Usura e Tribologia: Fenomeni e Costi
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Questions and Answers

Quale dei seguenti fattori non influisce sull'attrito?

  • Il colore dei materiali (correct)
  • Natura del lubrificante
  • Adesione tra i corpi
  • Temperatura del contatto

    • Qual è il fenomeno che si verifica quando due superfici abrasive si sfregano l'una contro l'altra?

  • Usura da fretting
  • Usura da contatto
  • Usura abrasiva (correct)
  • Usura adesiva

    • Cosa determina maggiormente l'usura da contatto?

  • La rugosità superficiale (correct)
  • Il colore dei materiali
  • La temperatura ambiente
  • L'altezza dei componenti

    • Quale metodo è utilizzato per testare il comportamento tribologico dei materiali?

    <p>Test tribologico</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti condizioni non favorisce l'usura adesiva?

    <p>Presenza di lubrificante</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione meglio descrive l'attrito statico?

    <p>È la forza che si oppone al movimento iniziale dei corpi.</p> Signup and view all the answers

    In quale situazione si verifica il fretting?

    <p>Micro-movimenti tra superfici a contatto</p> Signup and view all the answers

    Quali sono le principali cause della fatica da contatto?

    <p>Continui carichi ciclici</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti forme di usura è caratterizzata dal trasferimento di materiale di un corpo all'altro?

    <p>Adesione</p> Signup and view all the answers

    Quale materiale è comunemente utilizzato come rivestimento per ridurre l'usura in applicazioni tribologiche?

    <p>PTFE</p> Signup and view all the answers

    In un sistema di rotazione, quale metodo di prova tribologica verifica la resistenza all'attrito delle superfici?

    <p>Prova di fatica a contatto</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni riguardo all'usura abrasiva è vera?

    <p>Coinvolge particelle dure che tagliano il materiale</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno degli obiettivi principali nella scelta dei materiali per applicazioni tribologiche?

    <p>Ridurre la frizione e l'usura</p> Signup and view all the answers

    Qual è il risultato di un aumento dell'adesione in un sistema tribologico?

    <p>Maggiore usura e attrito</p> Signup and view all the answers

    Quale dei seguenti processi di usura è più probabile che si verifichi sotto condizioni di carico pesante?

    <p>Fatica a contatto</p> Signup and view all the answers

    Quale degli elementi in un sistema tribologico è considerato un materiale sacrificial?

    <p>Lubrificanti solidi</p> Signup and view all the answers

    Quale dei seguenti fenomeni è causato dall'usura di un componente metallico?

    <p>Aumento della rumorosità</p> Signup and view all the answers

    Cosa significa il termine 'tribologia'?

    <p>Studio dell'attrito e della lubrificazione</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle principali cause di guasti negli organi meccanici?

    <p>Usura</p> Signup and view all the answers

    Qual è la conseguenza diretta della fatica da contatto in un sistema tribologico?

    <p>Perdita di materia sotto forma di frammenti</p> Signup and view all the answers

    Quale percentuale del PIL è attribuita ai costi di attrito e usura?

    <p>4%</p> Signup and view all the answers

    Qual è uno degli effetti dell'aumento dei giochi a causa dell'usura?

    <p>Aumento delle vibrazioni</p> Signup and view all the answers

    Quale delle seguenti affermazioni sui costi di usura è corretta?

    <p>Il 10-30% dell'energia prodotta è sprecato in usura</p> Signup and view all the answers

    Quale opzione descrive meglio il fenomeno di 'usura abrasiva'?

    <p>Rimozione di materiale tramite particelle abrasive</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i principali parametri strutturali di un sistema tribologico?

    <p>Le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei componenti.</p> Signup and view all the answers

    Come influisce la temperatura sul fenomeno dell'attrito?

    <p>La temperatura può alterare lo stato di ossidazione e favorire fenomeni come l'addolcimento e la ricristallizzazione.</p> Signup and view all the answers

    In che modo il carico influisce sull'attrito e sull'usura?

    <p>Il carico aumenta l'area reale di contatto e può causare la rottura di film superficiali.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza principale tra attrito statico e dinamico?

    <p>L'attrito statico si oppone al movimento iniziale, mentre l'attrito dinamico si oppone a un movimento già in atto.</p> Signup and view all the answers

    Quali fattori ambientali possono influenzare l'attrito?

    <p>La presenza di umidità, lubrificanti e detriti.</p> Signup and view all the answers

    Cosa determina il coefficiente di attrito in un sistema tribologico?

    <p>Il coefficiente di attrito è determinato dalle proprietà dei materiali in contatto e dalle condizioni di superficie.</p> Signup and view all the answers

    Che ruolo ha la rugosità superficiale nell'attrito?

    <p>La rugosità superficiale modifica la geometria del contatto e influisce sull'attrito tra le superfici.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i tipi di moto relativo tra due corpi a contatto?

    <p>I principali tipi di moto relativo sono lo strisciamento e il rotolamento.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i diversi processi di usura che possono colpire le zone del pistone?

    <p>I diversi processi di usura sono: erosione, adesione, tribossidazione e abrasione.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i materiali utilizzati per i rivestimenti superficiali nel contesto di usura del pistone e cilindro?

    <p>Il pistone è rivestito con TiN (MoS2) e il cilindro con acciaio rivestito di PTFE.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'importanza dell'uso di lubrificanti solidi in applicazioni tribologiche?

    <p>I lubrificanti solidi riducono l'attrito e l'usura, migliorando la durata dei componenti meccanici.</p> Signup and view all the answers

    Come influisce l'attrito sull'usura nei materiali tribologici?

    <p>L'attrito alto può portare a un aumento dell'usura, mentre l'attrito basso può ridurla.</p> Signup and view all the answers

    Quale ruolo rivestono i materiali sacrificali nel ridurre l'usura?

    <p>I materiali sacrificali si consumano al posto dei materiali principali, riducendo l'usura su parti critiche.</p> Signup and view all the answers

    Quali componenti meccanici beneficiano maggiormente di rivestimenti resistenti all'usura?

    <p>Ingranaggi, freni, cuscinetti e guide di scorrimento traggono grande vantaggio da rivestimenti resistenti all'usura.</p> Signup and view all the answers

    Cosa implica un aumento dell'adesione in un sistema tribologico?

    <p>Un aumento dell'adesione porta a una maggiore usura e potenziale guasto dei materiali coinvolti.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'attrito minimo sull'usura in un sistema tribologico?

    <p>L'attrito minimo riduce l'usura, favorendo la durata e l'efficacia delle superfici in contatto.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i principali meccanismi di usura menzionati nel contenuto?

    <p>I principali meccanismi di usura sono adesiva, abrasiva, per fatica da contatto, corrosiva (tribossidazione) ed erosiva.</p> Signup and view all the answers

    Che ruolo ha la deformazione plastica nell'usura adesiva?

    <p>La deformazione plastica permette la formazione di giunzioni tra le asperità a contatto, contribuendo alla rimozione di materiale.</p> Signup and view all the answers

    Cosa causa la formazione di microsaldature negli eventi di usura adesiva?

    <p>Le elevate pressioni di contatto locali e il calore generato dall'attrito causano la formazione di microsaldature.</p> Signup and view all the answers

    Secondo la teoria di Archard, cosa succede quando il carico di snervamento viene superato?

    <p>Si formano giunzioni plastiche tra le creste di rugosità e può avvenire il trasferimento di materiale a causa della frattura.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza tra giunzioni più resistenti e meno resistenti nei metalli?

    <p>Le giunzioni più resistenti possono fratturarsi nel metallo base, mentre quelle meno resistenti fratturano nella giunzione stessa.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono le due categorie principali di contatto tra materiali?

    <p>Le categorie principali sono contatto macroscopico e contatto microscopico.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'importanza della rugosità superficiale nei fenomeni di usura?

    <p>La rugosità superficiale determina il numero limitato di punti di contatto tra i corpi e influisce sulla formazione di microsaldature.</p> Signup and view all the answers

    In cosa consiste il fenomeno di tribossidazione?

    <p>La tribossidazione è un tipo di usura corrosiva che coinvolge reazioni chimiche tra le superfici a contatto sotto attrito.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza tra metalli compatibili e non compatibili in relazione alla frattura?

    <p>I metalli compatibili subiscono frattura non in corrispondenza della giunzione, ma in corrispondenza dei frammenti nel metallo più tenero, mentre i metalli non compatibili fratturano in corrispondenza della giunzione.</p> Signup and view all the answers

    Come viene definito il tasso di usura secondo la teoria di Archard?

    <p>Il tasso di usura W è definito come il rapporto tra il volume di materiale V che abbandona il sistema tribologico e la distanza di strisciamento percorsa s.</p> Signup and view all the answers

    Cosa si intende per 'galling' in un sistema tribologico?

    <p>Il 'galling' si verifica quando il trasferimento di metallo da una superficie all'altra riduce lo scorrimento relativo, interessando porzioni estese delle superfici a contatto.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la caratteristica della tribossidazione?

    <p>La tribossidazione è un caso di usura corrosiva causata dall'interazione delle superfici con un ambiente aggressivo, come l'ossigeno presente nell'aria.</p> Signup and view all the answers

    Cosa provoca l'aumento del coefficiente di attrito in un contatto tra metalli identici?

    <p>L'aumento del coefficiente di attrito è causato dal processo di saldatura e rottura delle asperità superficiali, che determinano un trasferimento di metallo.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la conseguenza di un bloccaggio completo del movimento in un sistema tribologico?

    <p>Il bloccaggio completo del movimento è definito 'grippaggio', un fenomeno critico che può causare guasti nei componenti meccanici.</p> Signup and view all the answers

    Quali particelle possono essere trasferite su una superficie in acciaio durante l'usura adesiva?

    <p>Durante l'usura adesiva, particelle di bronzo possono essere trasferite su una superficie in acciaio.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i due meccanismi che possono causare usura adesiva in un tribosistema?

    <p>I due meccanismi sono il trasferimento di metallo da una superficie all'altra e la formazione di giunzioni plastiche per adesione che portano a rottura.</p> Signup and view all the answers

    Cosa succede alla superficie di un acciaio in contatto con l'aria riguardo agli ossidi?

    <p>Si forma uno strato di ossido di ferro che può ridurre l'usura iniziale, ma è anche soggetto a rimozione durante lo sfregamento.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto delle elevate velocità di scorrimento sull'usura dei materiali?

    <p>A velocità di scorrimento maggiori di 1 m/s, i fenomeni ossidativi diventano significativi e possono aumentare l'usura.</p> Signup and view all the answers

    In che modo il grado di ossidazione delle superfici influisce sull'entità del processo di usura?

    <p>Maggiore è il grado di ossidazione, maggiore sarà l'entità del processo di usura a causa della continua formazione e distruzione degli ossidi.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono le differenze tra usura a 2 corpi e usura a 3 corpi?

    <p>L'usura a 2 corpi avviene tra due superfici con durezza differente, mentre l'usura a 3 corpi coinvolge particelle dure tra superfici di durezza simile.</p> Signup and view all the answers

    Perché gli ossidi di ferro possono causare elevate velocità di usura?

    <p>Perché, essendo duri e fragili, vengono facilmente rimossi dallo sfregamento, causando cicli regolari di formazione e distruzione.</p> Signup and view all the answers

    Qual è il ruolo della temperatura di flash nelle dinamiche di usura?

    <p>La temperatura di flash influisce sul grado di ossidazione e, di conseguenza, sull'entità del processo di usura durante il contatto.</p> Signup and view all the answers

    Cosa comporta la presenza di frammenti duri nei fenomeni di usura?

    <p>I frammenti duri possono aumentare l'usura a 3 corpi, causando danni significativi tra superfici di durezza confrontabile.</p> Signup and view all the answers

    Qual è una delle principali cause dell'usura abrasiva?

    <p>Una delle principali cause è la differente durezza dei materiali in contatto, che genera taglio e deformazione della superficie più tenera.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Usura e Tribologia

    • L'usura è il fenomeno di danneggiamento superficiale che si verifica quando due componenti metallici a contatto sono in moto relativo.
    • L'usura comporta la perdita di materiale da uno o da entrambi i corpi sotto forma di frammenti.
    • L'usura è una delle principali cause di guasti delle macchine e dei componenti meccanici.
    • L'usura è un fenomeno metallurgico che si verifica nei sistemi tribologici.

    Costi dell'Attrito e dell'Usura

    • I costi dovuti ad attrito e usura sono molto elevati: circa il 4% del PIL mondiale.
    • Quasi il 25% di questi costi potrebbe essere evitato con corrette soluzioni progettuali.
    • Il 10-30% dell'energia prodotta a livello industriale è dissipata a causa degli attriti.

    Conseguenze dell'Usura

    • L'usura causa un aumento dei giochi meccanici.
    • L'usura aumenta la rumorosità dei componenti.
    • L'usura porta alla comparsa di urti e vibrazioni, incrementando le sollecitazioni di fatica.
    • L'usura provoca una distribuzione non uniforme delle tensioni.
    • L'usura aumenta il tasso di abrasione delle particelle formate, aggravando l'usura stessa.
    • L'usura porta al deterioramento e al malfunzionamento della macchina.

    Tribologia

    • La tribologia è la scienza che studia l'attrito, la lubrificazione e l'usura delle superfici in contatto.
    • Il termine "tribologia" deriva dalle parole greche "tribos" (strofinamento) e "logos" (ragionamento).
    • La tribologia si concentra sullo studio dell'attrito, della lubrificazione e dell'usura.

    Sistema Tribologico

    • Un sistema tribologico è un sistema che dissipa energia per attrito.
    • Un sistema tribologico subisce perdita di materia sottoforma di frammenti.
    • I danneggiamenti e le rotture in un sistema tribologico sono correlati al fenomeno dell'usura.

    Parametri del Sistema Tribologico

    • I parametri strutturali di un sistema tribologico includono le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei componenti.
    • I parametri operativi comprendono:
      • Tipo di moto relativo
      • Carico
      • Velocità
      • Temperatura
      • Durata
    • I parametri di interazione comprendono:
      • Tipo di contatto
      • Tipo di lubrificazione
      • Condizioni superficiali (rugosità, stato di ossidazione).

    Attrito

    • L'attrito è un fenomeno dissipativo che si verifica nei corpi solidi o fluidi in movimento.
    • L'attrito è una forza, Ft, che si oppone al moto.
    • Il coefficiente di attrito, µ, è una proprietà del sistema tribologico.
    • Coefficiente di attrito statico rappresenta la forza necessaria per iniziare il movimento.
    • Coefficiente di attrito dinamico rappresenta la forza necessaria per mantenere il movimento.

    Fattori che Influenzano l'Attrito

    • L'adesione: il legame atomico e la compatibilità tra i corpi a contatto.
    • L'ambiente: la presenza di umidità, lubrificante e detriti.
    • La temperatura: modifica le proprietà del materiale, come l'ossidazione, l'addolcimento, la ricristallizzazione e le trasformazioni di fase.
    • La velocità: causa riscaldamento per attrito e contatto non continuo.
    • Il carico: influenza l'area reale di contatto, la rottura dei film superficiali e lo scagliamento degli ossidi.
    • La rugosità superficiale: modifica la geometria del contatto.

    Tipi di Moto Relativo

    • Strisciamento: un corpo striscia sull'altro.
    • Rotolamento: un corpo rotola sull'altro.
    • Sfregamento: un corpo vibra rispetto all'altro.
    • Erosione: l'usura dovuta all'azione di particelle abrasive.

    Esempi di Usura

    • Zone diverse del pistone di un motore possono essere soggette a diversi tipi di usura.
    • Erosione: particelle abrasive rimuovono il materiale.
    • Adesione: il materiale si trasferisce da un corpo all'altro.
    • Tribossidazione: il materiale si ossida a causa dell'attrito.
    • Abrasione: l'usura dovuta al contatto con corpi duri.

    Esempi di Sistemi Tribologici

    • Motore a combustione interna: i pistoni, le bielle e gli alberi a camme sono soggetti a usura.
    • Freni: le pastiglie e i dischi dei freni sono soggetti a usura.
    • Pneumatici: gli pneumatici sono soggetti a usura per contatto con la superficie stradale.
    • Ingranaggi: gli ingranaggi sono soggetti a usura a causa del loro contatto e movimento reciproco.

    Strategie per Ridurre l'Usura

    • L'utilizzo di lubrificanti solidi.
    • L'utilizzo di rivestimenti superficiali resistenti all'usura.
    • L'utilizzo di materiali resistenti all'usura.
    • La progettazione ottimale dei componenti.
    • La scelta dei materiali più appropriati per l'applicazione.

    Relazione Tra Usura e Attrito

    • L'usura è strettamente correlata all'attrito.

    • Maggiore è l'attrito, maggiore è l'usura.

    • L'attrito può essere minimizzato per ridurre l'usura.

    • I materiali sacrificali sono utilizzati per proteggere le superfici dall'usura.

    • Esempi di materiali sacrificali includono:

      • Matite
      • Gomme per cancellare
      • Lubrificanti solidi
      • Superfici di frizione

    Considerazioni Finali

    • L'usura è un fenomeno complesso che influenza le prestazioni e la durata dei componenti.
    • La tribologia fornisce una base scientifica per la comprensione dell'attrito, della lubrificazione e dell'usura.
    • L'applicazione dei principi tribologici può migliorare l'efficienza, prolungare la vita utile di un componente e ridurre i costi.

    ### Parametri del Sistema Tribologico

    • I parametri del sistema tribologico sono suddivisi in tre categorie: strutturali, operativi e di interazione.
    • I parametri strutturali includono le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei componenti.
    • I parametri operativi comprendono tipo di moto relativo, carico, velocità, temperatura e durata.
    • I parametri di interazione si riferiscono al tipo di contatto, tipo di lubrificazione e condizioni superficiali (rugosità, stato di ossidazione).

    Attrito

    • L'attrito è un fenomeno dissipativo che si verifica nei corpi solidi o fluidi durante il movimento.
    • La forza di attrito (Ft) si oppone al moto.
    • Il coefficiente di attrito µ è una proprietà del sistema tribologico.
    • Il coefficiente di attrito può essere statico o dinamico.
    • L'attrito dipende da diversi fattori, tra cui adesione, ambiente, temperatura, velocità, carico e rugosità superficiale.

    Tipi di Moto Relativo

    • Esistono diversi tipi di moto relativo tra due corpi a contatto, tra cui strisciamento, rotolamento, sfregamento (fretting) ed erosione.

    Meccanismi di Usura

    • Esistono diversi meccanismi di usura a seconda dei materiali in contatto e delle condizioni di contatto, tra cui usura adesiva, usura abrasiva, usura per fatica da contatto, usura corrosiva (tribossidazione) e usura erosiva.

    Usura Adesiva

    • L'usura adesiva avviene quando la deformazione plastica e l'adesione tra le asperità a contatto sono i principali fattori di rimozione del materiale dalle superfici.
    • Il contatto tra due corpi avviene in un numero limitato di punti, con conseguenti elevate pressioni di contatto locali e calore generato dall'attrito che possono produrre microsaldature.
    • Le microsaldature si separano durante il movimento, con o senza rimozione di materiale.
    • Le giunzioni possono essere più resistenti o meno resistenti del/i metallo/i base.
    • L'usura adesiva può portare a un aumento del coefficiente di attrito e al "galling" (bloccaggio parziale del movimento).
    • Il bloccaggio completo del movimento è definito "grippaggio".

    Tribossidazione

    • La tribossidazione è un caso particolare di usura corrosiva causata dall'interazione delle superfici a contatto con un ambiente aggressivo.
    • Il processo prevede l'ossidazione superficiale, il distacco dei prodotti di corrosione e la nuova ossidazione della superficie.
    • La tribossidazione è favorita dalle elevate velocità di scorrimento, che generano elevate temperature.

    Usura Abrasiva

    • L'usura abrasiva è dovuta alla diversa durezza dei corpi a contatto (usura a 2 corpi) o alla presenza di frammenti duri liberi di rotolare tra le due superfici (usura a 3 corpi).
    • L'usura a 2 corpi si verifica quando un corpo più duro taglia o deforma la superficie più tenera.
    • L'usura a 3 corpi si verifica quando particelle dure interposte tra le due superfici causano abrasione.

    Esempio di Applicazione

    • Zone diverse del pistone possono essere soggette a diversi processi di usura, come erosione, adesione, tribossidazione e abrasione.
    • L'uso di lubrificanti solidi e rivestimenti superficiali può ridurre l'usura.

    Relazione Tra Attrito e Usura

    • L'attrito e l'usura sono fenomeni interconnessi.
    • L'attrito può causare usura e l'usura può influenzare l'attrito.
    • In alcune applicazioni, l'attrito è desiderabile (es. freni, pneumatici), mentre in altre è indesiderabile (es. cuscinetti).
    • La scelta dei materiali e dei lubrificanti è fondamentale per minimizzare l'usura e ottimizzare l'attrito.

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