Laboratorio di frattura: identificare l’origine di una rottura industriale

Una rottura industriale può avere conseguenze immediate sulla produzione, sulla sicurezza, sulla conformità del prodotto e sui costi di manutenzione. Quando un pezzo si rompe, la sfida non è solo constatare il guasto, ma determinare con precisione l'origine di una rottura: sovraccarico puntuale, fatica meccanica, urto, deformazione eccessiva, corrosione, contaminazione esterna, difetto del materiale o non conformità metallurgica. Il nostro Laboratorio di frattura affianca gli operatori industriali di tutti i settori per analizzare rotture su metalli, compositi e polimeri, basandosi su un approccio frattografico e sui materiali adatto al contesto di utilizzo. A seconda delle esigenze, l'indagine può essere affiancata da altre competenze del Laboratorio Materiali per collegare la rottura alle proprietà del materiale e alle reali condizioni d'uso.

L'analisi può mettere in evidenza diversi meccanismi di guasto: rottura fragile, rottura duttile, rottura per fatica, sovraccarico, urto violento, deformazione eccessiva, corrosione sotto sforzo, presenza di inclusioni, eterogeneità microstrutturali, difetto di trattamento termico, errore di lega, contaminazione superficiale o interazione sfavorevole con l'ambiente. Nel caso di polimeri e compositi, l'indagine può anche riguardare un invecchiamento, una degradazione termica, una perdita di adesione o un infragilimento del materiale, con, se necessario, il supporto di una analisi dei polimeri mediante ATG in laboratorio.

I mezzi tecnici vengono selezionati in funzione della natura del pezzo e del meccanismo sospettato. L'osservazione del facies può essere effettuata con lo stereomicroscopio e poi con MEB-EDX per esaminare la morfologia della frattura e identificare localmente gli elementi chimici. La verifica della non conformità può basarsi su prove di durezza Vickers, Brinell o Rockwell, un esame metallografico al microscopio ottico, nonché su analisi di composizione tramite ICP o analisi elementare. Questi strumenti sono particolarmente utili per pezzi metallici, rivestimenti e assemblaggi sottoposti a forti sollecitazioni.

Una semplice ispezione visiva non consente sempre di identificare in modo affidabile l'innesco della rottura, la cronologia della propagazione né le cause profonde del guasto. Un laboratorio specializzato fornisce osservazioni a diverse scale, misure oggettivabili e confronti con zone sane o specifiche tecniche. Questo approccio è essenziale per qualificare una non conformità, orientare un'azione correttiva, documentare un'expertise contraddittoria o validare una scelta di materiale.

L'expertise del laboratorio si basa sull'osservazione del facies di frattura, sul confronto con zone sane o pezzi non rotti, nonché sulla caratterizzazione della composizione, della microstruttura, della durezza ed eventuali contaminazioni. Le analisi possono avvalersi di MEB-EDX, stereomicroscopio, microscopia ottica, prove di durezza Vickers, Brinell o Rockwell, oltre che di analisi chimiche tramite ICP, GC-MS, LC-QTOF, XPS o altre tecniche di superficie in funzione della natura del danno. Questo approccio consente di localizzare l'innesco, seguire la propagazione, qualificare il modo di rottura e identificare i fattori aggravanti legati all'ambiente, al rivestimento o allo stato superficiale. Per approfondire alcuni casi, è possibile completare lo studio con una analisi MEB o con un'expertise in analisi della superficie dei materiali compositi.

L'osservazione frattografica consente di ricostruire lo scenario di rottura a partire dagli indizi presenti sul facies: striature di fatica, zone di propagazione, innesco localizzato, dimples di rottura duttile, clivaggio fragile, prodotti di corrosione, strappi, sfregamenti o depositi esogeni. L'incrocio con lo stato superficiale, la rugosità, l'adesione, la durezza e la microstruttura consente di distinguere una causa primaria da un fattore contributivo.

Quando l'ambiente è in causa, il laboratorio può ricercare agenti ossidanti, corrosivi o contaminanti nella zona di rottura o nei lisciviati, mediante ICP, GC-MS, LC-QTOF o XPS a seconda della matrice e dei composti attesi. In caso di difetto superficiale o problema di adesione, possono essere condotti esami topografici, di rugosità, di trattamento superficiale e di contaminazione superficiale. Questa logica di indagine si applica anche ai compositi e ai polimeri, in relazione alle competenze del Laboratorio Materiali.

L’interesse di una perizia di rottura in laboratorio è anche quello di ridurre le incertezze prima della rimessa in servizio, del redesign, del cambio di fornitore o della revisione del processo. L’analisi consente di stabilire la probabile responsabilità del materiale, dello stato superficiale, del trattamento, dell’ambiente o dell’uso. Per l’industriale, ciò significa decisioni più rapide, meglio argomentate e tecnicamente difendibili.

Si raccomanda di conservare il pezzo rotto e i suoi frammenti, di documentare le condizioni di esercizio, lo storico di fabbricazione, le sollecitazioni subite e l’ambiente di utilizzo, quindi di trasmettere questi elementi al laboratorio con un pezzo di riferimento, se disponibile. Questa preparazione facilita l’identificazione dell’origine di una rottura industriale e accelera la formulazione di azioni correttive. Il laboratorio può quindi affiancare l’industriale per analizzare, confrontare, caratterizzare, confermare le ipotesi e orientare i successivi sviluppi tecnici.