I fattori che in uenzano il comportamento a fatica dei materiali e di conseguenza l'andamento delle curve S-N, sono molteplici, nei paragra seguenti (dal 2.3.1 al 2.3.4) verranno trattati solo alcuni di essi, nella fattispecie ci occuperemo della dimensione del grano, dell'orientamento del grano rispetto al carico, della presenza di tensioni residue, della temperatura e della corrosione, senza però dimenticare che esistono altri fattori meno frequenti ma non meno importati come il fretting, la presenza di saldature e così via.
2.3.1 Dimensione e direzione del grano
Come era facile prevedere la dimensione e la direzione dei grani all'interno del materiale in uenzano il comportamento a fatica e di conseguenza anche le curve S-N.
Solitamente i materiali che hanno grano ne mostrano delle proprietà a fat- ica superiori rispetto ai materiali con grani grossi, ovviamente la risposta a sol- lecitazioni aaticanti è diversa a seconda del materiale, ad esempio la dimensione
del grano nell' acciaio ferritico ha un in uenza minore rispetto all'acciaio austeniti- co e alle leghe di alluminio dove la diminuzione di resistenza a fatica è più marcata quando il grano si ingrossa [6], come è apprezzabile dalla Fig. 2.6.
Figura 2.6: Eetto della dimensione del grano per una lega di alluminio.
La bontà di avere un grano ne diventa meno importante quando la temper- atura aumenta e ad elevate temperature l'eetto è addirittura trascurabile.
Nei componenti estrusi o laminari il grano risulta ovviamente allungato nella direzione di estrusione o laminazione, questo in uenza ovviamente il comporta- mento a fatica del materiale. In generale si sa che con carichi nella direzione dei grani allungati la resistenza a fatica è superiore rispetto a carichi nella direzione trasversale ai grani.
2.3.2 Tensioni residue
Tensioni residue sulla super cie di un componente, indotte intenzionalmente o accidentalmente, giocano un ruolo importante nelle proprietà a fatica del ma- teriale. In generale se le tensioni residue sono di compressione, la resistenza a fatica aumenta, mentre se le tensioni residue sono di trazione la resistenza a fatica diminuisce [6].
Esistono vari metodi per indurre uno stato di tensione di compressione sulla super cie di un pezzo, i più usati sono la rullatura a freddo, la pallinatura, e la nitrurazione. La rullatura a freddo e la pallinatura sono trattamenti super ciali di
maggior incrudimento del materiale.
Il trattamento di nitrurazione o quello di cementazione come ogni altro tratta- mento termochimico ha lo scopo di indurire la super cie e di creare uno stato di tensione di compressione al di sotto della super cie, a dierenza della pallinatura però lo stato di compressione non viene raggiunto per una leggera deformazione plastica della super cie ma per l'eetto di diusione di un elemento (l'azoto nel caso di nitrurazione e il carbonio nel caso di cementazione) sulla super cie del pezzo.
Nella Fig. 2.7 seguente è mostrato l'eetto di tali trattamenti nel compor- tamento a fatica del materiale e si mette in evidenza l'eetto di una rullatura a freddo sulla resistenza a fatica di un acciaio, è importante notare come si ottengono buone migliorie anche in presenza di provini intagliati (notched).
Figura 2.7: Eetto dei trattamenti super ciali su un acciaio.
2.3.3 Temperatura
La temperatura ha un eetto signi cativo sulla resistenza a fatica dei materiali, generalmente le resistenza a fatica aumenta a temperature sotto la temperatura ambiente e diminuisce al di sopra. Nella Fig. 2.8 seguente sono riportate le curve S-N per una lega di alluminio per valori di temperatura che oscillano tra −140◦C
Figura 2.8: Eetto della temperatura su una lega di alluminio.
Molte leghe come l'acciaio che presentano un limite di fatica, quando si supera la temperatura ambiente perdono questa importante caratteristica il che rende più problematica la progettazione quando non si è a conoscenza dello stato della temperatura dell'ambiente dove il generico componente si trova a lavorare.
È importante anche sottolineare che la temperatura elevata produce un eetto sinergico di danneggiamento con lo scorrimento viscoso, per questo è più corretto parlare di resistenza a termine, mentre l'eetto della bassa temperatura tende ad aumentare la fragilità e la sensibilità all'intaglio del materiale.
2.3.4 Corrosione
L'azione combinata della corrosione e di carichi aaticanti produce generalmente la rottura in tempi minori rispetto a quelli ipotizzabili sulla base dei due eetti considerati agenti separatamente. Questo fenomeno prende il nome di fatica- corrosione [5]. La fatica-corrosione è un fenomeno complesso ed ancora non com- pletamente compreso. Una spiegazione sempli cata parte dalla considerazione dei crateri (pits) di corrosione i quali agiscono come punti di concentrazione delle tensioni. Gli strati protettivi, formati in seguito alla corrosione stessa, sono soli- tamente fragili e caratterizzati da una bassa resistenza. Pertanto, essi vengono distrutti dalla deformazione ciclica imposta. Questa rottura espone zone non pro-
tette di metallo, che si corrodono rapidamente, formando un altro strato, che viene a sua volta rotta dalla deformazione ciclica, e così via. Di conseguenza il cratere di corrosione iniziale diviene una frattura di fatica che si propaga più rapidamente di quanto ci si potrebbe attendere dalla considerazione degli eetti della corrosione e del carico ciclico agenti separatamente [5].
La resistenza alla fatica di componenti sottoposti a fenomeni corrosivi dipende dal tempo trascorso oltre che dalla tensione ciclica e dal tipo di agente corrosivo, pertanto le proprietà a fatica che si trovano con le normali prove di fatica sono in uenzate dalla frequenza di applicazione del carico.
Nella Fig. 2.9 seguente sono riportate diverse curve S-N per una acciaio testato prima in aria (a) e poi in presenza di acqua per un giorno (b), 2 giorni (c), 6 giorni (d) e 10 giorni (e).
Figura 2.9: Eetto della corrosione su un acciaio.