Galling (Grippaggio) – Cos’è, come funziona e come si previene

Il galling è un fenomeno in cui si verifica un’adesione imprevista tra due superfici metalliche in contatto scorrevole, con conseguenti danni da attrito o, in ultima analisi, da grippaggio.

Questo tipo di adesivo usura del materiale pone seri rischi in quanto può portare a costosi interventi di manutenzione da riparazioni o guasti alle apparecchiature. Pertanto, un’erosione non controllata può portare a ritardi di produzione indesiderati, con un notevole dispendio di tempo e risorse.

Approfondiamo le cause, gli effetti e le misure preventive della gallatura.

Che cos’è la gallerizzazione del metallo?

Il galling si verifica quando due superfici in movimento relativo iniziano ad aderire l’una all’altra attraverso forze molecolari, dando luogo a saldature accidentali a freddo. È un problema piuttosto comune in formatura dei metalli, cilindri idraulici, cuscinetti, pistoni di motori, filettature e altre applicazioni in cui le superfici metalliche sono in contatto scorrevole. La gallerizzazione del metallo è particolarmente diffusa quando la lubrificazione tra le superfici è insufficiente.

Questa usura adesiva si verifica in genere quando i materiali sono sottoposti a carichi elevati e a basse velocità di scorrimento, ma si verifica anche in applicazioni ad alta velocità con carichi ridotti. Se a ciò si aggiungono la temperatura e la scarsa lubrificazione, l’effetto galla si accentua.

Alcuni metalli sono più inclini alla gallerizzazione di altri, come ad esempio l’alluminio e l’acciaio austenitico. In genere, i materiali più morbidi sono più facili da galla e quelli più duri sono più resistenti. Le proprietà che influenzano la capacità del materiale di galla re sono plasticità e duttilità. L’incrostazione può avvenire indipendentemente dal fatto che i metalli a contatto siano uguali o diversi. L’ottone e il bronzo sono da preferire per le situazioni in cui si verifica uno scorrimento (cuscinetti, boccole) in quanto sono piuttosto resistenti alla galla.

L’acciaio inossidabile, l’alluminio, il titanio e alcuni altri metalli possiedono una resistenza alla corrosione che deriva dalla formazione della strato passivo di ossido. In compenso, li rende particolarmente suscettibili alla formazione di galla quando questo strato di ossido viene danneggiato o spazzato via da elevate forze di contatto, esponendo il materiale reattivo nudo.

Quindi, la gallatura è un problema piuttosto grave per i bulloni filettati in acciaio inossidabile e alluminio.. L’attrito porta al congelamento della filettatura del bullone e l’applicazione di un’ulteriore forza di serraggio può semplicemente tranciare la testa del bullone o spanare la filettatura.

Nei processi di lavorazione dei metalli, soprattutto tornitura, fresaturaL’erosione si riferisce al trasferimento del materiale di lavoro sull’utensile da taglio, con conseguente formazione di un grumo. Questo grumo altera l’interazione tra l’utensile e il pezzo, portando in genere a una maggiore adesione e resistenza a ulteriori tagli. Le vibrazioni generate da questo processo nelle operazioni di tornitura e fresatura possono spesso produrre un suono caratteristico che i macchinisti riconoscono.

Come funziona la scagliatura?

Le superfici metalliche sono visibilmente lisce a occhio nudo, ma presentano imperfezioni come impurità o vuoti su scala più piccola. I microscopici punti alti (asperità) dell’area di contatto tra due materiali sfregano l’uno contro l’altro, generando calore e attrito. Nell’area di contatto si verificano tensioni locali e si formano grumi che continuano a crescere penetrando lo strato di ossido protettivo.

L’alta densità di energia nell’area di contatto forma legami e induce il trasferimento di elettroni tra le fibre microscopiche delle due superfici metalliche. In questo modo la zona di contatto si fonde, subendo saldatura a freddo dal naturale comportamento plastico del metallo. La galla comporta un trasferimento visibile di materiale che viene tirato in modo adesivo da una superficie all’altra, formando un grumo in rilievo noto come galla.

In genere, la galla non si sviluppa gradualmente come altre forme di usura (ad esempio, la fatica e l’usura abrasiva). Al contrario, tende a emergere rapidamente e a diffondersi velocemente, poiché i noduli sollevati inducono un’ulteriore formazione di galla. È quindi importante controllare regolarmente le parti della macchina che sono suscettibili di usura adesiva. Il fatto che il problema venga individuato tardivamente comporta in genere costi elevati.

Fattori che innescano la formazione di galla

La probabilità di formazione di galla aumenta quando si verificano le condizioni indicate di seguito:

• Superfici esposte – I metalli appena tagliati si legano facilmente quando vengono pressati l’uno con l’altro, poiché non c’è uno strato di ossido protettivo sulla loro superficie.
• Detriti – Le piccole particelle incastrate tra le superfici metalliche diventano abrasive quando subiscono il contatto di scorrimento, aumentando il rischio di gallamento. Le aree di contatto inizieranno a deformarsi, creando una deformazione localizzata, e si deformeranno continuamente con il proseguire del movimento di scorrimento.
• Sollecitazioni elevate – Il rapido movimento dei materiali sotto alta pressione e il contatto diretto contribuiscono ad aumentare i livelli di stress. Queste sollecitazioni aumentano l’effetto della plasticità del materiale, rendendolo più suscettibile alla formazione di galla.
• Metalli simili – Il trasferimento microscopico di elettroni funziona meglio tra due metalli con proprietà metallurgiche simili. A elemento di fissaggio in acciaio ad esempio, si legherà più facilmente con acciai dalle proprietà simili.

Come prevenire la scagliatura?

Esistono numerosi metodi per evitare l’usura o per proteggere dalla formazione di galla:

• Lubrificazione/rivestimento – Un rivestimento o un lubrificante aggiunge un ulteriore strato protettivo alle superfici metalliche, riducendo al contempo l’attrito e la temperatura di contatto. Può assumere la forma di lubrificanti antigrippaggio, prodotti antigrippaggio, grassi, additivi o altri rivestimenti. L’uso di un rivestimento o di un lubrificante durante la manipolazione acciaio inossidabile è quasi sempre necessario.
• Riduzione del carico, della temperatura e della velocità – La diminuzione dell’energia nell’area di contatto della superficie riduce il trasferimento di materiale microscopico nella zona plastica. È meglio interrompere un’operazione se la superficie inizia a legarsi a un altro pezzo.
• Selezione del materiale – Leghe o addirittura tipi di materiali diversi funzionano incredibilmente bene contro l’abrasione meccanica, poiché hanno strutture atomiche diverse. Ottone, bronzoPer le boccole e i cuscinetti si scelgono spesso ottone, bronzo e cobalto, che sono resistenti alla galla. Alto durezza è un altro modo per migliorare la resistenza alla galla aggiungendo l’indurimento del materiale.
• Utilizzare parti pulite e non danneggiate – La presenza di contaminanti sulla superficie metallica favorisce la saldatura a freddo che porta alla formazione di galla. È buona norma mantenere i materiali privi di detriti attraverso un’adeguata stoccaggio, spedizione e manipolazione poiché le parti possono sfregare l’una contro l’altra durante il trasporto.
• Aumento dell’area di contatto – Un’area di contatto più ampia è efficace per ridurre la pressione superficiale. Le sollecitazioni sulle parti a contatto sono minori e l’usura è meno profonda.
• Finitura superficiale – Le superfici ruvide (>1,5µm) o molto lisce (<0,25µm) hanno un’elevata tendenza alla formazione di galla. Una superficie ruvida può essere sbavata per migliorare la scorrevolezza, ma deve essere monitorato per non essere inferiore a <0,25µm.

Altri fattori da considerare per ridurre al minimo il rischio di galling sono lo sfruttamento di tecnologie avanzate nella pratica e nel materiale. Nanotecnologia consente di ottenere leghe che offrono una migliore resistenza alla galla, mentre i rivestimenti avanzati contenenti particelle di rame o di ossido di calcio sono un’ottima soluzione per prevenire la galla.