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Attività di Prevenzione nel Campo Manutentivo
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☛ CHIP DETECTOR e studio del particolato metallico
Fig. 1 - Chip Detector EFA
In queste pagine cercheremo di
dare delle risposte alle seguenti
domande che sorgono spontanee:
Perché è interessante studiare lʼusura
e le particelle che il fenomeno
produce? Quali informazioni se ne
possono trarre? Perché la caratterizzazione
del particolato metallico
costituisce un importante strumento
tecnico di prevenzione in merito
alla Sicurezza del Volo? In che
modo è possibile contribuire alla
vera prevenzione S.V. proattiva dai
banconi di un laboratorio chimico?
Più nel dettaglio: come fare ad
operare tempestivamente una efficace
azione preventiva se le superfici
soggette a deterioramento
non sono ispezionabili? Lucrezio
aveva ragione: diventa fondamentale
poter esaminare le particelle
“fuggite via”. Infatti, le informazioni
ricavate dalla composizione, dalla
morfologia, dalle dimensioni e dal
numero di particelle che è possibile
raccogliere, costituiscono lʼindizio
che identifica univocamente il fenomeno
responsabile dellʼusura
prima che questa produca effetti
disastrosi al particolare colpito.
Cercheremo di spiegare il perché
in un velivolo sono impiegati i
chip detector (1) (fig. 1) per monitorare
quelle aree particolarmente delicate
e come e perché studiare il
Fig. 2 - Variazione dimensionale dovuta allʼusura
particolato metallico che ha provocato
lʼattivazione della spia, soprattutto
in funzione di quanto si può
fare in termini di SV e di quanto
invece potrebbe accadere sottovalutando
il segnale di warning.
(1) Chip detector: sensori magnetici in grado di trattenere il particolato metallico ferromagnetico disperso
nellʼolio impiegato per lubrificare il sistema monitorizzato. La presenza di particolato causa la chiusura di
un circuito elettrico che provoca lʼaccensione della spia. Spesso si rinviene anche particolato non ferroso
(es. leghe leggere o rivestimenti metallici) trascinato dalle particelle ferromagnetiche sul chip.
Il grado di usura e i parametri
che lo influenzano.
Lʼusura è prevedibile?
In linea generale è possibile,
conoscendo il materiale impiegato
ed il tipo di moto al quale è sottoposto,
stabilire già in fase progettuale
la correlazione che esiste tra attrito
ed usura. Tale correlazione non è
semplice, tanto che è possibile
assistere a situazioni in cui, col
passare del tempo, il tasso di
usura[1] aumenta al diminuire dellʼattrito.
In particolare: la variazione
dimensionale, chiamata δr, del
pezzo, che con lʼattrito si consuma, è
pari al rapporto tra volume di usura,
V, per unità di distanza percorsa nel
moto reciproco e la lunghezza, L, del
particolare interessato:
δr = V/L
Il rapporto V/L indica come lʼusura
sia funzione del tipo di materiale
(V) e delle dimensioni del
pezzo (fig. 2) .
Lʼimpiego può modificare le
caratteristiche del materiale, le
caratteristiche geometriche dei particolari
interferenti e le caratteristiche
del moto reciproco, inclusi i
carichi e la temperatura di esercizio.
I fattori legati alle proprietà chimico-fisico-meccaniche,
che influenzano
il comportamento allʼusura
di elementi a contatto sono:
durezza (più un materiale è duro e
minore è lʼeffetto dellʼusura ed
incrementando il carico applicato
Tasso di usura
Pressione al contatto
Fig. 3 - Tasso di usura in funzione della pressione di contatto
Lʼusura tende ad aumentare
in maniera repentina
nellʼintorno della pressione
nominale di contatto di H/3
dove H è proprio la durezza
del materiale. Questo è il
punto di transizione tra
usura moderata ed
usura severa.
in cui A è lʼarea ricoperta dalle
lʼusura tende ad aumentare in maniera
(A L +A S ) x (A L -A S ) = I S
repentina), solubilità recipro-
L
particelle grandi; A S è lʼarea ricoperta
ca (2) (la compatibilità dei materiali
dalle particelle piccole.
incide in maniera proporzionale: al
crescere della solubilità aumenta
lʼusura), struttura cristallina (tra le
tre strutture cristalline possibili per i
metalli: cubica a facce centrate,
cubica a corpo centrato ed esagonale
compatta, lʼultima è geometricamente
la più resistente allʼusura).
La durezza e la struttura cristallina
Lʼusura moderata è dovuta ad
un contatto cinematico associato al
concetto di bassi carichi e le particelle
che ne derivano sono generalmente
di dimensioni ridotte.
Il regime di usura severa è invece
sintomo dellʼapplicazione di carichi
elevati che generano superfici molto ruvide
e particelle di notevoli dimensioni.
possono variare anche in
modo molto significativo in funzione
delle condizioni di esercizio
(figg. 3 e 4) .
Come ad
Per avere idea dellʼentità del
esempio il
deterioramento di particolari soggetti
a seria interferenza è invece
Ferro.
di indubbio interesse la correlazione
che esiste tra il numero, ma
soprattutto le dimensioni delle particelle
Cubica a corpo centrato
da usura ed il grado del pro-
cesso che le ha generate.
Lʼindice di severità (I S ) calcolato
su un gruppo di particelle generate
dallo stesso processo è dato dalla
relazione:
Come ad esempio
il Magnesio e il
Titanio
(2) Gli stessi metalli che in base alle loro affinità
vengono impiegati per la realizzazione di leghe,
possono dare problemi di solubilità reciproca se
posti a contatto in particolari condizioni meccaniche
e di temperatura. Es. Alluminio e Magnesio
H/3
Fig. 4 - Strutture cristalline dei metalli
La variazione di parametri quali,
velocità, lubrificazione, condizioni
ambientali, oltre allʼentità dei carichi
applicati, possono trasformare il
grado di usura, e mentre su alcuni
è possibile agire in termini migliorativi,
sulla maggior parte non vi è la
possibilità di influire.
Ad esempio con lʼaumentare dei
carichi si può assistere alla transizione
da usura moderata ad usura
severa e quando lʼincremento è
sostanziale è possibile il verificarsi,
con lʼincremento della temperatura
dovuta allʼattrito, che la durezza del
materiale aumenti dando luogo ad
una seconda transizione, questa
volta in senso opposto.
Il contatto reciproco può comportare
deformazioni elastiche (reversibili),
plastiche (irreversibili) fino a
produrre asportazione di materiale o
addiritura crinature e/o innescare
rotture, quindi se da un lato lʼattrito è
necessario per il funzionamento di
ingranaggi e apparati meccanici in
genere ed un fenomeno di usura di
rodaggio su un pezzo nuovo è fisiologico,
dallʼaltro unʼusura severa può
rappresentare un reale rischio per
lʼintegrità strutturale del velivolo ed è
necessario agire prima che il pericolo
mini la sicurezza.
Cubica a facce centrate
Come ad
esempio il
Nickel,
lʼAlluminio
e lʼArgento.
Esagonale
a struttura compatta
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Sicurezza del Volo n. 271/2009
Sicurezza del Volo n. 271/2009