Che cos’è l’usura e come si può prevenire?

La Tribologia è la scienza che studia l’attrito, l’usura e la lubrificazione delle superfici a contatto, in un determinato movimento. Si basa su concetti che provengono dalla scienza dei materiali, dalla chimica, dalla fisica e da altre discipline rendendola, appunto un dominio multidisciplinare.

L’usura costituisce una grande preoccupazione per le industrie manufatturiere, in quanto causa oltre il 50% della perdita di prestazioni delle macchine produttive. Perciò, il controllo delle condizioni che la influenzano impedirebbe il guasto della macchina e consentirebbe infine di ottimizzare il processo industriale.

Ma prima di iniziare a sottolineare come si dovrebbe prevenire l’usura, dovremmo chiederci…che cos’è esattamente l‘usura?

Che cos’è l’usura? 

L’usura può essere definita come il danneggiamento o la rimozione di materiale che una superficie solida ha subito a causa di scivolamento, rotolamento o urto contro la superfice di un altro solido. Non si tratta di una proprietà del materiale, ma piuttosto di una risposta del sistema.

L’usura porta ad un maggiore attrito al cedimento del materiale o alla perdita di funzionalità. Per tanto, al fine di ridurre l’usura (e di conseguenza l’attrito) deve essere inserito un sottile stato di lubrificante tra le superfici di sfregamento.

L’usura può essere classificata in base a come si verifica il danneggiamento delle superfici.

• Usura adesiva
• Usura abrasiva
• Indebolimento superficiale
• Fretting
• Usura erosiva
• Usura da corrosione e da ossidazione

Ogni tipo di usura è causato da uno o più meccanismi. Questi meccanismi possono sovrapporsi sinergicamente, portando un aumento del tasso di usura.

Tipi di Usura

In questa sezione, vengono forniti maggiori dettagli su ciascuno dei tipi di usura elencati. I più comuni sono l’Usura adesiva e quella abrasiva; ma anche gli altri tipi di usura possono manifestarsi in molte applicazioni industriali sotto determinate condizioni.

USURA ADESIVA

L’ Usura adesiva è il tipo di usura originato dal contatto e dall’interazione di asperità tra due superfici a contatto con una forte forza adesiva. In altre parole, le asperità opposte si legano l’uno all’altra e si staccano quando una superfice scivola sull’altra. La sua intensità dipende da diversi fattori fisici e chimici, ma generalmente aumenterà con valori più elevati di densità energetica superficiale. La presenza di lubrificanti e carichi inferiori, tuttavia, ridurranno il suo effetto.

Fig. 1 Rimozione del materiale durante l’usura adesiva

USURA ABRASIVA

L’Usura abrasiva si verifica quando una superficie ruvida e dura scivola su una superficie relativamente morbida. È la tipologia del meccanismo di usura più frequente riscontrato nell’industria. L’usura abrasiva può essere prodotta seguendo tre tipi di meccanismi, vale a dire aratura (se non c’è asportazione di materiale dalle superfici, ma piuttosto, si formano delle scanalature dal materiale che viene spostato) taglio (se si verifica un’asportazione di materiale sottoforma di detriti) o per frammentazione (se c’è l’asportazione del materiale, e allo stesso tempo c’è una frattura localizzata delle superfici a contatto causato dai detriti rimossi).

Fig. 2 Rimozione del materiale durante l’usura abrasiva

INDEBOLIMENTO SUPERFICIALE

L’affaticamento superficiale è il tipo di usura in cui la superficie di un materiale risulta indebolita dal carico continuo. Questo viene prodotto quando le particelle di usura vengono separate dalle superfici solide dall’accumulo di micro-danneggiamento di materiale. Il meccanismo di usura in azione combina la formazione di crepe e vuoti nelle superfici solide, che vengono amplificati con il carico continuo.

FRETTING

Il fretting  si verifica tra due superfici soldali che vengono a contatto in uno sfregamento costante e ciclico di piccola ampiezza. Innesca crepe da indebolimento, che spesso si traducono in rotture per indebolimento da sfregamento.

USURA EROSIVA  

L’Usura Erosiva è il tipo di usura prodotta da un breve movimento di scorrimento in un intervallo di tempo molto breve. Viene prodotto quando le particelle rimuovono gradualmente il materiale dalla superficie per impatto continuo, deformandolo e danneggiandolo. L’impatto dell’Usura erosiva può essere influenzato dalla natura delle particelle che impattano (dimensione, forza e durezza) nonché dalla velocità e dall’angolo con cui impattano sulla superficie tra loro.

 USURA DA CORROSIONE E DA OSSIDAZIONE

L’ Usura da corrosione e da ossidazione si verifica come effetto combinato dell’azione chimica e meccanica. L’azione chimica aumenta la porosità della superficie, mentre l’azione meccanica porta all’usura. Ci sono anche una serie di fattori che influenzano l’usura in questo caso, come una progettazione impropria del meccanismo o l’incapacità di rimuovere calore o umidità sufficiente dalla regione di contatto.

Come si può prevenire l’Usura?

Esiste un’ampia gamma di metodi per prevenire l’Usura. La cosa più comune da fare è utilizzare materiali resistenti all’usura o modificare le proprietà dei materiali a contatto con le superfici. Quest’ultimo può essere fatto per esempio attraverso l’indurimento o modifica chimica delle superfici. Quando ciò non è possibile, gli oli e i grassi moderni rappresentano una soluzione facile e veloce da utilizzare.  Al momento è disponibile sul mercato una selezione molto ampia di lubrificanti, ciascuno progettato specificatamente per un particolare esigenza o applicazione industriale e compatibile con I materiali più comuni.

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