{"id":7974,"date":"2020-03-03T21:32:52","date_gmt":"2020-03-03T21:32:52","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=7974"},"modified":"2025-05-22T20:56:21","modified_gmt":"2025-05-22T20:56:21","slug":"tribologia-del-carico-dinamico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/it\/tribologia-del-carico-dinamico\/","title":{"rendered":"Tribologia del carico dinamico"},"content":{"rendered":"
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Tribologia del carico dinamico<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Introduzione
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L'usura si verifica praticamente in ogni settore industriale e comporta costi pari a ~0,75% del PIL1. La ricerca tribologica \u00e8 fondamentale per migliorare l'efficienza produttiva, le prestazioni delle applicazioni e la conservazione di materiali, energia e ambiente. Le vibrazioni e le oscillazioni si verificano inevitabilmente in un'ampia gamma di applicazioni tribologiche. Un'eccessiva vibrazione esterna accelera il processo di usura e riduce le prestazioni di servizio, portando a guasti catastrofici delle parti meccaniche.<\/p>\n

I tribometri convenzionali a carico morto applicano carichi normali mediante pesi di massa. Questa tecnica di carico non solo limita le opzioni di carico a un carico costante, ma crea anche intense vibrazioni incontrollate a carichi e velocit\u00e0 elevati che portano a valutazioni limitate e incoerenti del comportamento all'usura. Una valutazione affidabile dell'effetto dell'oscillazione controllata sul comportamento all'usura dei materiali \u00e8 auspicabile per la R&S e il controllo qualit\u00e0 in diverse applicazioni industriali.<\/p>\n

L'innovativo carico elevato di Nanovea tribometro <\/a>ha una capacit\u00e0 di carico massima di 2000 N con un sistema di controllo dinamico del carico. L'avanzato sistema di caricamento pneumatico dell'aria compressa consente agli utenti di valutare il comportamento tribologico di un materiale sotto carichi normali elevati con il vantaggio di smorzare le vibrazioni indesiderate create durante il processo di usura. Pertanto, il carico viene misurato direttamente senza la necessit\u00e0 di molle tampone utilizzate nei modelli pi\u00f9 vecchi. Un modulo di carico oscillante con elettromagnete parallelo applica un'oscillazione ben controllata dell'ampiezza desiderata fino a 20 N e della frequenza fino a 150 Hz.<\/p>\n

L'attrito viene misurato con elevata precisione direttamente dalla forza laterale applicata al supporto superiore. Lo spostamento viene monitorato in situ, fornendo informazioni sull'evoluzione del comportamento all'usura dei campioni di prova. Il test di usura con carico a oscillazione controllata pu\u00f2 essere eseguito anche in ambienti di corrosione, alta temperatura, umidit\u00e0 e lubrificazione per simulare le reali condizioni di lavoro per le applicazioni tribologiche. Un integrato ad alta velocit\u00e0 profilometro senza contatto<\/a> misura automaticamente la morfologia della traccia di usura e il volume di usura in pochi secondi.<\/p>\n

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Obiettivo di misurazione<\/p>\n

In questo studio, mostriamo la capacit\u00e0 del tribometro a carico dinamico Nanovea T2000 di studiare il comportamento tribologico di diversi campioni di rivestimento e di metallo in condizioni di carico oscillante controllato.<\/p>\n

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Procedura di prova
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Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di un rivestimento resistente all'usura di 300 \u00b5m di spessore \u00e8 stato valutato e confrontato dal tribometro Nanovea T2000 con un tribometro convenzionale a carico morto, utilizzando una configurazione perno su disco conforme alla norma ASTM G992.<\/p>\n

Campioni separati rivestiti di Cu e TiN contro una sfera di Al\u20820\u2083 da 6 mm sotto oscillazione controllata sono stati valutati mediante la modalit\u00e0 tribologica a carico dinamico del tribometro Nanovea T2000.<\/p>\n

I parametri del test sono riassunti nella Tabella 1.<\/p>\n

Il profilometro 3D integrato, dotato di un sensore di linea, esegue automaticamente la scansione della pista di usura dopo i test, fornendo la misura pi\u00f9 accurata del volume di usura in pochi secondi.<\/p>\n

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Risultati e discussione
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Sistema di carico pneumatico vs. sistema a carico morto<\/span><\/strong><\/p>\n

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Il comportamento tribologico di un rivestimento resistente all'usura utilizzando il tribometro Nanovea T2000 viene confrontato con un tribometro convenzionale a carico morto (DL). L'evoluzione del COF del rivestimento \u00e8 illustrata nella Fig. 2. Si osserva che il rivestimento presenta un valore COF comparabile di ~0,6 durante il test di usura. Tuttavia, i 20 profili delle sezioni trasversali in diversi punti della pista di usura nella Fig. 3 indicano che il rivestimento ha subito un'usura molto pi\u00f9 grave con il sistema a carico morto.<\/p>\n

Le vibrazioni intense sono state generate dal processo di usura del sistema a carico morto a carico e velocit\u00e0 elevati. L'enorme pressione concentrata sulla superficie di contatto, combinata con un'elevata velocit\u00e0 di scorrimento, crea vibrazioni sostanziali del peso e della struttura che portano a un'usura accelerata. Il tribometro a carico morto convenzionale applica il carico utilizzando pesi di massa. Questo metodo \u00e8 affidabile ai carichi di contatto pi\u00f9 bassi e in condizioni di usura lievi; tuttavia, in condizioni di usura aggressiva a carichi e velocit\u00e0 pi\u00f9 elevati, le vibrazioni significative fanno rimbalzare ripetutamente i pesi, dando luogo a una traccia di usura irregolare che causa una valutazione tribologica inaffidabile. Il tasso di usura calcolato \u00e8 di 8,0\u00b12,4 x 10-4 mm3\/N m, con un tasso di usura elevato e un'ampia deviazione standard.<\/p>\n

Il tribometro Nanovea T2000 \u00e8 progettato con un sistema di carico a controllo dinamico per smorzare le oscillazioni. Il sistema applica il carico normale con aria compressa, riducendo al minimo le vibrazioni indesiderate che si creano durante il processo di usura. Inoltre, il controllo attivo del carico ad anello chiuso garantisce l'applicazione di un carico costante per tutta la durata del test di usura e lo stilo segue la variazione di profondit\u00e0 della traccia di usura. Come mostrato nella Fig. 3a, \u00e8 stato misurato un profilo della traccia d'usura significativamente pi\u00f9 coerente, che ha portato a un basso tasso di usura di 3,4\u00b10,5 x 10-4 mm3\/Nm.<\/p>\n

L'analisi della traccia di usura mostrata nella Fig. 4 conferma che il test di usura eseguito con il sistema di caricamento pneumatico ad aria compressa del tribometro Nanovea T2000 crea una traccia di usura pi\u00f9 uniforme e coerente rispetto al tribometro convenzionale a carico morto. Inoltre, il tribometro Nanovea T2000 misura lo spostamento dello stilo durante il processo di usura, fornendo ulteriori informazioni sull'andamento del comportamento dell'usura in situ.<\/p>\n

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Oscillazione controllata sull'usura del campione di Cu<\/strong><\/p>\n

Il modulo elettromagnetico a carico oscillante parallelo del tribometro Nanovea T2000 consente di studiare l'effetto delle oscillazioni di ampiezza e frequenza controllate sul comportamento all'usura dei materiali. La COF dei campioni di Cu \u00e8 stata registrata in situ, come mostrato nella Fig. 6. Il campione di Cu mostra una COF costante. Il campione di Cu presenta una COF costante di ~0,3 durante la prima misurazione a 330 giri, a indicare la formazione di un contatto stabile all'interfaccia e di una pista di usura relativamente liscia. Con il proseguire della prova di usura, la variazione del COF indica un cambiamento nel meccanismo di usura. In confronto, le prove di usura sotto un'oscillazione di 5 N controllata in ampiezza a 50 N mostrano un comportamento diverso: il COF aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e mostra una variazione significativa per tutta la durata della prova. Questo comportamento del COF indica che l'oscillazione imposta nel carico normale gioca un ruolo nello stato di scorrimento instabile del contatto.<\/p>\n

La Fig. 7 confronta la morfologia della traccia di usura misurata dal profilometro ottico integrato senza contatto. Si pu\u00f2 osservare che il campione di Cu sottoposto a un'ampiezza di oscillazione controllata di 5 N presenta una traccia di usura molto pi\u00f9 grande, con un volume di 1,35 x 109 \u00b5m3, rispetto a 5,03 x 108 \u00b5m3 in assenza di oscillazioni imposte. L'oscillazione controllata accelera significativamente il tasso di usura di un fattore pari a ~2,7, dimostrando l'effetto critico dell'oscillazione sul comportamento dell'usura.<\/p>\n

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Oscillazione controllata sull'usura del rivestimento TiN<\/strong><\/p>\n

La COF e le tracce di usura del campione con rivestimento in TiN sono mostrate nella Fig. 8. Il rivestimento TiN presenta comportamenti di usura significativamente diversi in condizioni di oscillazione, come indicato dall'evoluzione della COF durante le prove. Il rivestimento TiN mostra un COF costante di ~0,3 dopo il periodo di rodaggio all'inizio della prova di usura, a causa del contatto stabile di scorrimento all'interfaccia tra il rivestimento TiN e la sfera di Al\u2082O\u2083. Tuttavia, quando il rivestimento TiN inizia a cedere, la sfera di Al\u2082O\u2083 penetra attraverso il rivestimento e scivola contro il substrato di acciaio fresco sottostante. Contemporaneamente, nella pista di usura si genera una quantit\u00e0 significativa di detriti di rivestimento TiN duro, trasformando l'usura da scorrimento stabile a due corpi in usura da abrasione a tre corpi. Questo cambiamento delle caratteristiche di coppia del materiale porta a maggiori variazioni nell'evoluzione del COF. L'oscillazione imposta di 5 N e 10 N accelera il cedimento del rivestimento TiN da ~400 giri a meno di 100 giri. Le tracce di usura pi\u00f9 grandi sui campioni di rivestimento TiN dopo le prove di usura con oscillazione controllata sono in accordo con tale variazione della COF.<\/p>\n

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Conclusione<\/p>\n

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L'avanzato sistema di carico pneumatico del Tribometro Nanovea T2000 possiede un vantaggio intrinseco come smorzatore di vibrazioni naturalmente rapido rispetto ai tradizionali sistemi a carico morto. Questo vantaggio tecnologico dei sistemi pneumatici \u00e8 vero rispetto ai sistemi a carico controllato che utilizzano una combinazione di servomotori e molle per applicare il carico. Questa tecnologia garantisce una valutazione dell'usura affidabile e meglio controllata a carichi elevati, come dimostrato in questo studio. Inoltre, il sistema di carico attivo ad anello chiuso pu\u00f2 modificare il carico normale a un valore desiderato durante i test di usura per simulare le applicazioni reali viste nei sistemi frenanti.<\/p>\n

Invece di subire l'influenza di condizioni di vibrazione incontrollate durante i test, abbiamo dimostrato che il tribometro Nanovea T2000 a carico dinamico consente agli utenti di valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di oscillazione controllata. Le vibrazioni giocano un ruolo significativo nel comportamento all'usura dei campioni di rivestimento metallico e ceramico.<\/p>\n

Il modulo di carico oscillante ad elettromagneti paralleli fornisce oscillazioni controllate con precisione ad ampiezze e frequenze prestabilite, consentendo agli utenti di simulare il processo di usura in condizioni reali, quando le vibrazioni ambientali sono spesso un fattore importante. In presenza di oscillazioni imposte durante l'usura, sia i campioni di Cu che quelli di rivestimento TiN mostrano un tasso di usura sostanzialmente aumentato. L'evoluzione del coefficiente di attrito e lo spostamento dello stilo misurato in situ sono indicatori importanti per le prestazioni del materiale durante le applicazioni tribologiche. Il profilometro 3D senza contatto integrato offre uno strumento per misurare con precisione il volume di usura e analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura in pochi secondi, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.<\/p>\n

Il T2000 \u00e8 dotato di un motore autotarato, di alta qualit\u00e0 e ad alta coppia, con una velocit\u00e0 interna a 20 bit e un encoder di posizione esterno a 16 bit. Ci\u00f2 consente al tribometro di fornire una gamma ineguagliata di velocit\u00e0 di rotazione, da 0,01 a 5000 giri\/min, che possono variare a scatti graduali o in modo continuo. A differenza dei sistemi che utilizzano un sensore di coppia posizionato in basso, il tribometro Nanovea utilizza una cella di carico ad alta precisione posizionata in alto per misurare accuratamente e separatamente le forze di attrito.<\/p>\n

I tribometri Nanovea offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalit\u00e0 rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM (compresi i test con 4 sfere, rondelle di spinta e blocchi su anelli), con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea T2000 \u00e8 la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di propriet\u00e0 tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Dynamic Load Tribology Introduction Wear takes place in virtually every industrial sector and imposes costs of ~0.75% of the GDP1. Tribology research is vital in improving production efficiency, application performance, as well as conservation of material, energy, and the environment. Vibration and oscillation inevitably occur in a wide range of tribological applications. Excessive external vibration […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":8052,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[7,349,355,335,373,336],"tags":[],"class_list":["post-7974","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-application-notes","category-laboratory-testing","category-profilometry-volume-area","category-profilometry-testing","category-rotational-tribology","category-tribology-testing"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7974"}],"version-history":[{"count":45,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":24785,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974\/revisions\/24785"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8052"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7974"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7974"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7974"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}