura ha rivelato una cricca intergranulare secondaria e incipiente nella parte inferiore della scritta adiacente contrassegnata da un punto. Non sono state osservate condizioni insolite nella microstruttura martensitica dell'albero.
L'analisi della composizione chimica del materiale dell'albero di ingresso ha confermato che l'albero è stato prodotto con acciaio legato 300M, ad altissima resistenza. Non sono state osservate condizioni insolite nella composizione.
L'elevata durezza (HRC54) dell'albero 300M rende il componente altamente sensibile all'intaglio e poco duttile. Le scritte marcate con il dot peen hanno fornito un effetto di intaglio e una posizione di stress riser per l'innesco della frattura.
Foto
Figura 1: Panoramica dell'albero di ingresso fratturato (in alto) e di due alberi di confronto sottoposti a condizioni di gara simili.
Figura 2: Una vista ravvicinata dell'albero di ingresso fratturato. La frattura attraversa lo "0" del codice data impresso sul pezzo (frecce).
Figura 3: Una vista dall'alto dell'albero di ingresso fratturato indica l'origine della frattura in corrispondenza del punto "0" del codice data.
Figura 4: Una vista ravvicinata della superficie di frattura mostra l'origine della frattura in una zona intergranulare fragile (frecce blu). Sono state osservate due zone di fatica che si propagano su circa il 33% della superficie di frattura prima del sovraccarico torsionale finale, oltre a segni di arresto per fatica e ossidazione notati nella zona di fatica 2.
Figura 5: Una vista SEM a basso ingrandimento mostra la superficie di frattura nella regione di innesco della frattura.
Figura 6: Una vista al SEM con ingrandimento maggiore mostra la presenza di una frattura intergranulare, indicativa di una condizione di elevata durezza e fragilità all'origine della frattura.
Figura 7: Una vista al SEM ad alto ingrandimento dell'origine della frattura indica che la frattura ha avuto inizio alla base di un'impronta di puntinatura sulla superficie OD dell'albero.
Figura 8: Una vista al SEM con ingrandimento maggiore dell'origine della frattura indica che la frattura è iniziata sulla linea verticale dello "0". Si osserva la regione fragile e intergranulare adiacente al sito di innesco della frattura.
Figura 9: Una vista al SEM ad alto ingrandimento dell'origine della frattura in corrispondenza dello "0" verticale.
Figura 10: Un'immagine al microscopio ottico di una sezione longitudinale attraverso l'origine della frattura mostra un'impronta sulla superficie in corrispondenza dell'origine della frattura, che è il risultato di una marcatura dot peen. Sotto l'origine della frattura si osserva un'ulteriore impronta.
Figura 11: Una vista al microscopio ottico ad alto ingrandimento della sezione trasversale longitudinale all'origine della frattura mostra l'evidenza di una frattura intergranulare fragile. Non si osservano condizioni insolite nella microstruttura martensitica.
