Tipi di usura: classificazione e caratteristiche di usura

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'usura è intesa come la graduale distruzione delle superfici di attrito di varie coppie. Ci sono molti tipi di usura. Sono dovuti a vari motivi. Ma hanno tutti una cosa in comune: le particelle sono separate dal materiale di base. Ciò comporta un'interruzione del funzionamento dei meccanismi e in altri casi può causare il loro guasto. Le lacune nelle articolazioni aumentano, gli atterraggi iniziano a battere a causa della formazione di un significativo contraccolpo. Questo articolo discute i principali tipi di usura, ne fornisce le caratteristiche e la classificazione generale.

Caratteristiche dell'usura abrasiva

Un abrasivo è un materiale finemente disperso di origine naturale o artificiale, con una durezza significativa sufficiente a graffiare altri materiali meno duri.

Tipo di usura superficiale, in cui si verifica una distruzione della struttura e dell'integrità dello strato superficiale quandol'interazione con le microparticelle solide è chiamata abrasivo. Va cancellato che per questo tipo di distruzione la velocità di attrito deve essere molto significativa (diversi metri al secondo). Sebbene con il funzionamento prolungato, la distruzione si verifica anche a velocità e forze di serraggio inferiori.

Il ruolo delle sostanze abrasive può essere sia oggetti fissi (fasi solide di acciai e leghe) sia particelle estranee in movimento che sono cadute nella zona di contatto delle superfici di sfregamento (sabbia, polvere e altro).

I seguenti fattori influenzano la quantità di usura abrasiva e la sua intensità:

• natura di origine delle particelle abrasive;
• ambiente operativo del meccanismo (grado di aggressività);
• proprietà dei materiali delle coppie di attrito;
• carichi d'impatto;
• indicatori di temperatura e molti altri.

Abrasione con particelle dure (grani)

Questo tipo di usura meccanica si verifica quando i grani abrasivi entrano in contatto con metallo o altro materiale. L'indice di durezza di tali particelle supera significativamente l'indice di durezza del metallo stesso. Ciò porta alla deformazione dei materiali delle coppie di attrito, al verificarsi di sollecitazioni da fatica e all'abrasione superficiale.

Se il meccanismo funziona in condizioni di frequenti carichi alternati, aumenta l'effetto degli effetti dannosi dell'abrasivo. In questo caso, la particella abrasiva non solo lascia segni, ma anche ammaccature sulla superficie metallica.

Con un aumento della frazione di sostanza abrasiva, ilusura abrasiva. Le particelle abrasive sono molto dure, ma allo stesso tempo fragili. Pertanto, i corpi grandi possono essere ridotti a quelli più piccoli.

Caratteristiche dell'usura ossidativa

Questo tipo di usura si verifica quando sulla superficie delle parti in sfregamento appare una pellicola di ossido allentata, che viene rapidamente rimossa dalla superficie a causa dell'attrito. La maggior parte dei materiali tecnici tende a ossidarsi nell'aria a temperature elevate. Pertanto, i meccanismi che funzionano senza lubrificazione e senza sistema di raffreddamento sono soggetti a questo tipo di usura delle parti.

Maggiore è il tasso di distruzione del film di ossido e maggiore è il tasso di formazione, più intensa sarà l'usura delle superfici.

Questo tipo di usura è tipico per giunti incernierati e imbullonati, vari meccanismi di sospensione e in effetti per tutte le unità funzionanti senza lubrificazione.

Con l'aumento della velocità di attrito, la temperatura delle superfici di sfregamento aumenta. Questo porta all'intensificazione dei processi distruttivi. Un aumento dei carichi d'urto ha un effetto simile.

Usura dovuta alla deformazione plastica

Questo tipo di usura delle parti della macchina è tipico per le unità ad alto carico. La sua essenza sta nel cambiare le forme geometriche del prodotto sotto l'influenza di carichi significativi.

È più tipico per le connessioni con chiavetta e scanalate, nonché per filettature, perni e così via.

Similedeformazioni possono verificarsi anche nei giunti degli ingranaggi. E non devono essere veloci. Il carico è il fattore chiave qui.

Spesso tali deformazioni compaiono sulle rotaie e sulle ruote del materiale rotabile. Per prevenire, è necessario organizzare tempestivamente la prevenzione e l'esame degli elementi strutturali.

Usura dovuta a scheggiature

La classificazione dei tipi di usura presentata non sarà completa se perdiamo di vista la cosiddetta usura dovuta alla scheggiatura. La sua essenza è la seguente. In condizioni operative severe (forse anche estreme), gli strati superficiali delle parti in sfregamento subiscono trasformazioni strutturali e di fase. Le ragioni in diversi casi sono temperature elevate, condizioni di riscaldamento e raffreddamento, alta pressione e altri. Le proprietà degli strati risultanti differiscono significativamente da quelle del materiale originale. Di norma, queste fasi sono fragili e si rompono sotto carico.

Così, le caratteristiche strisce bianche si formano su acciaio e ghisa durante l'attrito senza lubrificazione. Queste aree non possono essere incise nemmeno con una soluzione di acido nitrico o fluoridrico in alcool. Gli specialisti nel campo della scienza dei metalli chiamano questa formazione uno strato bianco. Ha una durezza Rockwell abbastanza elevata ed è molto fragile. Un laboratorio ha eseguito l'analisi di fase e strutturale dello strato bianco. Si è scoperto che si tratta di una miscela meccanica di martensite e cementite. Contiene anche una piccola quantità di ferrite. L'ultima cosa in assolutopiccolo e non può ridurre la durezza.

La formazione (sintesi) di questa sostanza è accompagnata dalla comparsa di dannose forze interne di trazione e compressione. Quando i vettori delle sollecitazioni interne coincidono con i carichi esterni sulla parte, si formano piccole crepe sulla sua superficie nell'area dello strato bianco. Queste microfessure sono concentratori e accumulatori di stress, che portano alla frattura fragile del prodotto nel suo insieme.

Corrosione da usura per fetting

Questo processo si verifica su superfici a stretto contatto tra loro. Il motivo sono le fluttuazioni. Va notato che i materiali dei corpi della coppia di attrito possono essere molto diversi (metallo-metallo o non-metallo-metallo).

Questo fenomeno si verifica già a spostamenti minimi dei corpi (circa 0,025 micrometri).

A causa delle fluttuazioni, sulla superficie compaiono centri di corrosione che crescono e portano alla distruzione dello strato superficiale.

Usura per cavitazione vibratoria

Questo tipo di usura si verifica quando i prodotti funzionano in un mezzo liquido. Sebbene possa verificarsi anche quando un getto di liquido colpisce una parte di una macchina o un meccanismo. La fisica del processo è la seguente. La pressione del liquido al confine di fase (tra liquido e solido) diminuisce, il che porta alla comparsa delle cosiddette bolle di cavitazione. L'intensità di questa usura dipende dal contenuto d'aria nel fluido e dalla pressione esterna.

Una vibrazione sonora può fungere da catalizzatore. Particolarmente dannose in questo caso sono le vibrazioni dello spettro ultrasonico. Molto spesso, un fenomeno così dannoso si verifica nelle parti di sfregamento dei motori a combustione interna. La ricerca mostra che la cavitazione sonica si consuma da tre a quattro volte più velocemente dell'attrito.

Usura per cracking termico

Questo problema è tipico delle ruote dei vagoni ferroviari e delle locomotive. Durante il movimento del treno, il conducente deve spesso rallentare. Ciò fa slittare e riscaldare le ruote. Quando aumenta la velocità, la superficie di sfregamento si raffredda piuttosto rapidamente. Tale ciclo termico porta alla formazione di molte crepe sulla superficie della ruota. Ciò accelera notevolmente l'usura del prodotto. Attualmente, per la produzione di ruote ferroviarie vengono utilizzati acciai legati speciali. Ma in precedenza veniva utilizzato acciaio di qualità ordinaria. Le vecchie ruote sono ancora utilizzate su molti treni oggi, quindi questo problema è ancora rilevante.

Modi per affrontare le crepe termiche

La misura più efficace per combattere le crepe termiche sarà fornire un raffreddamento intensivo. A tale scopo possono essere utilizzati oli e grassi speciali. Nel caso delle ruote dei treni, questa misura, per ovvi motivi, non è adatta. In questo caso, puoi giocare sulla composizione chimica del materiale e scegliere una qualità di acciaio più favorevole da questo punto di vista. Alcuni gradi di acciai legati hanno un basso coefficiente di dilatazione. E questa proprietà può essere utilizzata a vantaggio.

Alcunicaratteristiche di usura da erosione

Considerando i tipi di attrito e usura, non possiamo perdere di vista la cosiddetta usura da erosione. In parole povere, questa è la distruzione delle superfici sotto l'influenza dell'ambiente.

In ingegneria, questo concetto si riferisce alla distruzione delle superfici di parti di macchine e gruppi di meccanismi sotto l'influenza di fattori ambientali. Tali fattori di influenza includono flussi d'aria e liquidi, vapore o vari gas. La causa dell'usura è, come prima, l'attrito. Solo in questo caso agiscono sulla superficie non particelle abrasive, ma molecole gassose o liquide.

Durante questo processo compaiono dei microcrack. Molecole di liquido e vapore ad alta pressione penetrano al loro interno e contribuiscono alla distruzione di tutti gli strati superficiali dei prodotti.

Il liquido o il vapore possono contenere anche particelle abrasive in sospensione. In questo caso, una tale miscela provocherà distruzione e usura abrasivi-erosivi.

Usura da fatica e sue caratteristiche

I tipi di usura e le violazioni della geometria sono molto diversi. Molti problemi per i progettisti e gli ingegneri meccanici sono causati dalla scheggiatura per fatica delle superfici delle parti. Questa "malattia" è molto insidiosa. Il fenomeno della scheggiatura per fatica si verifica in parti che operano a lungo in condizioni di carichi alternati. Questa è una caratteristica "malattia" delle articolazioni degli ingranaggi.

Questo tipo di usura è accompagnato dall'innesco di crepe sulla superficie e dalla loro penetrazionein profondità nel prodotto. Un'intera rete di tali microfessure appare su una superficie insignificante. Sotto l'influenza di pressioni e temperature, piccoli pezzi di metallo disparati si staccano dal corpo principale e cadono. Un ruolo importante in questo processo è svolto dal lubrificante (olio), che penetra nelle microfessure e ne favorisce la distruzione.