La problematica?
Studio del facies di rottura di ancoraggio metallico, come ha individuato FILAB l’origine del guasto?
Un ancoraggio metallico è un dispositivo utilizzato per fissare saldamente elementi a una struttura o a un supporto. Questi ancoraggi sono progettati per resistere a carichi importanti, compresi carichi di trazione e/o di taglio, e sono spesso utilizzati per fissare elementi strutturali al calcestruzzo o ad altri materiali da costruzione.
L’obiettivo di questo studio è esaminare un ancoraggio metallico rotto per identificare la causa di questo guasto. Infatti, il cliente desidera ottimizzare la sicurezza e l’affidabilità del proprio ambiente, nonché migliorare la durabilità delle proprie installazioni. Questo ancoraggio è in acciaio inox e serve a sostenere griglie refrattarie in forni per la produzione di argilla o mattoni.
Per identificare questa causa, FILAB ha eseguito inizialmente analisi frattografiche e successivamente un bilancio dello stato del materiale dell’asta, utilizzando diverse tecniche e su due campioni.
Analisi frattografiche
I due pezzi sono stati accuratamente tagliati nel laboratorio di FILAB per osservare il loro faccettamento di frattura con la lente binoculare e con il MEB-EDX.
La tecnica della lente binoculare
Le osservazioni ottiche effettuate con la lente binoculare hanno permesso di giungere alle seguenti informazioni:
È stata osservata una superficie piana sul bordo dei due faccettamenti.
I due faccettamenti di frattura del pezzo presentano un aspetto corroso.
Il MEB-EDX
Le osservazioni MEB e le analisi EDX effettuate hanno permesso di giungere alle seguenti informazioni:
- Sono state identificate delle cavità, che possono corrispondere a una zona di fine strappo durante la rottura del pezzo.
- La maggior parte dei due faccettamenti di frattura è ricoperta da corrosione composta da Ossigeno (O), Cromo (Cr), Nichel (Ni) e Ferro (Fe).
- Sono state osservate al MEB zone di faccette, caratteristiche di una rottura intergranulare fragile del pezzo. Le analisi EDX, invece, indicano forti tenori di Ferro (Fe) e Cromo (Cr) ma senza Nichel (Ni), il che può testimoniare una differenza di fase in queste zone.
Bilancio dello stato del materiale
Analisi elementare di C e S e analisi mediante ICP-AES
I risultati delle analisi chimiche effettuate sui due ancoraggi metallici rispettano le specifiche del grado X6CrNi25-20 (1.4951) secondo la norma NF EN 10088-1.
Analisi micrografica
Durante questa fase, il faccettamento di frattura è stato tagliato con la microtroncatrice in senso longitudinale per osservare la microstruttura vicino alla zona di frattura e al cuore del pezzo. La preparazione è stata quindi inglobata a freddo in una resina acrilica e poi lucidata fino al grado 0,15μm.
Le osservazioni al microscopio ottico effettuate hanno permesso di giungere alle seguenti informazioni:
- Prima della rivelazione chimica, il cuore del campione presenta alcune porosità di piccole dimensioni. In superficie, sono presenti porosità di grandi dimensioni e un spesso strato di corrosione.
- Dopo la rivelazione chimica, sono visibili su tutto il campione grani geminati (bande nei grani). Questi grani sono caratteristici della fase austenitica, in linea con il grado dell’acciaio inossidabile.
- Precipitazioni di fasi sigma sono distribuite in modo omogeneo nel cuore del campione. In superficie, questi precipitati sono localizzati ai bordi dei grani.
Misura della durezza
Le misure di durezza sono state effettuate sulla preparazione metallografica precedentemente osservata. Si osserva che vi sono differenze nei valori di durezza a seconda delle zone del campione. La durezza in superficie è più elevata della durezza al cuore. Inoltre, la durezza al cuore è al di sotto dei valori teorici attesi per questo grado (158HV invece di 160 – 225HV).
I risultati ottenuti
Le analisi effettuate in questo studio hanno portato alle seguenti informazioni:
Analisi frattografiche:
La maggior parte delle due superfici di frattura è ricoperta di corrosione. Esse sono inoltre composte principalmente da Ossigeno, Cromo, Nichel e Ferro. Sono state identificate delle cavità che possono corrispondere a una zona di fine strappo al momento della rottura del pezzo.
Bilancio dello stato del materiale:
I risultati delle analisi chimiche rispettano le specifiche del grado X6CrNi25-20 (1.4951) secondo la norma NF EN 10088-1.
Le analisi micrografiche hanno permesso di ottenere le seguenti informazioni:
In superficie, sono presenti porosità di grandi dimensioni e un spesso strato di corrosione.
Le precipitazioni di fasi sigma sono distribuite in modo omogeneo nel cuore del campione. In superficie, questi precipitati sono localizzati ai bordi di grano.
Conclusione dello studio
In conclusione, lo studio condotto da FILAB ha rivelato che l’ancoraggio metallico in questione ha subito un significativo degrado delle sue proprietà meccaniche dovuto all’esposizione prolungata ad alte temperature (forno di produzione). Questa esposizione ha comportato cambiamenti nella microstruttura dell’acciaio, in particolare la migrazione della fase sigma ai bordi di grano, riducendone la resistenza e aumentandone la fragilità. Il fenomeno del creep ad alta temperatura, caratterizzato da una deformazione progressiva sotto l’effetto di una sollecitazione costante ad alta temperatura, ha infine portato alla rottura dell’ancoraggio.
Questa analisi approfondita mette in luce l’importanza di tenere conto delle condizioni d’uso estreme nella progettazione e nella scelta dei materiali per applicazioni critiche.
In questo modo, il cliente è in grado di trovare soluzioni per evitare che ciò si ripeta, per una migliore durata delle proprie installazioni e una maggiore sicurezza e affidabilità del proprio ambiente.
