Failure analysis
Failure analysis e indagine sulle cause di rottura di materiali o componenti
In un mondo sempre più concorrenziale che non concede errori, il danneggiamento di un componente risulta un problema di primaria importanza.
Difettosità e rotture in componenti e prodotti industriali possono verificarsi in vari momenti del ciclo di vita, dalla fase di progettazione e prototipazione, alle fasi di lavorazioni primarie/secondarie e montaggio, fino ad arrivare alla fase di esercizio.
La failure analysis è un’indagine tecnica per determinare le cause principali che portano al cedimento strutturale o al malfunzionamento di un componente. L’obiettivo è individuare l’origine della difettosità per prevenire il ripetersi del problema, migliorando l’affidabilità del prodotto in fase di prototipazione per validare il design strutturale o su componenti già in esercizio.
Meccanismi di guasto e fenomenologia
I difetti si manifestano tipicamente attraverso fratture, distorsioni o fenomeni di usura. La rottura per fatica rappresenta una delle casistiche più frequenti ed è generata dall’applicazione prolungata di sollecitazioni cicliche. questo processo si sviluppa seguendo stadi precisi:
- innesco, quando la rottura ha origine in un punto specifico, molto spesso in corrispondenza di un concentratore di sforzi.
- propagazione, quando la dimensione della cricca aumenta progressivamente a ogni ciclo di carico applicato al componente
- rottura, ovvero la fase finale in cui il materiale cede in modo catastrofico o collassa strutturalmente.
Il processo di Failure Analysis
Il piano di prova eseguito dai tecnici di laboratorio di material testing di TEC Eurolab segue un iter rigoroso e documentato.
Di seguito i principali passaggi operativi:
- raccolta delle informazioni preliminari sul componente e sulle condizioni di esercizio
- ispezione visiva e documentazione fotografica del reperto
- mappatura non distruttiva per individuare difetti subsuperficiali
- selezione e prelievo dei campioni rappresentativi
- indagine macrografica e micrografica della superficie di frattura
- analisi chimica quantitativa e qualitativa
- test meccanici per verificare la conformità alle specifiche di progetto
- simulazione delle condizioni ambientali o di stress
- sintesi dei dati raccolti e identificazione della causa principale
- redazione del report tecnico finale con indicazioni per le azioni correttive
La failure analysis richiede competenze specifiche che variano profondamente in base alla natura chimico-fisica del materiale indagato. Per garantire l’affidabilità di un componente è essenziale comprendere le marcate differenze di comportamento sotto sforzo tra le leghe metalliche e le matrici polimeriche.
Indagine sulle rotture metalliche
Per i materiali metallici l’analisi si concentra sulle alterazioni della microstruttura e sulla risposta alle sollecitazioni meccaniche e termiche. I principali meccanismi di guasto indagati nei laboratori metallurgici sono:
- la frattura duttile o fragile, diagnosticata valutando la presenza di deformazione plastica macroscopica e l'aspetto della superficie di clivaggio
- la fatica meccanica, confermata attraverso l'identificazione di linee di spiaggia macroscopiche e striature di accrescimento al microscopio elettronico
- la corrosione sotto sforzo (scc), un fenomeno insidioso che si innesca in presenza di un ambiente chimicamente aggressivo e di una tensione di trazione applicata
- i cedimenti strutturali legati a difettosità originarie di fonderia, cricche da trattamento termico o presenza eccessiva di inclusioni non metalliche
Analisi dei cedimenti nei materiali polimerici
- l'environmental stress cracking (esc), causato dall'interazione sinergica tra agenti chimici tensioattivi e uno sforzo meccanico anche di lieve entità
- lo scorrimento viscoso o creep, una deformazione progressiva tipica delle applicazioni sottoposte a un carico statico costante nel tempo
- la degradazione termica o termo-ossidativa, che comporta la scissione delle catene polimeriche, la variazione del peso molecolare e l'infragilimento del pezzo
- il foto-ossidamento da raggi uv, frequente nei componenti plastici esposti ad ambienti esterni privi di un'adeguata concentrazione di additivi stabilizzanti
- le difettosità indotte dallo stampaggio a iniezione, come linee di giunzione (weld lines) meccanicamente deboli, tensioni residue intrappolate o inclusioni di materiale degradato
Come si è rotto?
La nuova rubrica di TEC Eurolab dove presentiamo alcuni casi di Failure Analysis
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