durézza

Lessico

sf. [sec. XIII; latino duritía].

1) Qualità di ciò che è duro: durezza di un metallo; in particolare, proprietà dei corpi solidi di resistere più o meno bene alle scalfitture o alla penetrazione di un altro corpo solido.

2) Fig., asprezza, rigore: durezza del clima, durezza della vita; crudeltà, insensibilità: durezza di cuore, di carattere; angolosità, spigolosità: durezza di linee; mancanza di dolcezza, di toni sfumati: durezza di stile; anche difficoltà ad apprendere, a capire: durezza d'orecchio, sordità. In musica, nel sec. XVII, era sinonimo di dissonanza.

3) In chimica, durezza delle acque, quantità di sali di metalli alcalino-terrosi, in particolare bicarbonati e solfati di calcio e magnesio, presenti in soluzione nelle acque.

4) In fisica, la capacità di penetrazione dei raggi X, o di radiazioni corpuscolari di alta energia, nella materia.

Mineralogia

La resistenza alla scalfittura è una proprietà tipica dei cristalli costituenti un solido, in genere un minerale o una roccia; infatti, per ogni faccia del cristallo la durezza varia secondo le direzioni di misura; quindi è una proprietà vettoriale strettamente connessa con la struttura reticolare dei cristalli. La durezza può essere misurata in prima approssimazione per confronto con la scala di Mohs che elenca 10 minerali in ordine di durezza crescente, in modo che ogni termine possa essere scalfito dal successivo: 1 talco; 2 gesso; 3 calcite; 4 fluorite; 5 apatite; 6 ortoclasio; 7 quarzo; 8 topazio; 9 corindone; 10 diamante. Così, per esempio, a un minerale che viene scalfito dall'apatite, ma non dalla fluorite, viene attribuita durezza 4,5. La differenza di durezza dei termini della scala di Mohs non è costante; secondo le esperienze di Rosiwal, attribuendo durezza 1000 al corindone, gli altri termini hanno i seguenti valori: talco 0,03; gesso 1,25; calcite 4,5; fluorite 5; apatite 5,5; ortoclasio 37; quarzo 120; topazio 175; corindone 1000; diamante 140.000. Misure più accurate possono essere ottenute con l'impiego di appositi apparecchi, gli sclerometri per mineralogia, con i quali è possibile ottenere la cosiddetta curva della durezza, che esprime la variazione della durezza nelle diverse direzioni; tale curva non è mai un cerchio, ciò che conferma l'anisotropia dei cristalli rispetto a questa proprietà.

Tecnica: generalità

Per durezza di un materiale si intende una caratteristica della quale non esiste una definizione precisa e universalmente accettata, ma solo definizioni diverse di carattere operativo, spesso discordanti fra loro e non legate da relazione alcuna. In generale, si parla di durezza di un materiale per esprimere la resistenza opposta alla penetrazione da parte di un altro corpo; su tale definizione sono basati i metodi più usati nella pratica metallurgica e nell'industria del legno per determinare la durezza di un prodotto; la misura della durezza è data in funzione delle dimensioni dell'impronta prodotta su un provino da un penetratore. Tali metodi, per i materiali metallici, si diversificano per la forma del penetratore (sfera, cono o piramide) e per le condizioni della prova.

Tecnica: metodo Brinell

La durezza HB è uno degli indici più usati nei controlli pratici e anche per le ricerche di carattere scientifico. La misura si esegue nel modo seguente: sulla superficie del pezzo, previamente spianata e lisciata, viene compresso per un certo tempo, mediante l'applicazione di un carico noto P agente in senso perpendicolare alla superficie, un penetratore costituito da una sfera di acciaio durissimo di diametro D. La durezza HB viene definita come rapporto tra il carico P e l'area S dell'impronta a forma di calotta sferica prodotta dal penetratore. S viene determinata misurando il diametro d o la profondità p dell'impronta: poiché risulta

la durezza Brinell è data dall'espressione

Fisicamente la durezza Brinell così definita ha il significato di pressione media esercitata dalla sfera sulla superficie del campione; pertanto, essa non è in funzione solo delle proprietà del materiale metallico sperimentato, ma anche del grado di penetrazione della sfera, dipendendo da questo la legge di distribuzione delle pressioni. Solamente quando, al variare del diametro D della sfera, si faccia variare il carico P in modo da avere impronte simili, la durezza Brinell rimane costante. La legge di similitudine potrebbe essere rispettata mantenendo costante, al variare di P e D, il cosiddetto angolo di penetrazione, cioè l'angolo α di apertura del cono tangente alla sfera lungo la circonferenza che limita l'impronta. In pratica, però, si rinuncia a tale condizione e si fissa costante il valore del rapporto tra il carico e il quadrato del diametro della sfera: P/D²=costante. Il valore della costante viene scelto in relazione alla maggiore o minore durezza delle varie categorie di materiali metallici. Perché i risultati della prova siano attendibili la durezza del materiale in esame non deve essere eccessiva rispetto a quella della sfera per non causarne la deformazione; allo scopo si usano sfere di acciaio temprato per valori di durezza fino a 400 HB; sfere di widia per valori fino a 600 HB. L'importanza pratica di tale metodo è notevole: infatti è rapido, economico e non distruttivo e può essere correlato empiricamente alla resistenza o alla trazione R secondo la relazione R=h HB dove h è una costante.

Tecnica: metodo Vickers

La prova di durezza HV viene effettuata usando un penetratore a forma di piramide a base quadrata con lato l uguale a 0,375 volte il diametro D della sfera tangente alla piramide nei punti medi dei lati di base e le cui facce formano un angolo di 136º. Così, con qualunque carico, si ottengono impronte geometricamente simili. Tale metodo è particolarmente indicato per materiali molto duri (data l'utilizzazione di un penetratore di diamante) ed è impostato sullo stesso principio del metodo precedente, cosicché la scala Vickers e la scala Brinell della durezza coincidono almeno per valori di durezza non molto grandi. La prova si esegue comprimendo il penetratore con un carico P prestabilito, di valore non superiore a 150 kg. Detta d₁ la media geometrica delle lunghezze delle diagonali dell'impronta, misurate con un sistema micrometrico, la durezza HV è espressa dalla relazione

Tra i vantaggi del metodo è da sottolineare l'esattezza nella misura della diagonale dell'impronta e la sua piccolezza, la possibilità di misurare la durezza di materiali metallici molto duri e di pezzi di piccole dimensioni. Tra gli inconvenienti di ordine pratico che ne limitano una più estesa applicazione vi sono la necessità di usare macchine apposite, costose e delicate, di dover preparare superfici con finiture estremamente accurate e un tempo eccessivo per eseguire la misura. È da ricordare infine che la scala di durezza Vickers serve per misure di durezza anche su scala microscopica; a tale scopo si può usare sia il penetratore a piramide a base quadrata sia il penetratore a piramide con base rombica (metodo Knoop) le cui diagonali (l, maggiore; b, minore) stanno fra loro nel rapporto 7 : 1 e gli angoli fra gli spigoli sono rispettivamente 172º30´e 130º; la durezza secondo la scala Knoop (HK) è data dalla relazione HK=P/A_p dove P è il carico applicato e A_p è l'area della superficie dell'impronta l₁∤b₁/2 in proiezione.

Tecnica: metodo Rockwell

La prova di durezza HR utilizza principalmente come penetratore per materiali molto duri un cono di diamante, avente apertura di 120º, e per i materiali dolci una sferetta di acciaio. La durezza HR non è valutata come pressione media sopportabile dal materiale, ma come minore o maggiore profondità (e) dell'impronta che il dato penetratore produce sotto un carico prestabilito (60-100-150 kg). Le scale di durezza che così si ottengono sono quindi convenzionali; per la semplicità delle apparecchiature il metodo ha avuto grande diffusione ed è molto usato per il controllo di materiali ferrosi, specialmente di durezza elevata. La formula generale per determinare la durezza secondo il metodo Rockwell è data da HR=100–e (oppure 130–e) secondo che si usi un penetratore conico oppure sferico.

Tecnica: durezza del legname e della gomma

La durezza del legname viene definita da prove di laboratorio in: durezza di fianco, ricavata dalla profondità dell'impronta lasciata da un cilindro d'acciaio rotolante su di esso sotto un determinato carico; durezza assiale, ricavata dal carico necessario per l'affondamento di una sferetta d'acciaio a una profondità uguale al suo raggio. In base alla durezza assiale il legname viene classificato in tenerissimo (abete, tiglio, pino), tenero (betulla, ontano), semiduro (olmo, platano, castagno), duro (acero, quercia, noce, frassino), molto duro od osseo (guaiaco). La durezza di una gomma si determina in base al rimbalzo del percussore di un durometro Shore (detto anche scleroscopio) che viene fatto cadere liberamente sul provino: l'altezza del rimbalzo viene misurata sull'indice dell'apparecchio e fornisce un valore convenzionale della durezza secondo la scala di durezza Shore.