La rullatura della filettatura migliora significativamente la resistenza alla fatica dei bulloni in acciaio inossidabile rispetto alla filettatura a taglio grazie a diversi fattori chiave legati al modo in cui vengono formate le filettature e alle risultanti proprietà del materiale. Ecco un'analisi dettagliata di come la rullatura della filettatura migliora la resistenza alla fatica:
Rafforzamento del materiale attraverso la lavorazione a freddo
La rullatura della filettatura è un processo di formatura a freddo in cui le filettature vengono create applicando pressione sulla superficie del bullone, provocando la deformazione plastica del materiale nella forma della filettatura desiderata. Questa lavorazione a freddo induce un incrudimento nell'acciaio inossidabile, aumentando la durezza e la resistenza dello strato superficiale.
Le filettature formate a freddo presentano tensioni residue di compressione più elevate, il che significa che la superficie ha meno probabilità di rompersi sotto carichi ciclici (sollecitazioni ripetute), migliorando la resistenza alla fatica del bullone. Al contrario, la filettatura tagliata rimuove il materiale, lasciando i fili più deboli e più soggetti a fessurazioni sotto carichi ripetuti.
Nessuna rimozione di materiale = struttura a grana continua
Nella rullatura del filetto, nessun materiale viene rimosso dal bullone. Invece, il materiale viene spostato per formare i fili. Ciò preserva la struttura a grana continua dell'acciaio inossidabile, che segue il contorno della filettatura.
Mantenendo questo flusso continuo del grano, i fili laminati sono più forti e più resistenti alla fatica. La filettatura tagliata, d'altro canto, recide la struttura del grano, creando punti di concentrazione delle sollecitazioni che sono più vulnerabili alla fatica e al cedimento nel tempo.
Finitura superficiale liscia
I fili laminati hanno generalmente una finitura superficiale più liscia rispetto ai fili tagliati. La superficie più liscia significa che ci sono meno imperfezioni superficiali, come tacche microscopiche o segni di utensili, che potrebbero fungere da concentratori di stress durante il carico ciclico.
Nelle filettature tagliate, il processo di lavorazione spesso lascia piccoli difetti superficiali, che possono provocare cricche sotto sollecitazioni ripetute, portando a rotture per fatica. I fili laminati, con le loro superfici più lisce, distribuiscono lo stress in modo più uniforme e hanno quindi meno probabilità di rompersi.
Stress compressivo residuo
Il processo di rullatura della filettatura introduce uno stress residuo di compressione nel materiale alla radice della filettatura (la parte più bassa della filettatura). Ciò è vantaggioso perché la maggior parte dei cedimenti per fatica iniziano in superficie e le sollecitazioni di compressione contrastano le sollecitazioni di trazione che causano le fessurazioni.
Nelle filettature tagliate, il processo di lavorazione non induce queste benefiche sollecitazioni di compressione e può addirittura lasciare nel materiale sollecitazioni di trazione residue, che favoriscono l'innesco e la propagazione delle cricche sotto carico di fatica.
Ridotta concentrazione dello stress
Le transizioni morbide e i contorni arrotondati prodotti dalla rullatura della filettatura riducono le concentrazioni di stress nei punti critici come la radice della filettatura. Al contrario, i fili tagliati presentano spesso transizioni più nette, che agiscono come elementi di tensione e aumentano la probabilità che si formino cricche da fatica in queste aree.
Una minore concentrazione di sollecitazioni nelle filettature rullate significa che possono sopportare più cicli di carico senza cedimenti, rendendoli più adatti per applicazioni in cui i bulloni sono soggetti a carichi e scarichi ripetuti.
Maggiore durata a fatica
La combinazione di finitura superficiale più liscia, tensioni residue di compressione, flusso continuo dei grani e concentrazioni ridotte di sollecitazioni nelle filettature laminate aumenta notevolmente la durata a fatica dei bulloni in acciaio inossidabile . Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni che implicano carichi dinamici o ciclici, come nell'ingegneria aerospaziale, automobilistica e strutturale.
Gli studi hanno dimostrato che le filettature rullate possono aumentare la resistenza alla fatica da quattro a cinque volte rispetto alle filettature tagliate, rendendole la scelta preferita per applicazioni ad alto stress e critiche per la fatica.
In conclusione, la rullatura migliora la resistenza alla fatica dei bulloni in acciaio inossidabile attraverso:
Rafforzare il materiale attraverso la lavorazione a freddo.
Preservare la struttura a grana continua.
Producendo una superficie più liscia con meno imperfezioni.
Introduzione di tensioni residue di compressione benefiche.
Riduzione delle concentrazioni di stress alla radice del filo.
Questi fattori collettivamente rendono le filettature rullate significativamente più durevoli sotto carichi ciclici rispetto alle filettature tagliate, migliorando le prestazioni a fatica e la longevità dei bulloni in acciaio inossidabile in applicazioni impegnative.
