Modellazione dell’effetto della rugosità superficiale e dell’effetto scala per provini di Inconel 718 prodotti tramite tecnica L-PBF

I costanti progressi della tecnologia additiva stanno consentendo la realizzazione di componenti sempre più critici, soprattutto dal punto di vista meccanico. Come è noto, la resistenza di tali componenti dipende da numerosi fattori quali la finitura superficiale, le dimensioni o la presenza di intagli e la loro conoscenza è fondamentale dal punto di vista progettuale. Nel presente lavoro è stata investigata la resistenza a fatica monoassiale di provini di Inconel 718, realizzati tramite fusione laser a letto di polvere. Sono stati impiegati dei provini cilindrici non intagliati ispirati alle norme ASTM e dei provini miniaturizzati prismatici aventi una faccia liscia senza intaglio e la faccia opposta intagliata e dimensionati in maniera tale da ridurre al minimo il consumo di polvere. Per i provini cilindrici si sono utilizzate le macchine per fatica monoassiale, mentre i provini miniaturizzati sono stati testati con un’apposita macchina di flessione che permette di caratterizzare la resistenza a fatica monoassiale del provino. Per approfondire l’effetto della rugosità superficiale sulla resistenza a fatica, alcuni dei provini cilindrici sono stati anche sottoposti ad una lavorazione per asportazione di truciolo, che ha incrementato la finitura superficiale. La rugosità dei vari campioni è stata analizzata con un profilometro ottico 3D. La stima della resistenza è stata effettuata con l’approccio di Murakami. Tuttavia, quest’ultimo è stato contestualizzato ai fini della ricerca in esame, aggiungendo un termine per tenere conto dell’assenza di simmetria nel carico ciclico. Il termine radice di area è stato inoltre calcolato con riferimento all’espressione proposta da Murakami per includere l’effetto della rugosità sulla resistenza. Per determinare i termini della suddetta espressione, vari profili di rugosità sono stati estratti dalle scansioni 3D ottenute e sono stati modellati come somma di funzioni armoniche. Per tenere conto delle diverse dimensioni tra i provini utilizzati, è stato aggiunto al modello di Murakami un termine a due parametri per includere gli effetti dimensionali legati alla differente estensione delle superfici altamente sollecitate. I valori dei due parametri sono stati ottenuti utilizzando i valori del limite di fatica dei provini cilindrico rugoso e miniaturizzato testato dal lato liscio. Infine, Il provino cilindrico lavorato ed il provino miniaturizzato testato dal lato intagliato sono stati utilizzati come validatori, risultando in una buona accuratezza del modello proposto.