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La storia metallurgica di un Winch, la ricerca della perfezione

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La storia metallurgica di un Winch
La storia metallurgica di un Winch

1995, San Diego, Coppa America numero 29, regate preparatorie alla finale tra Team New Zealand, lo sfidante, e Young America. In altre parole Russel Coutts contro Dennis Conner. Quest’ultimo con la sua Stars&Stripes aveva disputato e vinto la Citizen Cup, le regate per la selezione del Defender, ma chiese e ottenne di poter disputare la Coppa su Young America che riteneva più veloce. Una scelta che portò, per la prima volta, ad avere entrambe le barche dell’America’s Cup attrezzate Harken. A pochi giorni dal via, durante una bolina delle regate di allenamento a bordo della barca americana si avverte un “tonk” forte e improvviso.

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La storia metallurgica di un Winch
La storia metallurgica di un Winch

Ma, al di là della bella storia di Gentleman del mare, perché quelle rotture? Luciano Bonassi e Bill Otteman, a capo degli uffici di progettazione di Harken Italy, investigarono. Il problema si rivelò essere il trattamento termico. Allora Harken usava, sull’esperienza delle edizioni precedenti, classici acciai a precipitazione, senza considerare fino in fondo le conseguenze che differenti trattamenti termici possono portare alle caratteristiche degli acciai.

L’obiettivo che si inseguiva allora era teoricamente corretto, raggiungere la massima durezza (la resistenza alla deformazione permanente, non si dovevano usurare). Il problema è che di contro si rischia anche una grande fragilità (l’opposto della resilienza, la capacità di un corpo di assorbire energia). A San Diego, questa fragilità, si mostrò all’improvviso, in tutta la sua potenza.

I verricelli non sono come la maggior parte dei riduttori in commercio, che girano ad alta velocità e relativamente poca coppia, hanno la “stranezza” di avere ingranaggi che lavorano più come leve, a basse velocità, ma con alti carichi. Non è quindi importante la durezza di per sé, quanto piuttosto trovare il giusto compromesso tra durezza e fragilità, equilibrio che appunto si trova mirando il trattamento termico in maniera molto precisa.

I trattamenti termici a cui vengono sottoposte le barre di acciaio con cui si realizzano gli ingranaggi per i winch sono normati e ce ne sono di diverse tipologie (ad esempio H900 o H1025, a seconda della temperatura in Fahrenheit raggiunte) per ottenere caratteristiche finali diverse.

Ma se si vuole veramente trovare il giusto equilibrio tra ingranaggio durevole e prestazionale, bisogna intervenire su questi trattamenti. Le barre di acciaio con la stessa certificazione se le valuti con i classici metri di riferimento dovresti ottenere gli stessi risultati in termini di caratteristiche meccaniche. Ma “entrando” con il microscopio si scopre invece che possono avere caratteristiche diverse. Perché? Di colata in colata, chimicamente sono proprio lo stesso oggetto e magari hanno subito trattamenti e processi differenti. La storia metallurgica ne cambia le caratteristiche. Proprio questo fattore di cambiamento Harken lo ha in mano utilizzando i suoi forni. Può ottenere gli ingranaggi esattamente come li vuole.

A questa conoscenza si è arrivati proprio sulla base di quell’esperienza del 1995. Da allora Harken ha messo a punto un suo procedimento: ogni volta che arrivava un lotto di barre dalla stessa colata vengono tagliati tre pezzi che vengono trattati a tre temperature diverse. Vengono poi elaborate le curve prestazionali e si ricava la temperatura con cui trattare gli ingranaggi per ottenere le caratteristiche ottimali.

La storia metallurgica di un Winch
La storia metallurgica di un Winch

Harken il valore di durezza ottimale lo ha ottenuto facendo una lunga esperienza al banco e ottimizzando la prova di endurance: se prima si testava una decina di volte fino al massimo carico e se non si rompeva nulla, allora il test era considerato passato, col tempo si iniziarono a fare 1.000 - 2000 cicli da 0 al carico di lavoro per controllare che non si consumassero troppo gli ingranaggi: alla fine dei cicli questi possono essere magari un po’ usurati, ma sempre funzionali.

Si è così scoperto che 41 /44 Rockwell, una forchetta molto piccola in termini di definizione di durezza, era il livello perfetto per il bilanciamento fra fragilità e durezza degli ingranaggi: quindi abbastanza duri, con un’usura superficiale non precoce, ma neanche troppo fragili, a rischio di spaccarsi sotto carico (quello che accadde in Coppa nel 1995). Da lì Harken cominciò ad investire nell’acquisto di forni dove tutt’oggi vengono fatte le campionature e dove vengono trattati gli ingranaggi.

Vengono usati anche per la produzione perché rivolgersi ad un trattamentista esterno, quindi dotato di grandi forni di produzione, per far lavorare in maniera specifica solo i nostri pezzi comporterebbe costi eccessivi.

Sulla base di questo criterio di ricerca già nel 2000/ 2003 Harken ha sviluppato una buona competenza sull’acciaio, da lì arrivò la necessità di andare avanti verso materiali come Alluminio e Titanio, che richiedono competenze diverse. Il processo di ricerca non si è mai fermato, arrivando fino alla moderna stampa 3D in metallo. Questa ha delle caratteristiche che prima o poi la farà entrare anche nel mondo dei winch e della nautica. Qualcuno potrebbe dire che c’è già entrata, ma veri pezzi strutturali ancora non se ne fanno, le caratteristiche metallografiche non sono ancora all’altezza.

Ci si può arrivare con il trattamento termico, per questo Harken coltiva una sua cultura interna in questa direzione. L’investimento in forni di ultima generazione serve quindi per fare dei trattamenti e campionamenti, ma anche per avere una piattaforma su cui fare ricerca, per sviluppare nuovi percorsi, anche sulla stampa 3D. Harken collabora da anni con alcune aziende che fanno pezzi 3D in metallo, ma non sono ancora adatti a soddisfare le caratteristiche necessarie per fare i winch, ai loro alti carichi specifici. Al momento stanno lavorando per realizzare le macchine che potranno farlo.

Con la stampa 3D si possono fare componenti con forme e leggerezza che l’industria del metallo classica non consente. Ma arrivando a stress localmente molto elevati, come accade all’interno dei verricelli, quello che si stampa in 3D attualmente non è ancora affidabile come quello fatto con la mettalurgia tradizionale. Qui “la storia metallurgica” con cui nasce una barra rende l’acciaio molto più forte di quello che hanno i pezzi realizzati in stampa 3D in metallo. Questo gap ancora non è stato colmato ma Harken è in prima linea per provarci.
 

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