Pallinatura controllata superfici metalliche

Per “fatica” si intende la riduzione della capacità del materiale di resistere a valori di carichi che in condizioni statiche non creerebbero alcun problema. La fatica nei materiali metallici venne studiata nella seconda metà del diciannovesimo secolo dall’Ing. August Wohler, tecnico delle ferrovie, che ideò le “curve di Wohler” che permettono di stimare il numero di cicli, in funzione del carico, che portano alla rottura un determinato materiale. Egli trovò che esiste un carico al di sotto del quale, indipendentemente dal numero di cicli, nel materiale non si osserva la formazione di cricche.

Tale carico è denominato “limite di fatica”. Successivi studi dimostrarono che il limite di fatica è principalmente influenzato, oltre naturalmente dallo stato in cui si trova il materiale, dalla presenza in superficie di raggi di raccordo dovuti a variazione di sezione, dalla rugosità e dalla presenza di intagli, anche di piccole dimensioni.

Da qui nacque la necessità di utilizzare accorgimenti geometrici per aumentare la resistenza alla fatica dei componenti, quali raggi di raccordo il più ampi possibile, rugosità molto basse, giungendo in alcuni particolari altamente sollecitati addirittura alla finitura a specchio, e particolare cura nell’evitare la presenza di intagli, anche di tipo metallurgico (quali ad esempio inclusioni) sulla superficie. In altre parole si evinse l’importanza dello stato superficiale sulla “vita” a fatica dei componenti meccanici.

Col progredire degli studi ci si accorse, però, che a parità di condizioni geometriche e superficiali, la resistenza alla fatica veniva influenzata anche dalla metodologia utilizzata per ottenere la geometria (di fresa, di rettifica, di forgiatura, di fusione), fenomeno che solamente dopo l’utilizzo della diffrattometria a Raggi X per il rilievo delle tensioni residue, venne compreso. Si capì che, a parità di tutte le altre condizioni, le tensioni residue alla superficie, ed in prossimità di essa, influenzano considerevolmente la resistenza alla fatica. In particolare la presenza di tensioni residue di compressione innalza la capacità di resistere a carichi ripetuti nel tempo, viceversa la trazione residua sulla superficie riduce sensibilmente tale capacità.

Attorno agli anni ’40 del secolo scorso J.O. Almen, ingegnere alla General Motors, mise a punto il processo denominato “Shot peening” (in italiano pallinatura controllata) ed il metodo per controllarne la ripetibilità. Esso sostanzialmente consiste nel bombardare la superficie dell’oggetto (integralmente o solo in determinate zone) con minuscole sfere di acciaio (diametro compreso tra pochi decimi di millimetri ed un paio di millimetri, immagine SEM successiva)