DUREZZA È la misura della resistenza opposta da un materiale alla deformazione plastica, ovvero a un penetratore o incisore. Nelle prime prove di durezza si usavano minerali naturali, la cui durezza era riportata su una scala empirica qualitativa (scala Mohs) costruita considerando la capacità di un materiale di penetrare uno più morbido. https://sites.google.com/site/geolabpisa/approfondimenti/i-minerali Il corindone è un minerale, un ossido di alluminio Al2O3 Si tratta di un minerale allocromatico, cioè si presenta in tutti i colori. La colorazione dipende da elementi chimici cromofori, che tuttavia non alterano la sua composizione chimica. Le principali varietà gemmologiche sono: Smeriglio: varietà opaca di colore da bianco a grigio-bruno, spesso impura (per ematite, magnetite, ilmenite, ecc.). È usato industrialmente per la preparazione di abrasivi. Rubino: (trad. rosso): varietà di corindone di colore rosso Zaffiro: (trad. la cosa più bella del mondo): varietà di corindone di colore blu Padparadscha (trad. fiore di loto): varietà di corindone di colore aranciato Zaffiri sono ora chiamate anche tutte le varietà escluso il rubino e il Padparadscha. Tra parentesi viene indicata la vecchia nomenclatura. Zaffiro giallo (Topazio Orientale): varietà di corindone di colore giallo Zaffiro verde (Smeraldo Orientale): varietà di corindone di colore verde Zaffiro viola (Ametista Orientale): varietà di corindone di colore viola Zaffiro rosa (Patmaraga): varietà di corindone di colore rosa carico Leucozaffiro: varietà di corindone trasparente ed incolore Le corrispondenti gemme artificiali oggi sono facilmente prodotte mediante fusione di allumina con impurezze (opportunamente dosate). 1

DUREZZA Successivamente sono state ideate tecniche per la valutazione quantitativa: un piccolo penetratore viene applicato sulla superficie secondo modalità controllate. Dalla profondità o dalla dimensione dell’impronta, si calcola il valore di durezza. Le prove di durezza sono le più usate in quanto: Sono semplici e poco costose Non sono distruttive Altre proprietà possono essere dedotte dalla durezza Maggiore e più profonda è l’impronta, minore è la durezza ed il valore ad esso associato. È da notare che le misure non hanno valorie assoluto ma dipendono dalla tecnica usata, che va sempre indicata insieme al valore di durezza. Non richiedono preparazione del campione e lo strumento è poco costoso. L’unica deformazione che rimane è una piccola impronta ad esempio il carico di rottura 2

Scala Mohs Tipo di legame Covalente Covalente-ionico Ionico-covalente Van der Waals - ionico Scala Mohs

PROVE DI DUREZZA Prove statiche Si basano sulla misura dell'impronta lasciata sulla superficie del campione da un penetratore adeguatamente caricato. Appartengono a questa classe le misure di durezza Brinell, Vickers, Rockwell e Knoop. Si distinguono per: • tipo di penetratore usato • carico applicato • tecnica di rilevamento della dimensione dell'impronta lasciata 4

Prove statiche Usato per integrare il file Pmeccaniche.pdf Metodi Knoop Brinell Rockwell Vikers

Prove di rigatura (scratch test) Prove di rimbalzo Un oggetto di massa e dimensioni definite e' fatto cadere o proiettato sulla superficie da provare misurandone il rimbalzo. Le superfici più dure sono meno plastiche e fanno rimbalzare maggiormente ogni oggetto che le urti. Prove di rigatura (scratch test) Un oggetto più duro incide sul più tenero. Appartiene a questa classe ogni prova atta a classificare i materiali secondo la scala di Mohs. Prove sclerometriche Un utensile (microaratro), generalmente di diamante ed adeguatamente caricato, viene trascinato sulla superficie con velocità costante. La durezza, anche locale, e' valutata misurando l' ampiezza del solco. 6

SCRATCH TEST TOOL: Rockwell Diamond indenter, 0.2 mm tip radius

SCRATCH HARDNESS TEST Test parameters Value Normal force : 10 N where 8 referring to the known geometry of scratching tip, F is the applied normal (vertical) force, w is the width of the scratch. Test parameters Value Normal force : 10 N Sliding speed: 20 mm/min Sliding distance: 10 mm Atmosphere Air Temperature: 24°C

Prove di smorzamento Prove di taglio Prove d’abrasione Si misura la diminuzione delI’ampiezza dell'oscillazione d'un pendolo attrezzato con un perno duro che sfreghi sulla superficie del pezzo da provare. Prove di taglio Si misura la forza necessaria per tagliare un truciolo d'opportune dimensioni dalla superficie del pezzo da provare, tramite un utensile standardizzato. Prove d’abrasione La superficie del pezzo da provare striscia, sotto adeguato carico, contro un disco rotante. La misura della durezza e' valutata in base all'usura. Prove d’erosione Un abrasivo, in particelle di date dimensioni, e' proiettato contro la superficie da provare. La variazione di peso darà una valutazione della durezza. 9

Metodo Brinell Questo metodo consiste nel premere una sfera di acciaio temprato o di lega dura sinterizzata di diametro prestabilito. Si definisce durezza Brinell (HB) il rapporto tra il valore del carico F (kg) applicato e la superficie A (mm2) dell’impronta ottenuta. 11

La sfera viene pressata sulla superficie del campione: • per un tempo standard (da 10 a 30 secondi) • sotto un carico costante fissato variabile tra 500 e 3000 Kg. Questa prova richiede l’uso di provini con superfici lucide e piatte. L’impronta non deve: raggiungere la superficie opposta del provino essere troppo vicina al suo bordo o ad un’impronta precedente Limiti di tale prova sono le seguenti: - nel caso di materiali molto duri ci può essere una deformazione della sfera; - se l’impronta e’ larga la sfera può agire da innesco per rotture; - non ci sono limiti al valore del carico, è necessario però evitare penetrazioni eccessive.

Metodo Vickers Si definisce durezza Vickers (HV) il rapporto tra il valore del carico F(kg) applicato e la superficie A (mm2) dell’impronta ottenuta con un penetratore di diamante a forma di piramide a base quadrata e con angolo al vertice di 136° 13

Il carico F deve raggiungere il suo valore massimo entro 10-15 secondi e permanere per un tempo fissato. La prova in condizioni standard richiede F = 30 kg e una permanenza di 10 -15 secondi. In condizioni di test diverse i risultati vengono indicati facendo seguire al simbolo HV un indice che specifichi nell’ordine: • il carico impiegato e • la durata di permanenza (esempi HV 30/20 - HV 5/15) E’ un perfezionamento del metodo Brinnel. Vantaggi: • Un campo applicazione illimitato, sia per durezza che dimensioni del saggio; • Un numero di durezza Vickers indipendente dal carico applicato. Svantaggi: •L’ accurata preparazione del campione. • Il limitato volume di materiale interessato dalla prova.

Metodo Knoop (durezza Knoop HK) Il principio di funzionamento di questa prova e’ lo stesso di quella Vickers eccetto per il fatto che qui viene usata una piramide di diamante a base rombica con un rapporto tra le diagonali 7 a 1 15

Vantaggi: • Le impronte Knoop presentano una maggiore facilità e rapidità di lettura rispetto alle Vickers; • Il metodo e’ indicato per misurare la durezza dei materiali molto fragili o molto sottili o induriti superficialmente. • Dalle prove Vickers e Knoop si possono avere dati di tenacità e di modulo di Young per materiali fragili. Svantaggi: • L’ accurata preparazione del campione. • Il limitato volume di materiale interessato dalla prova. La Commissione ISO nel 1975 ha abolito l'unita' di misura dimensionale della durezza Brinell, Vickers e Knoop, i cui valori sono oggi numeri adimensionali.

Metodo ROCKWELL E’ il metodo più utilizzato per la semplicità e rapidità d’esecuzione. A differenza dei precedenti metodi, questo si basa sulla misura della profondità t di penetrazione, il valore della durezza è funzione di questa. In tale prova il penetratore può essere una sfera d’acciaio o, per materiali più duri, un cono con la punta di diamante con un angolo interno di 120°. t si puo’ misurare sia in presenza del carico sia dopo che il carico e’ stato tolto. Il carico usato e il tempo d’applicazione variano in base alle dimensioni e tipo di penetratore ed al suo utilizzo. 17

Prove di microdurezza Sono effettuate con un carico inferiore al 1 kg. Sono utilizzate: • Per oggetti di limitate dimensioni o per durezze superficiali; • Per valutare la variazione di durezza in funzione della profondità dalla superficie del pezzo; • Per materiali fragili. 19