Riassunto analitico
Poter determinare, in modo certo, la durata del ciclo di vita di componenti metallici, sottoposti a fatica da contatto, produrrebbe immediati sviluppi tecnologici ed economici, legati all’aumento delle prestazioni e dell’affidabililtà. Una possibile strada verso tale risultato è rappresentata dalla definizione di una relazione esatta tra i danni di un componente dovuti a fatica, che ne modificano le proprietà meccaniche fino alla rottura, e la variazione delle proprietà magnetiche: ciò renderebbe possibile il superamento dell’utilizzo di modelli predittivi statistici ed empirici, basati su comportamenti medi, grazie all’analisi diretta, in tempo reale, dello stato di ogni singolo componente.
Procedendo verso questo obiettivo, nel presente lavoro sono state effettuate analisi ottiche su cuscinetti a sfera sottoposti a vari livelli di fatica da contatto, per determinarne le proprietà magnetiche tramite l’effetto Kerr. La tecnica utilizzata sfrutta l’interazione tra luce polarizzata e campi magnetici, proponendosi come potenziale affidabile candidata per l’esecuzione di misure in-situ e non invasive durante il normale funzionamento dei dispositivi. Le tecniche magneto-ottiche non presentano particolari vincoli di temperatura o pressione, fornendo dati precisi con misurazioni rapide e semplici, unite ad un'elevata risoluzione spaziale e temporale.
I risultati ottenuti evidenziano la presenza di effettive differenze nei cicli di isteresi dei campioni con diverso livello di fatica, con un cambiamento che appare progressivo e continuo.
Tuttavia, la posizione delle modificazioni all’interno del dispositivo suggerisce l’utilizzo, in futuro, di differenti tecniche di misura, oltre alla necessità di poter analizzare campioni con più variegati stati di fatica da contatto.
Sono state inoltre effettuate misure dipendenti dal tempo per monitorare il possibile rilassamento della magnetizzazione del campione, che hanno rivelato l’assenza di tale fenomeno alle scale temporali considerate.
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Abstract
Being able to establish, with certainty, the lifetime of metallic components, affected by rolling contact fatigue, would lead to immediate technological and economic advancements, linked to the increased reliability and performances. A possible path toward this result is represented by the definition of an exact relationship between the damages due to fatigue, which modify the mechanical properties of the device until failure, and the variations in the magnetic properties. This would allow to overcome the use of statistical and empirical predictive models, based on average behaviors, with the direct analysis, in real time, of each single metallic component.
Proceeding toward such an objective, in this work, optical analysis have been performed on ball bearings subject to different levels of contact fatigue, in order to determine the magnetic properties, using the Kerr effect. The used experimental technique is based on the interaction of polarized light and magnetic fields, standing as a possible reliable candidate to perform in-situ and non-destructive measurements during the normal operation of the devices. Magneto-optical techniques don't need any specific temperature or pressure constraints, and give precise data with fast and simple acquisition, together with a high spatial and temporal resolution.
The obtained results show the effective differences in the hysteresis loops of samples with different levels of fatigue damages, with a progressive and continuous change. Nevertheless, the position of the modifications inside the device suggests the use of different experimental techniques in future measurements, together with the need of analyzing samples with a wider range of conditions.
Time-dependent measurements have also been performed, in order to monitor the possible relaxation of the magnetization in the sample, which have revealed the absence of such phenomenon at the considered time scales.
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