L’usura è la perdita progressiva di materiale nella superficie attiva di un corpo, a causa del moto relativo di un altro corpo su di essa
L’usura rende una macchina non più funzionale, ma anche la obsolescenza, la rottura e la corrosione.
La scienza che studia il comportamento delle superfici a contatto prende il nome di tribologia.
Alterazione delle dimensioni degli organi accoppiati
Aumento dei giochi
Aumento delle vibrazioni
Aumento della fatica
Aumento della rumorosità
Rottura
Perdita di funzionali
Non si può eliminare l’usura, ma si può ridurre in base alla scelta corretta dei materiali, progettazione accurata, lavorazioni particolari e una corretta lubrificazione.
Usura adesiva e abrasiva. Le superfici a contatto di due organi non avvengono in modo omogeneo, ma a causa delle diverse rugosità superficiali, avviene soltanto nelle creste del profilo reale.
Questo può portare, a causa delle piccolissime aree di contatto, a generazione di pressioni tali da deformare plasticamente il pezzo, con possibili micro saldature a freddo.
Questo può generare frammenti di materiale incrudito (usura per adesione), con conseguente usura per abrasione, poiché i frammenti, durante il moto relativo, agendo da taglienti che asportano ulteriore materiale.
Il materiale tagliente può essere presente per residui di lavorazioni (Casuale), per utilizzo di oli scadenti (Funzionale) e per l’interazione con l’ambiente (Naturale). Si può diminuire con l’uso di adeguati lubrificanti, ma non eliminare
Usura per corrosione. L’usura per corrosione avviene quando il moto relativo tra due organi rimuove la protezione superficiale dei pezzi, riducendo sensibilmente la resistenza a corrosione.
Si può ridurre notevolmente
Usura per erosione. Usura causata dal moto relativo con un fluido contenente materiale abrasivo
Usura per fatica
Possiamo classificare l’usura come varia nel tempo
Usura costante: Danno proporzionale al tempo
Usura Smorzata: Danno tende a diminuire nel tempo
Usura auto esaltata: Danno tende ad aumentare nel tempo
Usura pendolare: Danno varia ciclicamente nel tempo
Possiamo classificare l’usura in base al danno:
Trascurabile: Carichi e danni trascurabili
Normale: Usura è come quella prevista nel progetto
Leggera: Usura poco al di sopra di quella prevista
Severa: Usura superiore a quanto prevista
Le prove per misurare l’usura vengono eseguite con il Tribometro, che danno un’indicazione generale sul materiale da usare, ma non danno una previsione reale dell’usura.
Tribometro pin on disk (perno su disco): Determina il grado di usura per strisciamento di rivestimenti e trattamenti superficiali.
Un disco (materiale interessato) viene fatto ruotare, mentre un perno con un tot. carico striscia il disco.
L’usura viene misurata con un profilometro, o con una variazione di peso o di volume per unità di distanza di strisciamento e unità di carico normale [mm3/N/m].
Esistono anche i metodi Ball on disk e Block on ring
Tribometro disk on disk: due dischi rotanti premuti l’uno contro l’altro lungo una direttrice, con o senza lubrificazione.
Durezza superficiale. Una superficie dura migliora la resistenza all’usura, dunque esistono diversi trattamenti superficiali dove alterano lo strato superficiale (trattamenti termici, meccanici, termochimici), oppure viene applicato un rivestimento.
Possiamo trovare diversi tipi di rivestimento:
Rivestimento in fase gassosa: consiste nella deposizione di sostanze solide sul materiale da una fase gassosa, con risultato un notevole indurimento superficiale del pezzo complessivo.
Trattamento CVD: Applicazione di uno strado di 4-6 um in carburo di titanio, nitruro di titanio o in ossido di alluminio.
Il materiale viene vaporizzato e applicato con un gas vettore, all’interno di un forno riscaldato.
Trattamento PVD: All’interno di una camera a vuoto, si innesca una scarica tra catodo e il pezzo da trattare.
Il gas di processo entra nella camera e si ionizza insieme al pezzo, così facendo il gas e il metallo reagiscono formando un composto che si condensa nel pezzo da trattare.
Placcatura: Sovrapposizione e unione di un materiale di base con uno di riporto, per migliorare resistenza ad usura e corrosione, oltre che ad avere anche una funzione estetica.
Può essere eseguita a caldo o a freddo
Metodi a spruzzo: Il materiale viene riscaldato a temperatura prossima alla fusione, dove viene spruzzato sotto forma di gocce semi fuse contro la superficie del pezzo da trattare
Possono essere spruzzati metalli, ceramiche e polimeri, di diverso spessore
Il pezzo non raggiunge mai i 200°c, quindi non si subiscono distorsioni, questo è un grande vantaggio. Esistono diversi processi:
Fiamma - spray
Arco - spray
Plasma - spray
Processo HVOF
Rugosità. La rugosità incide molto sulla resistenza ad usura, ma non sempre una bassa rugosità è favorevole, poichè le irregolarità possono trattenere il lubrificante, migliorando le condizioni tribologiche.