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Tiranti Rotti

Tiranti Rotti. Di AQM.

Alcuni tiranti M24, CLASSE 8.8, d’acciaio 42CrMo4 UNI EN 10083-3 e zincati a caldo, furono usati in un cantiere per l’assemblaggio di carpenteria.

Durante le operazioni di montaggio, avvenute all’aperto, in inverno, ad una temperatura di circa 0 °C, avvitando i dadi sui tiranti con chiavi dinamometriche tarate al momento massimo di 300 Nm, alcuni tiranti si ruppero di schianto ancor prima di raggiungere la coppia stabilita.

Perciò il cliente si rivolse al Laboratorio, consegnando alcuni frammenti di tiranti rotti affinché indagasse sulle cause delle rotture.

Frammenti di Tiranti M24

Frammenti di tiranti M24, classe 8.8, d’acciaio 42CrMo4, zincati a caldo, consegnati al Laboratorio per le indagini sulle cause della rottura. 0,3 x circa. A destra: alcuni frammenti di tiranti rotti con identica morfologia della superficie di frattura. 0,6 x circa.

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Per indagare sulle cause delle rotture dei tiranti, il Laboratorio pianificò le seguenti indagini: analisi chimica; esame visivo; esame macrografico; prove di durezza; esame microfrattografico al microscopio elettronico a scansione (SEM); esami micrografici.

L’analisi chimica eseguita su tre frammenti, dimostrò che tutti furono costruiti con acciaio 42CrMo4 UNI EN 10083-1, di corretta composizione ed appartenenti alla medesima colata.

L’esame visivo rivelò che i frammenti, come ricevuti dal laboratorio (figura 1 a sinistra), mostravano tutti una frattura trasversale nella zona filettata, a diverse distanze dalla testa esagona del tirante, praticamente priva di strizione (deformazione plastica macroscopica).

Dunque, la frattura era macroscopicamente fragile, quasi sempre innescata in molteplici punti del fondo gola della filettatura. Nessuna superficie di frattura evidenziava tracce d’ossidazione a caldo (colore nero), sebbene alcune fossero alquanto arrugginite.

La superficie della filettatura evidenziava diversi colori della zincatura, assai più scuro in prossimità delle fratture, poi alquanto alterata per circa 2-3 filetti, come se lo zinco fosse stato fuso e poi risolidificato e infine grigio chiaro opaco, nelle zone integre, come si suole per la zincatura a caldo stagionata.

Superficie nei Pressi della Frattura

Frammenti di tiranti rotti con superficie zincata di colore più scuro nei pressi della frattura; inoltre dal 4° al 6° filetto dalla frattura la zincatura appare alterata, come se lo zinco fosse stato portato a fusione e poi risolidificato. 1,5 x circa. A destra: gambo filetto di un tirante rotto con colore più scuro nei pressi della frattura e all’estremità. 1 x circa.

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Sezione Longitudinale

Sezione longitudinale tangente del gambo di un tirante rotto che evidenza due zone temprate (aree chiare con durezza 650 HV30) presso l’estremità (per 14 filetti) e presso la frattura (per 5-6 filetti). Il resto del tirante è normalmente bonificato (aera più scura con durezza 305 HV30). Attacco acido nitrico 10 %. 0,6 x circa. A destra: particolare della zona temprata presso la frattura. Attacco acido nitrico 10 %. (1 x circa).

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L’esame macrografico di una sezione longitudinale del frammento di tirante rotto dimostrò che per ragioni ignote l’acciaio fu temprato all’estremità e nei pressi della frattura come confermarono le prove di durezza.

Le prove di durezza dimostrarono che i tiranti già bonificati e zincati a caldo furono temprati in alcune zone del gambo, essendo la durezza 650 HV30 nelle aree termicamente alterate, mentre è 305 HV30 nelle zone integre, equivalente alla resistenza a trazione Rm = 980 MPa, conforme alla classe 8.8 della bulloneria.

L’esame microfrattografico al microscopio elettronico a scansione (SEM) di tre fratture di altrettanti frammenti di tiranti rotti, evidenziò che la frattura era sempre e ovunque microscopicamente intergranulare cioè microscopicamente fragile.

Micrografia SEM Superficie di Frattura

Micrografia SEM della superficie di frattura di un tirante rotto, nella zona d’innesco presso il fondo gola della filettatura. Frattura interamente intergranulare, tipicamente fragile. A destra: micrografia SEM del centro della superficie di frattura del tirante rotto. Come si nota la morfologia è totalmente intergranulare come la precedente. 1500 x circa.

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Anche gli esami micrografici confermarono che i tiranti furono correttamente bonificati, ma per una ragione ignota furono temprati su tutta la sezione nei pressi della frattura e in qualche caso anche all’estremità e non distesi.

Infatti, nelle zone inalterate la microstruttura è sorbitica fine ed omogenea, mentre nella zona alterata termicamente è martensitica tetragonale.

Micrografia SEM Superficie di Frattura

Microstruttura totalmente sorbitica, fine e sufficientemente omogenea a cuore della zona inalterata (durezza 305 HV30). A destra: microstruttura martensitica tetragonale a cuore della zona alterata (durezza 650 HV30). Attacco nital 2 %. 500 x.

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Conclusioni

L’indagine condotta per la diagnosi di difetto, evidenziò che i tiranti furono costruiti con acciaio 42CrMo4 UNI EN 10083-3 di corretta composizione chimica e furono correttamente bonificati, ottenendo le caratteristiche meccaniche della classe 8.8 della bulloneria, come richiesto, ma che per una ragione ignota, dopo la zincatura caldo, alcune zone del gambo filettato furono temprate cuore e non furono nemmeno sottoposti al rinvenimento di distensione.

Si concluse che nelle zone inspiegabilmente temprate l’acciaio possedeva una struttura prevalentemente martensitica tetragonale, notoriamente fragile, che fu la causa della frattura durante la tensione dei tiranti in avvitamento dei dadi con una coppia inferiore a quella prevista di 300 Nm.

Per questioni di sicurezza e per recuperare il lotto di tiranti, fu consigliato di smontare tutti quelli già usati e, insieme a quelli ancora da usare, sottoporli al rinvenimento d’addolcimento a 600 °C per 2 ore al fine di trasformare la martensite tetragonale delle zone temprate in sorbite e ripristinare le caratteristiche meccaniche dell’acciaio bonificato.

Infine, ripetere la zincatura a caldo, previo decapaggio in acido cloridrico inibito.

Ovviamente se il tutto non costasse più della fabbricazione ex novo dei tiranti stessi.

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