Influenza del processo di rullatura sulla vita utile degli assili ferroviari

This thesis deals with the effect of the cold rolling process on the fatigue behavior of railway axles, highly stressed and fundamental elements in the basic structure of a train. It’s focused on the crack growth analysis for two different types of steel (A4T and A1N) in order to estimate the crack propagation rate in a critical section of the axles. To investigate the benefits of the cold rolling process and also to obtain a model able to predict the real crack growth rate, the trend of the compressive residual stresses impressed by the technological process should be known; two different techniques are applied, the X-ray diffractometry, and the hole-drilling method. In the following are presented the finite element models used to simulate the tensile stresses in the T-transition, next to the press-fit. Finally it’s possible to simulate the crack growth with the aid of the AFGROW software, making comparisons of the axles’ life in the case the rolling process is carried out or not. To verify the prediction a fatigue test on a rolled full-scale specimen is performed.

In questo lavoro di tesi è stato studiato l’effetto del processo tecnologico di rulla- tura a freddo sul comportamento a fatica degli assili ferroviari, organi fortemente sollecitati e fondamentali nella struttura di un veicolo ferroviario. In particolar modo viene analizzata la propagazione di cricche per due differenti acciai (A4T e A1N) al fine di poter stimare la velocità di avanzamento delle fratture in una zona critica degli assili. Per poter studiare il beneficio prodotto dalla rullatura e giungere ad un modello di previsione in grado di stimare la velocità di propagazione delle cricche è neces- sario conoscere l’andamento delle tensioni residue di compressione impresse dal processo di rullatura; sono state utilizzate due differenti tecniche, la diffrattometria a raggi X e il metodo della rosetta forata. Vengono poi illustrati i modelli ad elementi finiti utilizzati per simulare gli sforzi, tipicamente di trazione, presenti nella transizione a T vicina al calettamento forzato. Si mostrano infine le simulazioni di avanzamento della cricca effettuate con l’ausi- lio del software AFGROW confrontando le previsioni di vita utile degli assili nel caso in cui venga o meno effettuato il processo di rullatura. A verifica della previsione fatta è stata svolta una prova a fatica su di un provino full-scale rullato.