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Failure Analysis su chiave di avviamento

RUBRICA | Come si è rotto? #05

TEC EUROLAB

#05

Failure Analysis su Chiave di avviamento

NUOVA RUBRICA | Come si è rotto?

L’oggetto

Una chiave di avviamento motore è un dispositivo meccanico e/o elettronico utilizzato per avviare il motore di un veicolo o di una macchina. Essa è solitamente composta da una parte fisica (la chiave vera e propria) e da un sistema elettrico che interagisce con il veicolo.

Come funziona: In generale, inserendo la chiave nell’accensione del veicolo e ruotandola, si crea un collegamento elettrico che permette di far circolare la corrente elettrica attraverso il circuito di avviamento. Ciò attiva il motorino di avviamento, che a sua volta fa girare il motore inizialmente affinché si avvii.

Dove viene utilizzata: Le chiavi di avviamento motore vengono utilizzate principalmente su automobili, motociclette, e altre macchine che richiedono un motore per funzionare.

Modalità di failure possibili: Le chiavi di avviamento possono incorrere in diverse modalità di guasto o failure:

  • Usura meccanica: La chiave fisica può usurarsi nel tempo a causa dell’uso ripetuto, portando alla perdita di forma o ad un danneggiamento che ne impedisce l’inserimento o la rotazione.
  • Guasto elettronico: Il sistema elettronico interno della chiave può guastarsi, impedendo la corretta comunicazione con il veicolo. Ciò può essere causato da problemi di connessione interna o dalla rottura di componenti elettronici.
  • Batteria scarica: Se la chiave utilizza una batteria interna per trasmettere il segnale al veicolo, questa può esaurirsi nel tempo, impedendo il corretto funzionamento.
  • Problemi con l’accensione: Il cilindro dell’accensione, dove viene inserita la chiave, potrebbe danneggiarsi o usurarsi, rendendo difficile l’inserimento o la rotazione della chiave.
  • Problemi del motorino di avviamento: La chiave potrebbe funzionare correttamente ma il motore non si avvia a causa di un problema con il motorino di avviamento stesso.

Per affrontare tali situazioni, spesso è necessario l’intervento di un meccanico specializzato per la riparazione o la sostituzione della chiave o dei componenti correlati. Inoltre, alcune auto moderne utilizzano sistemi di avviamento senza chiave (come i pulsanti di avviamento) per ridurre la probabilità di failure legate alle chiavi tradizionali.

Scopo dell’indagine

La presente indagine mira ad analizzare il danneggiamento occorso alla chiave di avviamento fornita. Sono state effettuate varie analisi per caratterizzare il materiale del campione e verificare se sia conforme alle specifiche del disegno tecnico fornito. Inoltre, si è cercato di identificare le modalità con cui si è verificato il danneggiamento e di ipotizzarne le possibili cause.

Le informazioni fornite dal committente riguardo al campione includono:

  • Si tratta di una lega di rame (CuZn39Pb2 / CW612N secondo la norma UNI EN 1652) utilizzata per nastri semilavorati.
  • Il campione dovrebbe essere sottoposto a un processo di nichelatura del tipo “Cu/Ni6”.

 

Le analisi

Il campione è danneggiato a circa 15 mm dalla sua estremità libera, dove si è verificata una rottura trasversale rispetto all’asse longitudinale. La rottura mostra una lieve deformazione plastica evidente. La superficie di rottura è principalmente opaca, ma presenta alcune aree brillanti e plasticizzate lungo il perimetro. Si ipotizza che queste ultime aree siano state schiacciate dopo la rottura.

Mediante l’uso del microscopio elettronico a scansione (SEM) e della sonda EDS, sono state esaminate le superfici di rottura. Tutte le aree analizzabili mostrano dimples equiassici, tipici delle rotture avvenute per sovraccarico in modo duttile. L’equiassicità dei dimples suggerisce che la sollecitazione (trazione) sia stata principalmente assiale.

Le aree schiacciate confermano la loro natura; l’analisi chimica sulla superficie di rottura ha dimostrato che non ci sono differenze tra l’area centrale e l’area perimetrale.

La composizione chimica rilevata risulta conforme ai requisiti analitici previsti per una lega di rame per nastri semilavorati di designazione CuZn39Pb2 / CW612N secondo la norma UNI EN 1652.

L’esame micrografico è stato effettuato su un provino metallografico ottenuto sezionando il campione in oggetto. Lo scopo era di analizzare la microstruttura e osservare la superficie di rottura in sezione.

La microstruttura del campione è costituita da fasi α e β, con una dispersione fine e omogenea di particelle di piombo insoluto. Queste caratteristiche sono tipiche di una lega rame-zinco-piombo. La principale direzione di deformazione della microstruttura è parallela alla superficie di rottura, trasversale all’asse della chiave.

Inoltre, la superficie di rottura presenta un rivestimento di nichelatura con uno spessore di 4 μm. Le evidenze micrografiche della superficie di rottura sono congrue con le analisi precedenti, indicando un profilo corrugato e micro-deformato plasticamente, coerente con una modalità di rottura per sovraccarico duttile.

Risultati

Le analisi di caratterizzazione del materiale hanno confermato che il campione è costituito da una lega di rame CuZn39Pb2 / CW612N, in conformità con la norma UNI EN 1652. La microstruttura e la composizione chimica sono prive di difetti e anomalie, e la durezza misurata è di 166HV. Inoltre, è presente un rivestimento superficiale di nichelatura dello spessore di 4 μm.

Le analisi sul danneggiamento hanno rivelato che il campione è rotto circa 15 mm dalla sua estremità libera. L’analisi visiva, frattografica e micrografica indica che la rottura è avvenuta per sovraccarico con una modalità duttile e non ci sono difetti o anomalie nel materiale. La direzione di laminazione del nastro da cui è stato ricavato il campione è parallela alla superficie di rottura, ovvero trasversale all’asse della chiave.

Conclusioni

Il materiale del campione è conforme ai requisiti richiesti, e la rottura è stata causata da un sovraccarico, probabilmente a livello assiale, senza presentare difetti o anomalie del materiale. È importante notare che, se si volessero cercare fattori sfavorevoli, bisognerebbe considerare che la rottura è avvenuta trasversalmente alla direzione di laminazione del nastro di partenza. Questa condizione rende il campione più vulnerabile alle sollecitazioni di trazione agenti in direzione assiale. Poiché una sollecitazione trasversale alla direzione di laminazione rende la risposta del materiale più critica, la sua struttura microscopica potrebbe influire negativamente sulla resistenza effettiva, facilitando la rottura anche sotto carichi meno significativi. Tuttavia, non sono disponibili informazioni specifiche sulla casistica di failure o sulle storicità produttive del campione o di campioni simili.

 

 

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