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Stampo Criccato

Alla fine delle operazioni meccaniche per la fabbricazione di uno stampo di grosse dimensioni, ricavato da un blocco fucinato di sezione rettangolare (1500 x 800 mm), ottenuto da una bramma di 50 tonnellate d’acciaio da stampi per materie plastiche prebonificato, N.W. 1.2311, fu trovata una cricca estesa in una zona corrispondente al centro della sezione del blocco fucinato.

Porzione di Stampo Difettoso

Figura. 1. Porzione di stampo difettoso. Il riquadro indica la zona difettosa, parzialmente rimossa con lavorazione meccanica nell’intento di procedere alla riparazione con saldatura.

Stampo Criccato

Visto vano il tentativo di scriccatura e riparazione con saldatura, lo stampo fu sezionato in tre parti, consegnate al Laboratorio per la diagnosi di difetto (figura 1).

Insieme ai saggi prelavati dallo stampo, al Laboratorio furono trasmesse le seguenti informazioni:

  • Acquisto di una bramma da 50 ton, sezione 2000 x 1600 mm, d’acciaio da stampi per materie plastiche, N.W. 1.2311;
  • fucinatura del blocco alla sezione rettangolare, con rapporto di riduzione dichiarato > 3;
  • bonifica del blocco, ma senza alcuna indicazione della durezza finale in superficie, a ½ raggio e a cuore;
  • controllo con ultrasuoni secondo SEP 1921, classe 3 D/d, eseguito attraverso la sola superficie planare del blocco;
  • lavorazioni meccaniche di sgrossatura e semifinitura del blocco fucinato per ottenere lo stampo;
  • osservazione della cricca giacente su un piano longitudinale nella zona centrale dello stampo;
  • controlli non distruttivi con ultrasuoni (UT) e liquidi penetranti (PT) per definire l’estensione del difetto;
  • esecuzione di fori per impedire la propagazione del difetto;
  • lavorazioni di scriccatura nella speranza di poter riparare lo stampo tramite saldatura;
  • ulteriori esami non distruttivi e decisione di scartare lo stampo e procedere alla sua ricostruzione, previa diagnosi di difetto.

Il laboratorio pianificò le seguenti prove:

  • analisi chimica dell’acciaio;
  • controllo con ultrasuoni (UT);
  • esame macroscopico;
  • esami macrografici;
  • esame microfrattografico in microscopia elettronica a scansione (SEM);
  • esami micrografici.

 

Esito dell’Indagine

L’analisi chimica eseguita su un campione prelevato dal primo saggio dimostrò che lo stato fu costruito con acciaio da stampi per materie plastiche, classificabile N.W. 1.2311, come dichiarato e di corretta composizione. Anche la concentrazione dell’azoto, ossigeno e idrogeno residuo rientrava nei valori normali di un acciaio di buona qualità.

Esito Indagini

(*) parti per milione (ppm).

Il controllo con ultrasuoni, eseguito sullo stampo, prima del taglio dei saggi, rivelò che la cricca giaceva su un piano longitudinale simmetrico e s’estendeva per una lunghezza di circa 100 mm dal foro trasversale Ø 90 mm.

La cricca era sottile e penetrava per circa 45 mm circa dalla superficie lavorata. Il controllo con ultrasuoni dei saggi ricevuti dimostrò una buona trasparenza e quindi omogeneità dell’acciaio.

L’esame macroscopico dalla cricca, osservata sulla superficie cilindrica interna del foro longitudinale di termoregolazione dello stampo, rivelò un profilo segmentato tendenzialmente longitudinale, con alcune porosità (figura 2).

Giacitura della Cricca

Figura. 2. Giacitura della cricca sulla superficie interna del foro di termoregolazione dello stampo, con andamento segmentato e porosità.

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Superficie della Cricca

Figura. 3. A sinistra: aspetto macroscopico della superficie della cricca, prevalentemente liscio tipico della solidificazione. A destra: particolare della superficie della cricca. Solo in alcune aree limitate, dove è stata forzata la frattura dei ponti che congiungevano le due superfici della cricca, si nota una evidente cristallinità.

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La superficie della cricca, aperta tramite i tagli eseguiti per il campionamento del difetto, rivelò una colorazione bruno-rossastra, attribuibile all’alterazione generata dal liquido lubrorefrigerante usato per la lavorazione dell’adiacente foro di termoregolazione, e un aspetto tendenzialmente liscio tipico della solidificazione (figura 3).

Aspetto Microscopico Tipicamente Dendritico Superficie della Cricca

Figura. 4. A sinistra: aspetto microscopico tipicamente dendritico della maggior parte della superficie della cricca. A destra: microfrattura duttile per coalescenza di microvuoti nelle poche aree dove è stata forzata la frattura per aprire la cricca.

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L’esame microfrattografico SEM della maggior parte della superficie della cricca, non rivelò alcuna cristallinità, ma un aspetto liscio, tipicamente dendritico e parzialmente orientato. Inoltre non si osservò alcuna significativa ossidazione da alta temperatura, a dimostrazione che la cricca non affiorava nella bramma, né nel blocco fucinato. Nelle aree di frattura forzata si notarono i tipici dimples della microfrattura duttile per coalescenza di microvuoti (figura 4).

L’esame macrografico, eseguito sulle sezioni indicate in figura 5, non evidenziò presenza di bande e/o segregazioni importanti, una macrostruttura sufficientemente omogenea, ma caratterizzata da un accentuato dendritismo, riconducibile ad una modesta deformazione plastica di fucinatura, e un orientamento radiale delle dendriti che confermò la preesistenza di una cono di ritiro secondario nella bramma originale, non risaldato dalla fucinatura (figura 6).

Posizioni di Prelievo delle Sezioni

Figura 5. Posizioni di prelievo delle sezioni trasversale e longitudinale presso la cricca parzialmente asportata dalla lavorazione meccanica.

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Gli esami micrografici eseguiti su due provette, corrispondenti ad una sezione trasversale secante il difetto e una longitudinale retta contenente una porzione del difetto, confermarono la natura dendritica del bordo del difetto, per nulla ossidato (figura 7).

 

Sezione Trasversale Secante

Figura 6. A sinistra: sezione trasversale secante lo scavo eseguito per l’asportazione della cricca. Le frecce e il cerchio indicano la posizione del foro del canale di termoregolazione dello stampo. Matrice relativamente omogenea. Presso i bordi dello “scavo” di lavorazione meccanica è apprezzabile un orientamento radiale delle dendriti che presuppone la preesistenza di un cono di ritiro secondario nella bramma originale, non risaldato dalla fucinatura. Attacco HCl 1:1. 0,3 x circa. A destra: sezione longitudinale con marcato dendritismo. Attacco HCl 1:1. 0,8 x circa.

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La microstruttura dell’acciaio risultò perlitica lamellare, compatta con isole di bainite superiore (figura 8), come ci si doveva attendere dalla bonifica di un blocco di grandi dimensioni di un acciaio di insufficiente temprabilità per l’attuale massa.

Sezione Tasversale Secante il Difetto

Figura 7. Sezione trasversale secante il difetto. Bordo non ossidato ed arcuato come tipico delle dendriti dei coni di ritiro secondari. Nessun attacco. 200 x.

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Sezione Longitudinale Presso il Difetto

Figura 8. Sezione longitudinale presso il difetto. Microstruttura perlitico lamellare compatta con isole di bainite superiore. Attacco nital 2%. 100 e 500 x rispettivamente.

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Conclusioni

Gli esami metallografici dimostrarono che la cricca osservata nello stampo semifinito era dovuta ad un cono di ritiro secondario presente nella bramma di partenza, non risaldato durante la fucinatura, che fu eseguita con un rapporto di riduzione insufficiente.

Il trattamento termico di bonifica eseguito su blocco originale di grandi dimensioni non conferì all’acciaio una struttura sorbitica come sarebbe desiderabile, per l’insufficiente temprabilità dell’acciaio scelto, in relazione alle attuali dimensioni.

Per evitare altri simili incidenti, si consigliò di richiedere al fucinatore, o a un laboratorio qualificato, gli esami con ultrasuoni in tre direzioni ortogonali fra loro sul fucinato già bonificato per renderlo trasparente.

Per migliorare le prestazioni dello stampo bonificato, si consigliò di ripetere la bonifica dello stampo dopo sgrossatura, con gli opportuni sovrametalli di finitura.

Ciò può garantire una struttura sorbitica (martensite rinvenuta) per almeno 20 mm di spessore, più adeguata all’uso prolungato dello stampo.

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