Comportamento a fatica di sfere per cuscinetti affette da difetti superficiali = Fatigue behavior of bearing spheres affected by surface defects

L’argomento della seguente tesi sperimentale è lo studio statistico-probabilistico della vita a fatica di sfere utilizzate come elemento volvente all’interno di cuscinetti per ridurre l’attrito tra corpi meccanici in movimento/scorrimento relativo. In particolare, lo studio è stato compiuto unicamente su sfere affette da difetti superficiali e più nello specifico, da mancanza di materiale superficiale causata dall’asportazione da parte della lima sulla mola in fase produttiva di limatura, caratterizzandoli come difetti di limatura. Il materiale utilizzato per la produzione delle sfere in questione è l’Acciaio 100Cr6, caratterizzato da buone proprietà di resistenza all’usura e alla fatica, elevata durezza e bassa deformabilità; proprietà che vengono ulteriormente migliorate e caratterizzate in fase produttiva. La fase sperimentale parte da un’analisi visiva tramite microscopio ottico e digitale volta a caratterizzare i difetti superficiali nelle loro variabili caratteristiche di tipo dimensionale, geometrico e morfologico. Successivamente, è stata svolta un’ulteriore analisi visiva al microscopio elettronico per appurare che il difetto fosse di origine e causa comune a tutte le sfere, ai fini di rendere lo studio statistico ancora più attendibile e meno affetto da variabilità. Infine, raccolti i campioni con difetti superficiali di pari origine e causa (mancanza di materiale in fase di limatura), si passa alla fase dei test a fatica tramite l’utilizzo di banchi prova, volti a simulare le condizioni di lavoro delle sfere all’interno del cuscinetto; test che sono considerati utili ai fini dell’elaborato se terminati con la rottura delle sfere in esame. I risultati dei test a fatica sono le durate temporali (in ore) che hanno portato alla rottura delle sfere analizzate. Da queste durate è stato dapprima possibile ottenere risultati statistici descritti tramite le curve di distribuzione di probabilità di Weibull ottenute applicando i dati raccolti ad un codice Matlab; risultati poi relazionati alle caratteristiche di profondità dei difetti superficiali presenti sulle sfere. In successione, sono stati relazionati i valori di durata dei test con i parametri dimensionali di profondità, area e rapporto profondità/larghezza profilo caratteristico della mancanza di materiale di ogni singola sfera andata in contro a rottura, cercando anche delle relazioni della durata con i parametri di carattere morfologico quali la forma del difetto e forma del profilo caratteristico. I risultati riscontrati offrono buoni spunti futuri di analisi che permettano di correlare la vita a fatica degli elementi volventi con le proprietà delle mancanze di materiale presenti superficialmente, andando a utilizzare un numero maggiore di campioni e dunque uno studio statistico più ampio e approfondito.