• Inconel 686
• infragilimento da idrogeno
• ACCIAI PH austenitici
• ACCIAIO INOX 17-4 PH
• corrosione sotto-sforzo
• corrosione interstiziale
• ACCIAIO SAF 2205 e 2507
• Ferralium 255

L’obiettivo del presente lavoro è quello di condurre un’approfondita failure analysis su tre perni di aggancio per le sartie di posizionamento e pre-compressione dell’albero di maestra su un’imbarcazione della Perini Navi.
I tre perni, rispettivamente di Genoa, Backstay e Trinchetta sono tutti realizzati in acciaio inossidabile indurente per precipitazione ARMCO 17- 4 PH allo stato di fornitura H1075.
L’attività sperimentale è stata suddivisa in quattro fasi principali.
Durante la prima parte è stata condotta una verifica strutturale dei perni mediante analisi agli elementi finiti per controllare le tensioni interne di lavoro.
Nella seconda fase sperimentale è stata effettuata un’analisi macroscopica a basso ingrandimento mediante stereo microscopio e analisi metallografiche per verificare le caratteristiche microstrutturali dell’acciaio. Si sono poi condotte analisi frattografiche su tutti i perni impiegando un Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) interfacciato con microsonda a dispersione di energia (EDS) per il rilievo delle chimiche semiquantitative su aree superficiali ristrette. Si è infine proceduto al rilievo del contenuto di idrogeno nei perni, impiegando un sensore a termo conducibilità.
Sulla base di queste analisi e delle relative evidenze sperimentali, si è ritenuto importante procedere ad una terza fase per accertarsi della corretta composizione chimica dei perni e si sono condotte misure di durezza Vickers per controllare il relativo stato di fornitura. In tal modo, l’insieme dei risultati ottenuti ha permesso di individuare le regioni di innesco e le modalità di propagazione della frattura.
La quarta e ultima fase ha riguardato lo studio delle possibili alternative all’acciaio 17-4 PH e le modifiche da dover apportare nel montaggio dei perni sull’albero di maestra.
Dai dati sperimentali ottenuti è emerso che la struttura di questo materiale è di fatto quella attesa per l’acciaio, ovvero una matrice martensitica con all’interno una dispersione indurente di fasi intermetalliche. Le durezze dei perni però risultano in tutti e tre i casi superiori ai valori massimi previsti per la condizione H1075, avvicinandosi molto di più ai valori di durezza di uno stato di fornitura H900 (maggiore resistenza a snervamento e a rottura).
Le superfici di frattura dei perni, macroscopicamente piane, presentano uno stato ossidativo decrescente partendo dalla zona più esterna, innesco della cricca con propagazione sub-critica della frattura intergranulare, verso il centro, rottura finale di schianto con caratteristiche transgranulari.
La propagazione fragile intergranulare della rottura, l’evidenza di innesco corrosivo superficiale e la formazione di abbondanti prodotti di corrosione in avanzamento sub-critico, hanno portato ad identificare un fenomeno di danneggiamento per tensocorrosione – fatica, favorito dall’idrogeno prodotto per corrosione all’interno della cricca (causa dell’infragilimento lungo gli ex bordi di grano austenitico dell’acciaio), dalla lenta velocità delle deformazioni durante la navigazione e dagli elevati carichi di rottura (>1000 MPa) del materiale costitutivo.
L’acciaio inox 17-4 PH, infatti, per sua natura può essere soggetto a questo tipo di danneggiamento, soprattutto quando esibisce elevati valori di durezza e alti limiti resistenziali (come nello stato di fornitura dei suddetti perni).
La rottura finale dei perni si è verificata ben prima di raggiungere il carico di rottura del materiale, in particolare in corrispondenza del fattore critico di intensificazione degli sforzi all’apice della cricca, nonostante la flessione indotta dal largo e non corretto GAP di montaggio tra spallette e forcella. Appare dunque evidente il forte sovradimensionamento dei perni nel carico di pre-compressione trasmesso per progetto all’albero.
Per ridurre il rischio di ulteriori rotture di questi perni sarà necessario sia utilizzare dei materiali come gli acciai duplex, superduplex o PH austenitici che presentano una migliore resistenza meccanica, a tensocorrosione e ad infragilimento da idrogeno, sia apportare delle modiche sul montaggio dei perni riducendo il GAP esistente tra le guance e la forcella diminuendo così le sollecitazioni imposte al componente.