Analisi frattografica di una massa battente

All’interno dei materiali metallici si riscontra un’elevata presenza di inclusioni non metalliche le quali hanno effetto sulle proprietà meccaniche del materiale ed in particolare sulle caratteristiche di resistenza a fatica. Le inclusioni non metalliche non solo producono la riduzione del limite di resistenza a fatica del componente ma altresì provocano una notevole variabilità dei risultati sperimentali eseguiti sul materiale. La presenza di inclusioni, cavità di ritiro e porosità all’interno del materiale provoca in particolare un elevato scatter dei risultati sperimentali specialmente per quanto riguarda la fatica a basso numero di cicli.

L’effetto di degradazione delle proprietà di resistenza a fatica del materiale risulta inoltre accentuato nel caso di materiali caratterizzati da più elevata resistenza meccanica e minore tenacità, proprietà, quest’ultima, che risulta di estrema importanza per quanto riguarda la resistenza alla propagazione di cricche di fatica. Le inclusioni non metalliche presenti negli acciai possono essere divise in due principali gruppi ed in particolare con riferimento alla loro origine che può risultare di natura endogena o esogena. Al primo gruppo appartengono le inclusioni ottenute da reazioni che hanno avuto luogo nel metallo fuso o durante la solidificazione del materiale stesso. Le seconde sono il risultato di incorporazioni di scorie o particelle refrattarie, quali ceramici, che sono risultate in contatto con il metallo allo stato fuso.

Generalmente le inclusioni di natura esogena risultano di dimensione maggiore rispetto alle altre ed è quindi possibile eseguire un’ulteriore distinzione in micro e macro inclusioni, con l’evidente maggiore effetto dannoso prodotto da queste ultime sulle proprietà di resistenza del materiale. L’effetto degradante delle inclusioni non metalliche risulta in particolare legato a fattori quali: dimensione, forma, proprietà termiche ed elastiche ed adesione alla matrice. Questi fattori risultano strettamente connessi al fattore di intensificazione degli sforzi e quindi alla distribuzione degli sforzi intorno alle inclusioni. Con riferimento alla forma delle inclusioni si ha che con forme irregolari e bordi sottili si produce un campo di stress elevato all’intorno del difetto, comportando quindi una maggiore probabilità di innesco di cricche di fatica rispetto al caso di inclusioni caratterizzate da forme regolari e spigoli ad ampi raggi di raccordo. Ad esempio le inclusioni costituite da nitruri di titanio (TiN) presentano spigoli acuti che possono facilmente causare l’innesco di cricche di fatica rispetto a inclusioni caratterizzate da forma globulare con medesime dimensioni massime. Per quanto riguarda le proprietà termiche si considera soprattutto il coefficiente di espansione termica delle inclusioni non metalliche presenti all’interno del materiale. Elevate differenze di quest’ultima proprietà, relativamente alle inclusioni ed alla matrice metallica, possono generare sforzi residui all’intorno dell’inclusione stessa.