{"id":23594,"date":"2024-11-30T06:10:40","date_gmt":"2024-11-30T05:10:40","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/11\/30\/i-fenomeni-di-danneggiamento-per-usura-delle-superfici\/"},"modified":"2024-11-30T06:10:40","modified_gmt":"2024-11-30T05:10:40","slug":"i-fenomeni-di-danneggiamento-per-usura-delle-superfici","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/11\/30\/i-fenomeni-di-danneggiamento-per-usura-delle-superfici\/","title":{"rendered":"I fenomeni di danneggiamento per usura delle superfici"},"content":{"rendered":"<div>\n<div style=\"margin: 5px 5% 10px 5%;\"><img loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_b_test.jpg?resize=750%2C750&#038;ssl=1\" width=\"750\" height=\"750\" title=\"\" alt=\"\" data-recalc-dims=\"1\"><\/div>\n<div>\n<p><strong>Solitamente si considerano, per la progettazione meccanica in ambito industriale, calcoli legati al dimensionamento per prevenire il cedimento statico, il danneggiamento a fatica, le deformazioni termo-meccaniche o l\u2019instabilit\u00e0. Tuttavia, un componente pu\u00f2 subire diversi tipi di deterioramento anche a livello superficiale, che ne compromettono la funzionalit\u00e0 dei quali occorre tenere conto.<\/strong><\/p>\n<p><em>di Giorgio de Pasquale ed Elena Perotti<\/em><\/p>\n<p>Fra i danneggiamenti superficiali possiamo citare la <em>corrosione<\/em>, che pu\u00f2 manifestarsi sia in ambienti atmosferici normali sia in condizioni pi\u00f9 aggressive, come ad esempio in presenza di acqua salata. La corrosione superficiale pu\u00f2 interagire con lo stato di sollecitazione agente sul componente, provocando effetti cumulativi pi\u00f9 dannosi rispetto alla semplice somma dei due. Altro fenomeno di danneggiamento superficiale \u00e8 rappresentato dalla <em>cavitazione<\/em>, generata dall\u2019elevata velocit\u00e0 relativa tra superficie solida e particelle liquide o gassose.<\/p>\n<p>Tuttavia, dal punto di vista dell\u2019incidenza statistica, avviene molto spesso di trovare due componenti solidi sottoposti a <strong>compressione reciproca<\/strong>, condizione che produce tensioni di contatto le quali necessitano di particolare attenzione. Nel caso di un contatto con <em>scorrimento relativo<\/em> tra le superfici, si possono verificare diversi tipi di deterioramento, riconducibili al fenomeno dell\u2019<em>usura<\/em>. L\u2019esperienza dimostra che, rispetto alla rottura, il deterioramento superficiale per usura rappresenta una delle cause di guasto pi\u00f9 frequenti nei componenti meccanici. Nonostante l\u2019utilizzo di un lubrificante, come ad esempio olio, grasso o un film solido, possa ridurre l\u2019intensit\u00e0 dell\u2019usura, \u00e8 opportuno soffermarsi sugli accorgimenti progettuali utili a contenere questo effetto e a quantificarlo.<\/p>\n<h2><strong>I diversi tipi di usura<\/strong><\/h2>\n<p>Vediamo, nel caso di contatto tra superfici solide sottoposte a pressione reciproca, come classificare il fenomeno dell\u2019usura.<\/p>\n<p>I tipi di usura pi\u00f9 comuni sono l\u2019usura <em>adesiva<\/em> e l\u2019usura <em>abrasiva<\/em>; esiste poi un terzo tipo di usura detto \u201c<em>corrosion film wear<\/em>\u201d (letteralmente \u201cda film di corrosione\u201d), in cui il fenomeno che si riscontra riguarda appunto un sottile strato superficiale, che viene alternativamente rimosso dallo scorrimento fra le parti e subito dopo rigenerato. Ad esempio, questo tipo di usura si verifica tipicamente in corrispondenza delle pareti interne dei cilindri e sugli anelli dei pistoni in motori diesel alimentati con carburanti ad alto contenuto di zolfo. <\/p>\n<p>Spesso viene invece confusa con fenomeni di usura un tipo di deterioramento diverso: <em>la fatica superficiale<\/em>. In questo caso, a differenza dell\u2019usura, l\u2019applicazione ciclica di un carico produce sollecitazioni e conseguenti cricche negli strati superficiali del materiale; queste ultime si propagano fino a causare il distacco di piccole porzioni solide e a determinare il fenomeno del <em>pitting<\/em> (originato da cricche superficiali e responsabile di cavit\u00e0 a superficie ridotta) o quello di <em>spalling<\/em> (causato invece da cricche sub-superficiali e responsabile del distacco di porzioni di superficie pi\u00f9 ampia).<\/p>\n<p>Tornando all\u2019argomento di questo articolo, tutte le forme di usura sono fortemente influenzate dalla presenza di un <strong>lubrificante<\/strong>. In tipici componenti meccanici ben progettati, la velocit\u00e0 di usura iniziale sulle superfici di contatto durante il \u201crodaggio\u201d pu\u00f2 essere relativamente elevata. Man mano che le creste superficiali pi\u00f9 pronunciate vengono ridotte ed aumenta l\u2019area di contatto effettiva, la velocit\u00e0 di usura diminuisce fino a raggiungere un valore costante. Dopo un certo periodo di tempo, la velocit\u00e0 di usura pu\u00f2 nuovamente aumentare a causa della contaminazione del lubrificante o dell\u2019aumento della temperatura superficiale.<\/p>\n<h3>Usura adesiva<\/h3>\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-scaled.jpg?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"750\" height=\"255\" src=\"https:\/\/i0.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-1024x348.jpg?resize=750%2C255&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42222\" srcset=\"https:\/\/i0.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-1024x348.jpg?resize=750%2C255&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-300x102.jpg 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-768x261.jpg 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-1536x522.jpg 1536w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_INGRANDIMENTO-2048x696.jpg 2048w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Fig. 1. Ingrandimento della zona di contatto fra superfici, con contatto tra asperit\u00e0 e locali fenomeni di saldatura.<\/figcaption><\/figure>\n<p>A livello microscopico, le superfici metalliche in contatto non sono mai perfettamente lisce. Nonostante la rugosit\u00e0 superficiale possa essere limitata a pochi micrometri, le asperit\u00e0 creano inevitabilmente picchi e valli, come si vede in Fig. 1. Nel momento in cui avviene il contatto con scorrimento reciproco, con pressione applicata fra le superfici, il calore prodotto dall\u2019attrito si concentra nelle piccole aree di contatto locali indicate dalle frecce. In queste zone, le temperature e le pressioni locali raggiungono valori estremamente elevati, creando condizioni favorevoli per la saldatura fra i due <a href=\"https:\/\/www.ilprogettistaindustriale.it\/category\/materiali\/\">materiali<\/a>. Ovviamente, nonostante le temperature locali istantanee possano raggiungere il punto di fusione del metallo, l\u2019inerzia termica del materiale circostante \u00e8 molto elevata e pertanto il componente rimane freddo al tatto.<\/p>\n<p>Se si verifica la fusione e la relativa saldatura delle asperit\u00e0 superficiali, il moto relativo fra le due parti a contatto impone che si verifichi la <strong>rottura a taglio <\/strong>della saldatura stessa, oppure di uno dei due materiali adiacenti. Il continuo formarsi di nuove micro-aderenze e le corrispondenti fratture danno luogo al fenomeno definito usura adesiva. Poich\u00e9 l\u2019usura adesiva \u00e8 essenzialmente un fenomeno di saldatura, i metalli che tendono a saldarsi facilmente sono maggiormente soggetti a questo tipo di danneggiamento. Dopo ogni rottura locale, \u00e8 frequente che si liberino piccole particelle metalliche e di ossido metallico le quali causano ulteriore usura superficiale, in questo caso per abrasione.<\/p>\n<h4>Il grippaggio per usura adesiva<\/h4>\n<p>In certe condizioni, la saldatura e l\u2019asportazione delle asperit\u00e0 superficiali possono provocare un trasferimento di metallo da una superficie all\u2019altra, con la comparsa di segni distintivi simili a graffi o solchi lineari. In certi altri casi invece, \u00e8 possibile che la saldatura locale delle asperit\u00e0 diventi cos\u00ec estesa da impedire lo scorrimento reciproco delle superfici; in questo caso si pu\u00f2 determinare il <em>grippaggio<\/em> dei componenti a contatto. Alcuni esempi fra i pi\u00f9 noti di grippaggio sono quelli relativi ai motori, che continuano a funzionare per un certo tempo limitato dopo la perdita della lubrificazione o del raffreddamento. I pistoni possono grippare sulle pareti dei cilindri, l\u2019albero motore pu\u00f2 grippare sui suoi cuscinetti.<\/p>\n<p>Quando due metalli simili vengono sottoposti a sfregamento con una pressione e una velocit\u00e0 adeguate, si creano le condizioni ideali per la saldatura delle asperit\u00e0, poich\u00e9 entrambe le superfici presentano la stessa temperatura di fusione. Inoltre, i legami coesivi cos\u00ec formati sono normalmente pi\u00f9 forti dei legami adesivi tra asperit\u00e0 saldate di materiali dissimili. Per questi motivi, i <strong>metalli simili o compatibili<\/strong> dal punto di vista metallurgico, non dovrebbero essere utilizzati nella progettazione di parti che lavorino in condizioni di usura reciproca. In generale, maggiore \u00e8 la durezza della superficie (pi\u00f9 precisamente, maggiore \u00e8 il rapporto tra durezza superficiale e modulo elastico), maggiore \u00e8 la resistenza all\u2019usura adesiva [2]<\/p>\n<div class=\"is-layout-constrained wp-block-group\">\n<div class=\"wp-block-group__inner-container\">\n<h4 style=\"font-style:italic;font-weight:600\"><em>Grippaggio di un cilindro per insufficiente lubrificazione<\/em><\/h4>\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-scaled.jpg?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"750\" height=\"285\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-1024x389.jpg?resize=750%2C285&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42225\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-1024x389.jpg?resize=750%2C285&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-300x114.jpg 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-768x291.jpg 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-1536x583.jpg 1536w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FOTO-BOX1-2048x777.jpg 2048w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Fig. 2. Effetti di usura adesiva e grippaggio su un pistone di motore a combustione interna. (Fonte: <a href=\"http:\/\/www.ms-motorservice.com\/\">www.ms-motorservice.com<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Il grippaggio dovuto alla mancanza di lubrificazione pu\u00f2 verificarsi in generale, anche se \u00e8 presente un sufficiente gioco tra cilindro e pistone. Durante questo processo, il film di lubrificante si rompe, spesso solo localmente, a causa delle alte temperature o della presenza di carburante. In queste aree, le superfici del pistone, degli anelli e della camicia cilindrica vengono a contatto senza lubrificazione, causando grave usura superficiale e grippaggio. Una situazione simile si verifica in caso di insufficiente film lubrificante tra pistone e cilindro a causa di mancanza d\u2019olio.<\/p>\n<p>Si osservano <strong>(a)<\/strong> segni di grippaggio sulla gonna del pistone sul lato di pressione, che in alcuni casi si estendono nella zona degli anelli. Si \u00e8 verificata una grave carenza di lubrificante tra il pistone e l\u2019alesaggio del cilindro. La superficie delle aree di grippaggio \u00e8 chiara e presenta una finitura di colore simile al metallo, circostanza che indica che il film oleoso era presente ma significativamente ridotto ed insufficiente al momento del grippaggio. A causa della limitata estensione del danno, si tratta di una mancanza temporanea di olio o delle prime fasi del danneggiamento. Il danno sarebbe stato ancora pi\u00f9 grave se il motore fosse stato utilizzato ulteriormente.<\/p>\n<p>Se il film di lubrificante viene completamente distrutto, si formano aree continue di segni di grippaggio stretti, principalmente sulla gonna del pistone, che mostrano una superficie gravemente usurata e di colore scuro <strong>(b)<\/strong>.<\/p>\n<p>In caso di carenza di olio, i segni di grippaggio sono identici a quelli descritti in precedenza, a parte la decolorazione della superficie <strong>(c)<\/strong>. La superficie delle aree di grippaggio presenta una finitura di colore simile al metallo base, senza alcuna decolorazione scura. Poich\u00e9 la mancanza di olio interessa l\u2019intera superficie del cilindro, spesso si trovano segni di grippaggio sia sul lato di pressione che su quello di anti-spinta del pistone.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<h3>Usura abrasiva<\/h3>\n<p>Pi\u00f9 in generale, anche a livello pratico, ci si riferisce al fenomeno dell\u2019usura in termini di usura abrasiva, la quale \u00e8 causata dallo <strong>sfregamento <\/strong>di particelle su una superficie. Si tratta generalmente di particelle piccole e dure, con bordi taglienti e simili per forma granelli di sabbia, rappresentate da piccole pozioni di materiale, o di ossidi metallici, asportati da una superficie. Alcuni esempi di usura abrasiva sono la levigatura mediante carta vetrata o molatura, oppure il danneggiamento legato a lubrificante contaminato. <\/p>\n<p>In generale, maggiore \u00e8 la durezza di un materiale, pi\u00f9 elevata \u00e8 la sua resistenza all\u2019usura abrasiva. La durezza delle superfici a tal fine pu\u00f2 essere accresciuta mediante trattamenti come tempra, tempra a induzione, cementazione, nitrurazione, elettrodeposizione, rivestimento o altri metodi. Purtroppo alcuni di questi processi non sono applicabili ai componenti in qualsiasi condizione di carico e nelle applicazioni pi\u00f9 gravose i rivestimenti induriti devono talvolta spessori elevati per garantirne la durata in servizio.<\/p>\n<p>Al fine di mantenere le particelle abrasive lontane dalle superfici funzionali a contatto, \u00e8 importante nella progettazione utilizzare filtri per olio e per aria, protezioni dalla polvere, tenute e altri dispositivi appropriati.<\/p>\n<p>Una frequente soluzione progettuale consiste nel realizzare uno dei due componenti a contatto in materiale pi\u00f9 <strong>morbido<\/strong>, in particolare quello pi\u00f9 semplice ed economico da sostituire. Il materiale morbido, oltre ad accumulare la maggiore quantit\u00e0 di danneggiamento abrasivo, tender\u00e0 a inglobare le particelle presenti fra le due superfici e a proteggere il componente pi\u00f9 pregiato. Questo criterio si adotta ad esempio nelle macchine industriali accoppiando gli alberi di trasmissione, realizzati in materiale duri e ad alte prestazioni, con boccole e bronzine morbide da sostituire periodicamente. Spesso il materiale della bronzina \u00e8 cos\u00ec morbido da inglobare completamente le particelle abrasive ed evitare che fuoriuscendo dalla superficie agiscano come elemento di usura [2].<\/p>\n<h3>Fretting<\/h3>\n<p>Il fretting, o <em>fretting corrosion<\/em>, \u00e8 classificabile come una tipologia di usura adesiva che comprende per\u00f2 anche elementi di usura abrasiva e di usura da film di corrosione. Si verifica quando due superfici sottoposte a pressione subiscono anche un leggero movimento relativo, come per esempio avviene fra anello interno di cuscinetto e albero, in collegamenti bullonati o rivettati, etc. Spesso il piccolo moto relativo fra le parti (dell\u2019ordine del centesimo di millimetro) \u00e8 generato dalla semplice oscillazione dei carichi esterni applicati. <\/p>\n<p>Altri esempi sono le interfacce delle balestre e le pile di lamiera trasportate su lunghe distanze su rotaia o su camion. Il danneggiamento che consegue pu\u00f2 variare dalla semplice decolorazione delle superfici, come nel caso in cui si trasportino lamiere piane impilate senza elementi di protezione fra di loro. Oppure pu\u00f2 produrre la formazione di piccole cavit\u00e0 superficiali o l\u2019asportazione di uno strato di materiale. La rugosit\u00e0 superficiale e la comparsa di cavit\u00e0 da fretting rendono la superficie pi\u00f9 vulnerabile al cedimento per fatica. Proprio la <strong>riduzione della resistenza a fatica<\/strong> \u00e8 la conseguenza pi\u00f9 pericolosa del fretting.<\/p>\n<p>Il meccanismo microscopico del fretting \u00e8 simile a quelli gi\u00e0 citati: il movimento causa micro-saldature fra i picchi delle superficie, con conseguenti fratture e la creazione di detriti superficiali. Questi tendono ad ossidarsi e divenire pi\u00f9 duri del materiale superficiale, creando una sorta di polvere abrasiva responsabile di una usura continua. Nel caso di materiali ferrosi, la polvere assume un colore marrone, mentre con ossidi di magnesio e alluminio il colore tende al nero.<\/p>\n<h3>La resistenza al fretting<\/h3>\n<p>La resistenza al fretting varia notevolmente a seconda dei materiali. Le leghe a base di cobalto per indurimento superficiale sono tra le migliori. In generale, acciaio su acciaio e ghisa su ghisa sono buone combinazioni, ancora meglio ottone su acciaio. Invece, accoppiando ghisa con alluminio, magnesio, cromo, stagno o plastica si ottengono scarse resistenze a fretting. Siccome un importante problema del fretting, come detto, \u00e8 la resistenza a fatica ridotta, la generazione di tensioni superficiali di compressione nel materiale \u00e8 benefica. Questa si pu\u00f2 ottenere mediante trattamento termico o lavorazione a freddo ed \u00e8 effettivamente utile per ritardare la propagazione delle cricche da fatica indotte da fretting. I lubrificanti a bassa viscosit\u00e0 tendono a ridurre l\u2019intensit\u00e0 del fretting, probabilmente grazie al fatto di proteggere l\u2019interfaccia attiva dall\u2019ossigeno e ritardando l\u2019ossidazione delle particelle.<\/p>\n<p>Per eliminare il fretting, paradossalmente, pu\u00f2 essere sufficiente aumentare la pressione fra le superfici a contatto, in modo da arrestarne il movimento relativo. Tuttavia, se il movimento relativo dovesse continuare, la maggiore pressione causerebbe al contrario un\u2019accelerazione del danneggiamento.<\/p>\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-scaled.jpg?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"750\" height=\"374\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-1024x510.jpg?resize=750%2C374&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42226\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-1024x510.jpg?resize=750%2C374&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-300x149.jpg 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-768x382.jpg 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-1536x764.jpg 1536w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_ESEMPI-2048x1019.jpg 2048w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Fig. 3. Esempi delle conseguenze del fenomeno di fretting sull\u2019anello interno (sinistra) ed esterno (destra) di cuscinetti. Nel primo caso si nota una usura marcata sulla superficie interna a contatto con l\u2019albero e causata probabilmente da vibrazioni. Nel secondo caso (cuscinetto a doppia corona di rulli) si nota usura da fretting sulla superficie di scorrimento dei rulli a intervalli pari alla distanza tra i rulli. (Fonte: <a href=\"http:\/\/www.bearing-news.com\/\">www.bearing-news.com<\/a>).<\/figcaption><\/figure>\n<h2><strong>Modelli analitici dell\u2019usura<\/strong><\/h2>\n<p><em>Velocit\u00e0 di usura e volume asportato<\/em><\/p>\n<p>La velocit\u00e0 di usura <em>w<\/em> si pu\u00f2 esprimere con la cosiddetta <strong>\u201cequazione dell\u2019usura\u201d<\/strong> come<\/p>\n<p>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (1)\u00a0\u00a0 <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"280\" height=\"71\" class=\"wp-image-42223\" style=\"width: 150px;\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/1_FORMULA-e1732893631987.png?resize=280%2C71&#038;ssl=1\" alt=\"\" data-recalc-dims=\"1\"><\/p>\n<p>in cui <em>\u03b4<\/em>\u00a0\u00e8 la profondit\u00e0 di usura (mm),<em> t<\/em>\u00a0il tempo (s), <em>K<\/em>\u00a0il coefficiente di usura (adimensionale), <em>H<\/em>\u00a0la durezza superficiale (MPa), <em>p<\/em>\u00a0\u00e8 la pressione superficiale di interfaccia (MPa) e <em>v<\/em>\u00a0la velocit\u00e0 di scorrimento (mm\/s).<\/p>\n<p>L\u2019equazione dell\u2019usura implica che la velocit\u00e0 di deterioramento di una superficie \u00e8 direttamente proporzionale al coefficiente di usura del materiale, inversamente proporzionale alla sua durezza e, assumendo un coefficiente di attrito costante, direttamente proporzionale al lavoro di attrito.<\/p>\n<p>Inoltre, per una data forza di compressione totale tra le superfici, il volume di materiale asportato \u00e8 indipendente dall\u2019area di contatto. Pertanto, un\u2019altra forma pi\u00f9 comunemente utilizzata dell\u2019equazione di usura \u00e8 la seguente:<\/p>\n<p>\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 (2)\u00a0 <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"202\" height=\"70\" class=\"wp-image-42224\" style=\"width: 150px;\" src=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/2_FORMULA-e1732893744665.png?resize=202%2C70&#038;ssl=1\" alt=\"\" data-recalc-dims=\"1\"><\/p>\n<p>in cui <em>V<\/em> \u00e8 il volume di materiale asportato (mm<sup>3<\/sup>), <em>F<\/em> la forza di compressione agente tra le due superfici (N) e <em>S<\/em> la distanza di scorrimento totale (mm).<\/p>\n<h2>Il coefficiente di usura<\/h2>\n<p>Il modo migliore per ottenere i valori del coefficiente di usura \u00a0per una particolare applicazione progettuale \u00e8 attraverso<strong> dati sperimentali<\/strong> per la stessa combinazione di materiali, i quali possono essere analizzati in condizioni sostanzialmente identiche a quelle di servizio. Inoltre, in letteratura tecnica sono disponibili molti valori di K per le pi\u00f9 diffuse combinazioni di materiali, sempre misurati in test di laboratorio. Quando si utilizzano questi valori, \u00e8 importante che la temperatura delle superfici, le tipologie di materiali e le caratteristiche della lubrificazione siano corrispondenti a quelle utilizzate nei test di laboratorio.<\/p>\n<p>Per molte applicazioni, i coefficienti di usura variano da 10<sup>-1<\/sup> a 10<sup>-8<\/sup>. I dati sperimentali dei coefficienti di usura presentano una notevole dispersione, per cui \u00e8 bene considerare una variazione possibile di pi\u00f9 o meno quattro volte dal valore riportato. Per esempio, se il coefficiente di usura riportato \u00e8 pari a 1\u22c510<sup>-3<\/sup>, il valore effettivo di \u00a0varier\u00e0 da 0.25\u22c510<sup>-3<\/sup> a 4\u22c510<sup>-3<\/sup>. Questa variabilit\u00e0 \u00e8 correlata a quella del coefficiente di attrito dei materiali (a cui il valore di <em>K<\/em> \u00e8 legato). In Figura 4 si riportano alcuni valori del coefficiente di usura per diversi materiali, lubrificazione e modalit\u00e0 di usura.<\/p>\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI.jpg?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"750\" height=\"549\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-1024x749.jpg?resize=750%2C549&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42229\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-1024x749.jpg?resize=750%2C549&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-300x220.jpg 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-768x562.jpg 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-1536x1124.jpg 1536w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_VALORI-2048x1499.jpg 2048w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Fig. 4. Valori del coefficiente di usura per diversi materiali e condizioni di lubrificazione.<\/figcaption><\/figure>\n<h3><strong>Misura sperimentale del coefficiente di usura<\/strong><\/h3>\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test.jpg?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"750\" height=\"476\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-1024x650.jpg?resize=750%2C476&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42230\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-1024x650.jpg?resize=750%2C476&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-300x190.jpg 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-768x487.jpg 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-1536x975.jpg 1536w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_A_test-2048x1300.jpg 2048w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><figcaption class=\"wp-element-caption\">Fig. 5. Schema del test di usura \u201cpin-on-disc\u201d e parametri per il calcolo del coefficiente di usura.<\/figcaption><\/figure>\n<p>Un metodo di prova adatto alla misura diretta del coefficiente di usura \u00e8 il test<strong> \u201cpin-on-disk\u201d<\/strong> (Figura 5), il quale prevede di premere un perno con estremit\u00e0 arrotondata non lubrificata contro un disco rotante. In questo esempio [2] si considera un perno in rame (durezza Vickers ) premuto con forza pari a 20 N su un disco in acciaio (durezza Brinell ). Il contatto strisciante avviene al raggio , con velocit\u00e0 di rotazione del disco . Il test si conclude dopo un tempo , quando perno e disco vengono pesati. La pesatura rivela che l\u2019usura adesiva ha causato perdite di peso equivalenti a volumi di usura <em>V<sub>perno<\/sub><\/em> = 2.7 <em>mm<sup>3<\/sup><\/em> per il perno in rame e <em>V<sub>disco<\/sub> = 0.65 mm<sup>3<\/sup><\/em> per il disco in acciaio.<\/p>\n<p>La distanza di strisciamento complessiva si pu\u00f2 calcolare come<\/p>\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><a href=\"https:\/\/i0.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349.png?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349-1024x67.png?resize=657%2C42&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42227\" width=\"657\" height=\"42\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349-1024x67.png?resize=657%2C42&#038;ssl=1 1024w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349-300x19.png 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349-768x50.png 768w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/3_formula-e1732896133349.png 1170w\" sizes=\"(max-width: 657px) 100vw, 657px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><\/figure>\n<p>Le durezze in Vickers e Brinell devono essere convertite in MPa nel modo seguente:<\/p>\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-resized\"><a href=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_formula.png?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_formula.png?resize=516%2C121&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42228\" width=\"516\" height=\"121\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_formula.png?resize=516%2C121&#038;ssl=1 836w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_formula-300x70.png 300w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/4_formula-768x180.png 768w\" sizes=\"(max-width: 516px) 100vw, 516px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><\/figure>\n<p>Applicando la Eq.(2) si ricavano i coefficienti di usura:<\/p>\n<figure class=\"wp-block-image size-full is-resized\"><a href=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_formula.png?ssl=1\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_formula.png?resize=479%2C157&#038;ssl=1\" alt=\"\" class=\"wp-image-42232\" width=\"479\" height=\"157\" srcset=\"https:\/\/i2.wp.com\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_formula.png?resize=479%2C157&#038;ssl=1 762w, https:\/\/static.tecnichenuove.it\/ilprogettistaindustriale\/2024\/11\/5_formula-300x98.png 300w\" sizes=\"(max-width: 479px) 100vw, 479px\" data-recalc-dims=\"1\"><\/a><\/figure>\n<p>Come ci si poteva attendere, il coefficiente di usura minore si ricava per il disco in acciaio.<\/p>\n<h2>Lubrificazione<\/h2>\n<p>Abbiamo visto le caratteristiche del fenomeno dell\u2019usura, che si innesca in presenza di superfici a contatto e in moto relativo. Con il termine di <strong>lubrificante<\/strong> si intende qualsiasi sostanza interposta fra le superfici che riduce l\u2019attrito e l\u2019usura. I lubrificanti sono solitamente liquidi ma possono essere solidi, come la grafite, il PTFE o il bisolfuro di molibdeno, oppure anche gassosi, come l\u2019aria compressa.<\/p>\n<p>I lubrificanti liquidi, sostanzialmente rappresentati da oli a differente viscosit\u00e0 e composizione, possiedono propriet\u00e0 differenti fra loro e importanti da selezionare correttamente per le varie applicazioni. I loro nomi contengono indicazioni su queste propriet\u00e0, oltre all\u2019indicazione degli eventuali additivi a differente funzione. Gli additivi possono servire a mantenere una bassa viscosit\u00e0 dell\u2019olio anche a basse temperature o comunque a ridurre le variazioni di viscosit\u00e0 con la temperatura. Questa caratteristica \u00e8 fondamentale per esempio nel caso dell\u2019avviamento di un motore a freddo e con temperatura ambientale bassa, in cui si deve garantire da subito una adeguata lubrificazione. Altri additivi servono ad evitare la formazione di bolle d\u2019aria in condizioni di moto turbolento, oppure per svolgere una funzione antiossidante e prevenire la corrosione delle superfici metalliche. Alti ancora servono a minimizzare la formazione di depositi grazie a una funzione detergente e disperdente.<\/p>\n<p>I grassi sono lubrificanti liquidi, addensati per fornire propriet\u00e0 altrimenti non disponibili nel lubrificante liquido tradizionale. I grassi vengono solitamente utilizzati laddove \u00e8 necessario che il lubrificante rimanga in posizione, in particolare quando la lubrificazione frequente risulta difficile o costosa. Spesso, rimanendo in posizione per fornire lubrificazione, il grasso serve anche a prevenire l\u2019ingresso di contaminanti dannosi tra le superfici a contatto. A differenza degli oli, i grassi non possono circolare e quindi svolgere una funzione di raffreddamento e pulizia. A parte questo, i grassi sono in grado di svolgere tutte le funzioni dei lubrificanti fluidi.<\/p>\n<\/p>\n<\/div>\n<p>L&#8217;articolo <a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.ilprogettistaindustriale.it\/i-fenomeni-di-danneggiamento-per-usura-delle-superfici\/\">&lt;strong&gt;I fenomeni di danneggiamento per usura delle superfici&lt;\/strong&gt;<\/a> sembra essere il primo su <a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.ilprogettistaindustriale.it\/\">Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n<p><a href=\"https:\/\/www.ilprogettistaindustriale.it\/i-fenomeni-di-danneggiamento-per-usura-delle-superfici\/\">Vai alla fonte.<\/a><\/p>\n<p>Autore: Roberta Falco<\/p>\n<p class=\"wpematico_credit\"><small>Powered by <a href=\"http:\/\/www.wpematico.com\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">WPeMatico<\/a><\/small><\/p>\n<p><strong>_________________________________<\/strong><\/p>\n<p><strong>CFD FEA Service SRL<\/strong> &egrave; una societ&agrave; di servizi che offre <em>consulenza<\/em> e <em>formazione<\/em> in ambito <strong>ingegneria<\/strong> e <strong>IT<\/strong>. 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