L’usura, la rimozione di materiale da una superficie solida come risultato dell’azione meccanica esercitata da un altro solido. L’usura si verifica principalmente come una perdita progressiva di materiale risultante dall’interazione meccanica di due superfici scorrevoli sotto carico. L’usura è un fenomeno così universale che raramente due corpi solidi scivolano l’uno sull’altro o addirittura si toccano senza un trasferimento o una perdita di materiale misurabile. Così, le monete si consumano come risultato del continuo contatto con tessuti e dita umane; le matite si consumano dopo essere scivolate sulla carta; e le rotaie si consumano come risultato del continuo rotolamento delle ruote del treno su di esse. Solo gli esseri viventi (come le articolazioni ossee) sono in un certo senso immuni ai danni permanenti causati dall’usura, poiché hanno la proprietà di ricrescere e guarire.

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Ci sono quattro tipi fondamentali di usura: adesiva, abrasiva, corrosiva e da fatica superficiale.

Il tipo più comune, l’usura adesiva, deriva dalle forti forze adesive che sono generate all’interfaccia di due materiali solidi. Quando le superfici solide vengono premute insieme, si crea un contatto intimo su un certo numero di piccole macchie o giunzioni. Durante lo scorrimento, queste giunzioni continuano ad essere fatte e rotte e, se una giunzione non si rompe lungo l’interfaccia originale, si forma una particella di usura. Queste particelle alla fine si rompono. L’usura adesiva è indesiderabile per due motivi: primo, la perdita di materiale porterà alla fine ad un deterioramento delle prestazioni del meccanismo; e secondo, la formazione di grandi particelle di usura in membri di scorrimento strettamente connessi può causare il grippaggio del meccanismo in una fase iniziale della sua vita produttiva. L’usura adesiva è molte volte maggiore per le superfici metalliche non lubrificate che per quelle efficacemente lubrificate.

L’usura abrasiva si verifica quando una superficie dura e ruvida scorre su una più morbida, producendo scanalature su quest’ultima. Può anche essere causata da particelle abrasive sciolte che rotolano tra due superfici morbide di scorrimento o da particelle incorporate in una delle superfici opposte. I frammenti abrasivi trasportati da una corrente di liquido o di gas possono consumare una superficie se la colpiscono ad alta velocità. Poiché l’usura abrasiva avviene quando il materiale abrasivo è ruvido e più duro della superficie da abradere, può essere prevenuta eliminando il componente duro e ruvido o rendendo la superficie da proteggere ancora più dura.

L’usura corrosiva si verifica quando un gas o un liquido attacca chimicamente una superficie lasciata esposta dal processo di scorrimento. Normalmente, quando una superficie si corrode, i prodotti della corrosione (come la patina) tendono a rimanere sulla superficie, rallentando così l’ulteriore corrosione. Ma, se si verifica uno scorrimento continuo, l’azione di scorrimento rimuove i depositi superficiali che altrimenti proteggerebbero da un’ulteriore corrosione, che quindi avviene più rapidamente. Una superficie che ha subito un’usura corrosiva ha generalmente un aspetto opaco e relativamente liscio.

L’usura da fatica della superficie è prodotta da un’elevata sollecitazione ripetuta che accompagna un movimento di rotolamento, come quello delle ruote metalliche sui binari o un cuscinetto a sfera che rotola in una macchina. Lo stress provoca la formazione di crepe sotto la superficie sia nel componente in movimento che in quello fermo. Man mano che queste cricche crescono, le particelle di grandi dimensioni si separano dalla superficie e ne deriva il pitting. L’usura per fatica superficiale è la forma più comune di usura che colpisce gli elementi rotanti come i cuscinetti o gli ingranaggi. Per le superfici di scorrimento, l’usura adesiva di solito procede abbastanza rapidamente che non c’è tempo per l’usura da fatica superficiale.

Anche se il processo di usura è generalmente pensato come dannoso, e nella maggior parte delle situazioni pratiche è così, ha anche alcuni usi pratici. Per esempio, molti metodi per produrre una superficie su un oggetto fabbricato dipendono dall’usura abrasiva, tra cui la limatura, la levigatura, la lappatura e la lucidatura. Molti strumenti di scrittura, principalmente la matita, il pastello e il gesso, dipendono per il loro effetto dall’usura adesiva. Un altro uso si vede nell’usura dei denti incisivi dei roditori. Questi denti hanno un rivestimento di smalto duro lungo la superficie curva esterna, ma solo dentina morbida sulla superficie interna. Quindi, l’usura abrasiva e adesiva, che si verifica più rapidamente sul lato più morbido, agisce per mantenere un bordo tagliente sui denti.