Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici Cover

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici. Di Cibaldi CI criteri di scelta e di trattamento degli acciai da costruzione e da utensiliVolume IV – Diagnosi dei difetti metallurgici, cap. 4. Edizione AQM, Provaglio D’Iseo anno 2010.

L’usura è una rimozione indesiderata di materiale dalle superfici in contatto, sotto azioni meccaniche. Benché non sia un danneggiamento grave come la fatica o il sovraccarico che portano rapidamente alla rottura, l’usura è un problema enormemente costoso.

L’usura è un fenomeno superficiale, che avviene per distacco e trasferimento di particelle di materiale. Poiché implica una progressiva perdita di peso e l’alterazione delle dimensioni in un dato tempo, raramente genera la frattura, che porta inevitabilmente all’improvvisa e completa avaria.

Si parla di danneggiamento da usura quando il fenomeno si è sviluppato al punto da rendere incapace un componente o un cinematismo di funzionare correttamente.

La velocità d’usura è molto diversa in presenza o in assenza di lubrificazione, sebbene i meccanismi che la governano siano gli stessi.

L’usura è generalmente un fatto negativo, ma possiede anche aspetti positivi; infatti, quando è lieve può avvisare dell’incipiente danneggiamento prima che possa degenerare in una catastrofe come, per esempio, la frattura.

Ma nel complesso è soprattutto positiva dal punto di vista sociale, perché, mettendo fuori uso quasi tutto, costringe a rimpiazzare quanto s’è deteriorato e ciò crea lavoro per milioni di persone.

Se l’usura non esistesse le ripercussioni sull’economia mondiale sarebbero disastrose; basta pensare che larga parte degli affari di tutta l’industria manifatturiera (per esempio automobili, pneumatici, tessuti e calzature, ecc.), si basa sui ricambi.

Gli utilizzatori non vorrebbero avere alcun problema d’usura e di sostituzione, ma ciò è impossibile, perché l’usura è inevitabile: la si può ritardare, ma non eliminare.

L’usura è generalmente un danneggiamento prevedibile. È ovvio che molte parti di macchina abbiano superfici che slittano o rotolano reciprocamente; pertanto ci si aspetta che prima o poi vadano in avaria, esattamente come tutti gli altri oggetti già menzionati.

In molti casi il deterioramento dei componenti meccanici può essere ridotto al minimo possibile mediante un’opportuna lubrificazione, una filtrazione continua del lubrificante, un uso di materiali tribologicamente adatti e compatibili, una corretta progettazione e mettendo in atto ogni altro accorgimento che l’ingegneria e l’esperienza hanno dimostrato utile.

Sotto molti aspetti, l’usura è simile alla corrosione; infatti, entrambe:

  • si manifestano in modi e tipi assai vari;
  • sono spesso prevedibili a meno che non cambino le condizioni ambientali;
  • sono difficilmente riproducibili con prove accelerate in laboratorio, i cui risultati portano a cambiamenti dei materiali apparentemente minori di quelle in campo;
  • hanno un peso economico d’enorme rilevanza.

Quando si studia un danneggiamento e si suppone che sia coinvolta l’usura, è necessario conoscere la storia e l’operatività dei cinematismi coinvolti. In molti casi non è possibile condurre una buona indagine esaminando il solo componente usurato, perché l’usura di un pezzo coinvolge interazioni con altri componenti o materiali del cinematismo; perciò anche tutti gli altri devono essere oggetto di studio.

Esempio Usura Abrasiva

Esempio d’usura abrasiva (erosione) di un guidafilo d’acciaio C95 temprato e disteso a 60 HRC, dovuta all’angolo eccessivo d’uscita del filato e all’assenza di carburi nella matrice.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

L’usura è un fenomeno superficiale; quindi qualsiasi cosa influenzi le caratteristiche superficiali anche di un singolo componente, o si interponga tra due superfici antagoniste, sicuramente agirà sul comportamento dell’insieme all’usura.

Essa implica quasi sempre un graduale danneggiamento, i cui effetti dipendono soprattutto da fenomeni superficiali, che dovrebbero essere considerati rigorosamente nella diagnosi di difetto.

L’usura è il danneggiamento di una superficie solida generato dall’asportazione indesiderata di materiale per azione meccanica di contatto con solidi, liquidi e/o gas. Essa non dipende esclusivamente da condizioni meccaniche, perché la corrosione e altri fattori possono intervenire sinergicamente.

Il danneggiamento da usura può essere graduale, rapido e soltanto raramente improvviso; può avvenire in un ampio intervallo di temperature e di sollecitazioni.

La frattura improvvisa non è generalmente una caratteristica dell’usura, ma nella diagnosi di difetto non può essere esclusa a priori; infatti, i materiali più resistenti all’usura sono spesso piuttosto duri e perciò fragili e predisposti alla frattura.

Smerigliatura delle Pale di una Girante

Esempio d’usura abrasiva (smerigliatura) delle pale di una girante di ghisa di una pompa centrifuga per acqua, che ne aveva ridotto significativamente l’efficienza.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Poiché le sollecitazioni sono indispensabili affinché si manifesti l’usura, devono essere considerate per prime nelle indagini per la diagnosi di difetto. Sfortunatamente, non è sempre possibile una loro valutazione quantitativa e ci si deve accontentare di quanto previsto dal progetto o di una semplice valutazione qualitativa.

Quando il danneggiamento è generato prevalentemente da un tipo d’usura, può essere diagnosticato in modo relativamente semplice. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, il danneggiamento è il risultato della combinazione di vari tipi d’usura e come l’usura progredisce, spesso, può avvenire un cambiamento del meccanismo predominante. In questi casi la diagnosi di difetto si complica e può diventare molto difficile.

Classificazione dei diversi tipi d’usura

Usura di prima specie Usura di Seconda Specie

   Usura Abrasiva:

  • Usura Erosiva
  • Usura da Smerigliatura
  • Usura da Scalfittura

       Usura per Fatica di Contatto:

  • Fatica con Innesco Subcorticale (Pitting)
  • Fatica con Innesco Superficiale (Spalling)
  • Fatica con Innesco Sotto Strato
  • Fatica Cavitazione
   Usura Adesiva
   Usura da Fretting

Generalmente l’usura da fretting e da fatica cavitazione sono classificate come fenomeni di corrosione, perché entrambe coinvolgono reazioni chimiche. Tuttavia, essendo il risultato finale di entrambe una rimozione indesiderata di materiale per contatto superficiale, prevalentemente sotto sollecitazioni meccaniche, si ritiene più corretto classificarle fra i fenomeni d’usura.

Scalfittura di un Dente Sostituibile per Benne

Esempio d’usura abrasiva (scalfittura) di un dente sostituibile per benne. A) Dente nuovo; B) e C) dente usurato dal lungo esercizio in terreno roccioso e gelato. A) Lato anteriore; C) lato posteriore.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Grippaggio sul Perno di un Ingranaggio

Esempio d’usura adesiva severa (grippaggio) sul perno di un ingranaggio d’acciaio cementato, temprato e disteso, dovuta ad inadeguata lubrificazione.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Usura per Fretting Corrosion

Esempio d’usura per fretting corrosion che ha innescato la frattura di fatica di una traversa in lega d’alluminio 6082 di un cingolo di gatto delle nevi. A sinistra: fretting corrosion sulla superficie di contatto tra rivetto (asportato) e traversa. Si notino i prodotti di corrosione neri della lega d’alluminio e quelli color cioccolato del rivetto d’acciaio. 6 x circa. A destra:  rottura di fatica della traversa del cingolo, innescata dal fretting corrosion sulla superficie di contatto col rivetto d’acciaio. 5 x circa.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Usura per Fatica da Contatto
Danneggiamento dei Denti di una Corona

Esempi d’usura per fatica da contatto con innesco superficiale (pitting). A sinistra: sfera per cuscinetto d’acciaio al carbonio C60, temprato e disteso a 60 HRC. 3 x circa. A destra: danneggiamento del fianco di denti di una corona. 0,2 x circa.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Usura da Fatica da Contatto Denti di un Pignone

Esempio d’usura da fatica da contatto con innesco sotto strato dei denti di un pignone conico d’acciaio cementato, temprato e disteso. 0,5 x circa.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Corrosione Cavitazione

Esempio d’usura da corrosione cavitazione un cilindro di ghisa grigia per motore diesel. Si notino i crateri di cavitazione formati dalla turbolenza del liquido di raffreddamento sulla superficie esterna del cilindro.

Danneggiamento per Usura di Componenti Metallici

Richiesta Informazioni

Trattamento dei Dati Indentificativi *

Trattamento dei Dati Particolari

5 + 14 =

Iscriviti alla NostraNewsletter

Inserisci i tuoi dati per rimanere sempre aggiornato sulle ultime novità di AQM.

Settore

Trattamento dei Dati

Grazie di esserti iscritto, controlla la tua email per il messaggio di conferma.

Pin It on Pinterest

Termini di Utilizzo Sezione Failure Analysis

L’obiettivo di questa sezione del sito web è favorire la comprensione scientifica e la diffusione delle potenzialità della Failure Analysis in campo metallurgico. I casi di studio qui presentati s’ispirano a situazioni verosimili e sono tratti dall’esperienza operativa di AQM, costruita in oltre 35 anni di attività nel settore del Testing e della Consulenza metallurgica.

Per esigenza didattica e di riservatezza le informazioni riportate ed i documenti mostrati sono tecnicamente e scientificamente esatti ma non sono intenzionalmente riconducibili alle situazioni originali che li ispirano.

Le circostanze, i materiali e prodotti descritti sono presentati in forma anonima ed ogni associazione a fatti reali, aziende, persone e cose è sotto la responsabilità del lettore che s’impegna ad evitare un utilizzo diverso da quello scientifico indicato. La proprietà intellettuale ed i diritti d’autore dei casi presentati appartengono ad AQM srl.