Definizione di durezza

Nella scienza dei materiali, la durezza è una misura della resistenza alla deformazione plastica localizzata indotta da indentazione meccanica o abrasione. In generale, diversi materiali differiscono per la loro durezza; ad esempio, i metalli duri come il titanio e il berillio sono più duri dei metalli teneri come il sodio e lo stagno metallico, o il legno e la plastica comune. Esistono diverse misurazioni della durezza: durezza al graffio, durezza all'indentazione e durezza al rimbalzo.

Esempi comuni di materia dura sono la ceramica, il cemento, alcuni metalli e i materiali superduri, che possono essere contrastati con la materia morbida.

Principali tipi di misure di durezza

Esistono tre tipi principali di misurazioni della durezza: graffio, rientranza e rimbalzo. All'interno di ciascuna di queste classi di misurazione, ci sono scale di misurazione individuali.

(1) Durezza al graffio

La durezza del graffio è la misura della resistenza di un campione alla frattura o alla deformazione plastica permanente dovuta all'attrito di un oggetto appuntito. Il principio è che un oggetto fatto di un materiale più duro graffierà un oggetto fatto di un materiale più morbido. Quando si testano i rivestimenti, la durezza del graffio si riferisce alla forza necessaria per tagliare la pellicola fino al substrato. Il test più comune è la scala di Mohs, utilizzata in mineralogia. Uno strumento per effettuare questa misurazione è lo sclerometro.

Un altro strumento utilizzato per eseguire queste prove è il durometro tascabile. Questo strumento è costituito da un braccio graduato con segni graduati fissato a un carrello a quattro ruote. Uno strumento di graffio con un bordo affilato è montato ad un angolo predeterminato rispetto alla superficie di prova. Per utilizzarlo un peso della massa nota viene aggiunto al braccio della bilancia in corrispondenza di uno dei segni graduati e lo strumento viene quindi disegnato sulla superficie di prova. L'uso del peso e dei contrassegni consente di applicare una pressione nota senza la necessità di macchinari complicati.

(2) Durezza della rientranza

La durezza dell'impronta misura la resistenza di un campione alla deformazione del materiale a causa di un carico di compressione costante da un oggetto appuntito. I test per la durezza dell'impronta sono utilizzati principalmente in ingegneria e metallurgia. Le prove funzionano sulla premessa di base di misurare le dimensioni critiche di una rientranza lasciata da un penetratore appositamente dimensionato e caricato.

Le scale di durezza dell'indentazione comuni sono Rockwell, Vickers, Shore e Brinell, tra le altre.

(3) Durezza di rimbalzo

La durezza di rimbalzo, nota anche come durezza dinamica, misura l'altezza del "rimbalzo" di un martello con punta di diamante caduto da un'altezza fissa su un materiale. Questo tipo di durezza è legato all'elasticità. Il dispositivo utilizzato per eseguire questa misurazione è noto come stereoscopio.

Due scale che misurano la durezza di rimbalzo sono il test di durezza di rimbalzo di Leeb e la scala di durezza di Bennett.

Il metodo ad ultrasuoni Contact Impedance (UCI) determina la durezza misurando la frequenza di un'asta oscillante. L'asta è costituita da un'asta in metallo con un elemento vibrante e un diamante a forma di piramide montato su un'estremità.

Durezza Vickers di materiali selezionati duri e superduri

Il diamante è il materiale più duro conosciuto fino ad oggi, con una durezza Vickers compresa tra 70 e 150 GPa. Il diamante dimostra sia un'elevata conduttività termica che proprietà elettricamente isolanti e molta attenzione è stata dedicata alla ricerca di applicazioni pratiche per questo materiale.

I diamanti sintetici sono prodotti per scopi industriali sin dagli anni '50 e sono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni: telecomunicazioni, ottica laser, assistenza sanitaria, taglio, molatura e perforazione, ecc. I diamanti sintetici sono anche la materia prima chiave per le frese PDC.

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