Deep Hardness 1.0

Allianz Impex FPE - United Emirates

Deep Hardness 1.0 dimensiona il gradiente di microdurezza HV1 necessario alla resistenza a fatica da contatto per elementi meccanici in acciaio tipo: camme piane, piste di cuscinetti a rotolamento a rulli e rullini, ruote dentate cilindriche a denti dritti ed elicoidali

Descrizione:

Deep Hardness 1.0 calcola il gradiente di microdurezza HV1 necessario alla resistenza a fatica da contatto, assumendo discontinuità tipo inclusioni non metalliche come sorgenti di nucleazione delle cricche di fatica subsuperficiale, secondo la teoria di Murakami-Endo. Deep Hardness 1.0 utilizza la teoria di Hertz per il calcolo della pressione di contatto, è quindi da ritenersi valido per corpi cilindrici (assenza di bombature).
Nel caso di accoppiamento di materiali con coefficienti di Poisson diversi, il gradiente di microdurezza HV1 calcolato è riferito al corpo con pedice 2.

Condizioni:

  1. Non vengono considerate la natura chimica dell'inclusione (solfuro o ossido), il suo grado di adesione alla matrice metallica e la distribuzione all'interno di essa. Il valore presettato della dimensione massima d dell'inclusione più grande, pari a 50 μm, è considerato adeguatamente cautelativo in relazione alle metodologie di elaborazione degli odierni acciai speciali da costruzione destinati alla realizzazione di componenti soggetti a fatica da contatto (acciai per tempra superficiale, acciai da bonifica, acciai da carbocementazione, acciai da nitrurazione ad eccezione dei tipi RISOLFORATI ed ADDIZIONATI al Pb). Per un ulteriore affinamento del calcolo si suggerisce di seguire la Procedura DH1 per la determinazione di d. Nel solo caso di utilizzo di acciai specifici per cuscinetti è consigliato porre d=30 μm evitando di eseguire l'indagine definita dalla Procedura DH1.
  2. Non viene considerata la variazione microstrutturale evidenziabile dalla superficie al cuore conseguente allo specifico trattamento di indurimento (es.coltri bianche in nitrurazione, austenite residua in carbonitrurazione)
  3. Non vengono considerate bombature

Utilità:

  1. Ottimizzazione del trattamento di indurimento (riduzione dei costi, riduzione delle deformazioni da trattamento termico, riduzione dei sovrametalli di rettifica)
  2. Riduzione dei costi di prototipazione e sperimentazione

Caution:

  1. Deep Hardness 1.0 calcola il gradiente di microdurezza HV1 in funzione della profondità z normale alla superficie di contatto. Tale gradiente darà indicazione di quale trattamento di indurimento scegliere in termini di durezza superficiale e spessore di indurimento efficace. Il gradiente di microdurezza HV1 tende asintoticamente a zero, quindi è necessario valutare quale durezza a cuore prescrivere in funzione del trattamento di indurimento che verrà scelto. Per carichi bassi è possibile che il tool restituisca durezze ottenibili semplicemente con trattamenti massivi, come ad esempio la bonifica. Il gradiente di microdurezza HV1 deve essere sempre interpretato prima della prescrizione di un trattamento di indurimento
  2. Per camme piane e piste di cuscinetti deve essere considerata, lungo l'intero profilo, la condizione più gravosa in termini di F, D1 e D2

Uso:

  1. Introdurre i parametri richiesti nella maschera di ingresso
    1. D1 e D2 : diametri dei cerchi osculatori dei corpi nel punto di contatto rispettando la convenzione dei segni della teoria di Hertz. Per superfici interne, il diametro assume segno negativo.
      Per le ruote dentate questi diametri vengono calcolati dall'apposita routine inserendo numero di denti, modulo, angolo di pressione ed angolo d'elica dell'ingranaggio. Viene considerato il punto primitivo di contatto tra i denti
    2. F : forza di contatto tra i corpi
      Per le ruote dentate la forza viene calcolata introducendo la coppia agente sul pignone ( ruota 1 ), oltre ai dati necessari a calcolare D1 e D2. È necessario inserire anche il fattore di sovraccarico (K), utilizzato nel dimensionamento dell'ingranaggio, ottenuto come prodotto dei fattori di sovraccarico relativi ai singoli contributi ovvero: fattore di applicazione del carico (Ka), fattore dinamico (Kv), fattore di distribuzione longitudinale del carico (Khβ), fattore di distribuzione trasversale del carico (Khα), secondo UNI 8862-1/2:1987
    3. l : larghezza del contatto, ovvero larghezza di fascia della camma o pista di rotolamento. Per le ruote dentate viene calcolata inserendo la larghezza b dell'ingranaggio (si intende sempre larghezza di sovrapposizione)
    4. E1 ; E2 ; ν1 ; ν2 : caratteristiche del materiale dei corpi in contatto: moduli di Young, coefficienti di Poisson corpi 1 e 2
    5. η : fattore di sicurezza nei confronti del cedimento per fatica da contatto
    6. μ : coefficiente d'attrito tra i corpi in contatto
    7. d : dimensione massima dell'inclusione non metallica più grande
    I parametri preimpostati servono da guida ed esempio per l'utilizzatore
  2. Avviare il calcolo
  3. Estrarre il gradiente HV1 in forma tabellare, definire la durezza superficiale (HV1 per z=0) e lo spessore di indurimento
  4. Scegliere il trattamento che garantisca le caratteristiche di sicurezza ottenute. Tale scelta è funzione del materiale, della geometria e delle dimensioni del componente. Per le modalità di indicazione a disegno cfr. Drawing Specifications 1.0. In caso di difficoltà nella scelta del trattamento o presenza di bombature, contattare info@graniteng.com
CORPO 1
D1 [mm] Diametro cerchio osculatore
E1 [N/mm2] Modulo di Young
ν1 Coefficiente di Poisson
CORPO 2
D2 [mm] Diametro cerchio osculatore
E2 [N/mm2] Modulo di Young
ν2 Coefficiente di Poisson
DATI COMUNI
F [N] Forza di contatto
l [mm] Larghezza del contatto
d [μm] Dimensione inclusione
μ Coefficiente d'attrito
η Fattore di sicurezza

Procedura DH1

È necessario valutare la micropurezza dell'acciaio dal quale sarà ricavato il componente soggetto a fatica da contatto per almeno n.2 differenti lotti di fornitura. La procedura prevede la preparazione di n.6 provette metallografiche che andranno osservate in microscopia ottica senza attacco, alfine di evidenziare la dimensione massima d dell' inclusione non metallica più grande.
  1. Estrarre per ogni prodotto, proveniente da un singolo lotto di fornitura, n.3 saggi rispettando le seguenti indicazioni:
    1. La superficie da analizzare deve essere rappresentativa della superficie di contatto del componente finito. È necessario quindi tenere conto dei sovrametalli di lavorazione meccanica
    2. La superficie da analizzare deve essere parallela alla direzione di forgiatura, stampaggio o laminazione ed appartenente ad un piano passante per tale direzione
    3. La superficie da analizzare deve possedere un'area non inferiore a 100 mm2
  2. Inglobare i n.6 saggi sopra definiti (n.3 per ogni prodotto)
  3. Prelevigare e lucidare usando carte e panni che non alterino la forma delle inclusioni o che le scalzino dalla matrice metallica (UNI 3137:1965)
  4. Osservare ad un ingrandimento di 100X senza attacco metallografico le superfici da esaminare, annotando per ogni provetta metallografica la dimensione massima della più grande inclusione osservata
  5. Introdurre in d il valore in μm della dimensione massima della più grande inclusione osservata nelle n.6 provette metallografiche esaminate

Nella figura seguente è rappresentata la modalità di prelievo di un saggio da una barra fucinata dalla quale sarà ricavata una pista di rotolamento per un cuscinetto a rulli. R-R1 è il sovrametallo di lavorazione.

RUOTA 1
Z1 Numero denti
E1 [N/mm2] Modulo di Young
ν1 Coefficiente di Poisson
T [Nm] Coppia su ruota 1
K Fattore di sovraccarico
RUOTA 2
Z2 Numero denti
E2 [N/mm2] Modulo di Young
ν2 Coefficiente di Poisson
DATI COMUNI
mn Modulo normale
α [°] Angolo di pressione normale
β [°] Angolo d'elica
b [mm] Larghezza ruota
d [μm] Dimensione inclusione
μ Coefficiente d'attrito
η Fattore di sicurezza
OUTPUT: PARAMETRI GEOMETRICI E FORZE IN GIOCO
D1 [mm] Diametro cerchio osculatore ruota 1 29.93
D2 [mm] Diametro cerchio osculatore ruota 2 42.75
F [N] Forza di contatto 21259
l [mm] Larghezza del contatto 36