Pitting Cuscinetti a Rulli Cover

Pitting Cuscinetti a Rulli

Pitting Cuscinetti a Rulli. La superficie di rotolamento della ghiera interna di un cuscinetto volvente a rulli (Ø esterno 600 mm) manifestò grave danneggiamento dopo un breve periodo d’esercizio.

Nessuna informazione relativa alla progettazione (scelta dell’acciaio e relativo trattamento termico), alla fabbricazione (incluse le lavorazioni meccaniche, fra cui i parametri di rettifica) ed impiego del cuscinetto fu trasmessa al Laboratorio.

Con il saggio della ghiera furono consegnati anche alcuni rulli del cuscinetto, la cui durezza di 62 HRC fu giudicata corretta, e che all’esame visivo non evidenziavano alcun significativo danneggiamento; quindi non furono considerati nell’attuale indagine, riguardante la sola ghiera.

Ghiera Interna di un Cuscinetto

Ghiera interna di un cuscinetto a rulli a doppia pista, fortemente danneggiata, come ricevuta

Pitting Cuscinetti a Rulli

Furono pianificate le seguenti prove ai fini della diagnosi di difetto:

  • analisi chimica dell’acciaio;
  • prove di durezza;
  • esame macroscopico;
  • esami micrografici;
  • gradiente di microdurezza.

L’ Analisi Chimica dimostrò che la ghiera fu costruita con acciaio 100Cr6 UNI EN ISO 683-17, tipico acciaio per cuscinetti volenti, di corretta composizione chimica.

L’esame macroscopico constatò il grave danneggiamento, caratteristico della fatica superficiale o da contatto (pitting o spalling), cui sono normalmente soggetti tutti i cuscinetti volventi alla fine della loro normale vita. Inoltre evidenziò la presenza di numerose aree bluettate, tipiche di un riscaldamento locale, distribuite in modo apparentemente casuale sulla superficie attiva del saggio (ben visibili a sinistra) e presenti anche sulle superfici laterali.

Esse non erano associate ad altri difetti macroscopici, quali cricche a ragnatela e/o a discontinuità, perciò furono attribuite alle operazioni di scalettatura del cuscinetto subito confermate dal cliente, prontamente interpellato.

Scheggiatura della Superficie per Fatica da Contatto

Sezione trasversale della ghiera in zona danneggiata. A sinistra: scheggiatura della superficie per fatica da contatto, classificabile pitting. Si notino i bordi quasi verticali della scheggiatura; a destra: cricche superficiali per fatica da contatto, classificabile spalling. Si noti la giacitura inclinata delle cricche che porteranno alla scheggiatura. L’acciaio non contiene inclusioni rilevabili a 100 ingrandimenti, che potrebbero aver favorito il danneggiamento per spalling. Nessun attacco.

Pitting Cuscinetti a Rulli

Gli Esami Micrografici, condotti su due sezioni trasversali della ghiera in zone danneggiate, lontane da quelle bluettate, evidenziarono fratture di fatica superficiale, classificate pitting e spalling non correlabili ad alcun difetto dell’acciaio (per esempio, segregazioni o inclusioni dure), difetto di lavorazione (per esempio, bruciature di rettifica) o a surriscaldamento tale da generare un rinvenimento localizzato sufficiente per ridurre significativamente la durezza dell’acciaio e quindi favorire il degrado per fatica.

Sezione Trasversale della Ghiera

Sezione trasversale della ghiera in zona danneggiata. A sinistra: nessuna significativa alterazione strutturale al bordo della scheggiatura della superficie per fatica da contatto (pitting); a destra: cricca di fatica da contatto (spalling). Si noti la plasticizzazione dell’acciaio ai bordi della cricca e l’incipiente formazione di una butterfly. Attacco nital 2 %.

Pitting Cuscinetti a Rulli

Infatti, non si riscontrarono alterazioni microstrutturali apprezzabili ai bordi delle scheggiature, quali “white layer” o maggiore reattività all’attacco micrografico.

La microstruttura a cuore (martensite cubica finissima, ricca di carburi globulari indisciolti omogeneamente distribuiti) è tipica del trattamento di tempra e rinvenimento di distensione dell’acciaio 100Cr6, ma con insufficiente austenitizzazione confermata dalla bassa microdurezza della matrice (mediamente 455 HV0,5) e dalla corretta microstruttura ottenuta ripetendo il trattamento termico in laboratorio.

Sezione Trasversale della Ghiera Zona Cuore

Sezione trasversale della ghiera. Zona cuore. A sinistra: ghiera come ricevuta. Martensite cubica fine, ma eterogenea e ricchissima di carburi globulari indisciolti. Durezza 46 HRC; a destra: ghiera dopo trattamento di tempra e distensione eseguito in laboratorio. Martensite cubica fine ed omogenea con la giusta quantità di carburi globulari e durezza corretta (62 HRC). Attacco nital 2 %.

Pitting Cuscinetti a Rulli

LeProve di Durezza, eseguite sulle piste di rotolamento dei rulli, diedero valori assai eterogenei, compresi tra 55 e 57 HRC, mentre a cuore un valore medio di 46 HRC.

Tali valori sono significativamente inferiori a quelli generalmente consigliati dalla letteratura tecnica per l’attuale classe d’acciaio per garantire una sufficiente resistenza alla fatica da contatto (valore minimo consigliato 60 HRC), confermando l’ipotesi di un trattamento di tempra non corretto.

Il gradiente di microdurezza, misurato da superficie a cuore presso un’area danneggiata della ghiera, non evidenziò alcuna significativa alterazione termica corticale e/o sub-corticale imputabile alla fabbricazione o all’esercizio del cuscinetto; tuttavia rivelò un progressivo e significativo calo della microdurezza a partire da 1,40 mm dalla superficie, passando da 580 a 454 HV0,5 alla profondità di 4 mm.

Le prove di durezza in superficie e a cuore, eseguite dopo tempra e rinvenimento di distensione di un saggio prelevato dalla ghiera diedero valori omogenei di 62 ±1 HRC, come si conviene per l’attuale acciaio correttamente temprato e disteso.

Conclusioni

Stante i risultati dell’indagine si concluse che la ghiera del cuscinetto, danneggiata precocemente in esercizio, fu costruita con acciaio 100Cr6 di corretta composizione chimica e buona purezza, ma fu sottoposta ad un trattamento di tempra non corretto per insufficiente austenitizzazione (sottotempra), tale da non conferire la durezza auspicabile di 60÷62 HRC, come suggerito da tutta la letteratura tecnica di settore.

Fu lavorata correttamente senza introdurre difetti tali da alterarne la microstruttura e favorire l’attuale precoce danneggiamento.

Data l’insufficiente durezza (e quindi del limite di snervamento) subì rapidamente il danneggiamento di fatica superficiale da contatto per pitting e spalling, a dimostrazione che i rulli oltre al rotolamento puro sulla superficie che, dopo una giusta vita, si danneggia inevitabilmente per pitting, lavoravano anche con una componente di strisciamento, responsabile dello spalling.

Si suggerì pertanto di controllare ogni cuscinetto da impiegare in futuro per verificarne la durezza (accettando 60÷64 HRC), misurata sulla superficie laterale piana, solo quando non se ne conosca con certezza la provenienza da industrie di settore altamente qualificate, che ne garantiscano l’indiscussa qualità.

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