Issue 18

D. Firrao et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 18 (2011) 54-68 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.18.06 65 La presenza di carburi dispersi nella ferrite impedisce lo sviluppo di striature nell’unica fase a duttilità sufficiente (la ferrite). La cricca di fatica tende a seguire le zone più fragili con un percorso particolarmente tortuoso che porta ad una velocità di avanzamento globale relativamente bassa rispetto alla limitata deformazione plastica delle zone che si susseguono. Striature non completamente formate e distinguibili si intravedono solo all’ingrandimento massimo possibile e per valori di ∆ K applicato sufficienti. D’altra parte si deve notare che i risultati riportati in Fig. 5 per la martensite rinvenuta ottenuta per trattamento termico dell’acciaio 1.2738 mostrano un’oscillazione che può essere appunto giustificata dall’alternanza di cristalli delle varie fasi e sono assolutamente in linea con quelli riportati in un comune programma di calcolo della crescita di una cricca per fatica (NASGRO) per un acciaio AISI 4340 (UNI 40NiCrMo7) temprato e rinvenuto, come si vede dalla seguente Fig. 14. Figura 14 : Diagrammi di propagazione di cricche di fatica per un acciaio AISI 4340 temprato e rinvenuto e per campioni di acciaio 1.2738 costituiti da varie strutture metallografiche. Figure 14 : Fatigue crack propagation rate diagrams obtained with quenched and tempered AISI 4340 steel samples and with 1.2738 steel testpieces with various microstructures (perlite = pearlite, martensite rinvenuta = tempered martensite). Infatti, l’eventuale differenza di proprietà meccaniche delle varie fasi presenti in acciai temprati e rinvenuti di differente composizione chimica è completamente oscurata dal percorso tortuoso che deve seguire l’apice della cricca in propagazione. L’espressione numerica delle leggi di Paris relative a differenti costituenti metallografici ottenuti mediante opportuni trattamenti termici di provini di acciaio ISO 1.2738 è dunque: d a /d N = 7,15•10 -13 • ∆ K 3,4 per la perlite; d a /d N = 1,35•10 -11 • ∆ K 2,8 per la martensite rinvenuta d a /d N = 1,05•10 -20 • ∆ K 9,7 per martensite + bainite Per un acciaio 4340 temprato e rinvenuto l’equazione di Paris è: d a /d N = 3,35•10 -11 • ∆ K 2,7 assolutamente in linea, come già detto, con l’equazione sopra riportata per la martensite rinvenuta. Le equazioni sopra riportate possono essere integrate per calcolare il numero di cicli necessario per la crescita della cricca fino a che il K max non raggiunge il K Ic del materiale. Bisogna ricordare che essendo ∆ K = Y ∆σ√ a , l’integrazione è relativamente semplice se Y non varia durante la crescita di cricca. Non essendo questa ipotesi accettabile, bisognerà invece procedere ad una integrazione parziale per ogni intervallo di a per il quale si può ritenere Y relativamente costante e sommare i cicli corrispondentemente calcolati. Se si ha una variazione di microstruttura nel percorso della cricca, bisognerà adottare per ogni intervallo di lunghezza le equazioni relative alla microstruttura colà presente. Infine, se durante la propagazione di una cricca di fatica in un componente di grosse dimensioni di acciaio temprato e rinvenuto a temperatura bassa, l’apice incontra zone a microstruttura mista con presenza di bainite non modificata dal rinvenimento ad alta temperatura, la sua propagazione subisce un accelerazione, come ricavabile dalla Fig. 5. Poiché il K Ic di strutture miste, qualsiasi siano i costituenti (ed anche quello della perlite) è nettamente inferiore al K Ic di una martensite rinvenuta, non solo il numero di cicli a frattura sarà ridotto per l’accelerazione sopra indicata, ma anche perché la rottura 1 10 100 1000 ∆ K [MPa√m] 4340 NASGRO Perlite Martensite Rinvenuta 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 da/dN [m/ciclo] 10 -10