Durezza dei metalli e i metalli più forti del mondo

La durezza è una delle proprietà meccaniche più importanti dei metalli. Definisce la capacità di un materiale di resistere alla deformazione in condizioni localizzate - principalmente indentazione, graffiatura, taglio o usura.

Scopriamo queste domande: cos'è la durezza dei metalli, come si misura e come migliorarla. È inoltre possibile ottenere una pratica tabella di durezza dei metalli e conoscere i dieci metalli più resistenti mai conosciuti dall'uomo.

Che cos'è la durezza dei metalli?

La durezza dei metalli si riferisce alla capacità di un metallo di resistere alla deformazione, cioè a una deformazione permanente come un graffio o un'incisione. È associata ad altre proprietà meccaniche come la tenacità e la resistenza, ma non è la stessa cosa.

Esistono diversi tipi di durezza:

• Durezza da graffio - resistenza ai graffi (ad esempio, scala Mohs).
• Durezza da indentazione - resistenza all'indentazione permanente da parte di un oggetto non in movimento (ad esempio, Brinell, Rockwell, Vickers).
• Durezza al rimbalzo - resistenza alla deformazione elastica, misurata in base all'altezza di rimbalzo dopo l'impatto (ad esempio, test di Leeb).

I metalli di tungsteno, titanio e acciaio duro sono tipicamente legati a una durezza elevata e sono quindi ottimali per le applicazioni antiusura.

Misurazione della durezza dei metalli

1. Test di durezza Brinell (BHN): Utilizza una sfera di carburo di tungsteno o di acciaio per incidere la superficie. Utilizzato per i metalli più morbidi, fornisce una durezza media su una superficie più ampia.
2. Test di durezza Rockwell (HR): Comune nell'industria, si applica per testare la profondità di penetrazione su una gamma di scale (ad esempio, HRC dell'acciaio duro). Facile e veloce da eseguire.
3. Test di durezza Vickers (VHN): Utilizza un penetratore piramidale in diamante per testare con precisione campioni sottili o piccoli. È molto preciso, ma richiede più tempo.
4. Scala di durezza Mohs: Test rapido che va da 1 (talco) a 10 (diamante). Conveniente per un rapido test qualitativo.
5. Test di durezza Leeb (HL): Strumento di misura a velocità di rimbalzo da portare in mano. Ideale per oggetti grandi o montati.

Tabella di durezza dei metalli

Per capire meglio come i diversi metalli si confrontano tra loro in termini di durezza, ecco una tabella di riferimento che fornisce un elenco di materiali comunemente riscontrati su diverse scale di durezza. Questi valori sono indicativi, ma possono essere influenzati da alcune combinazioni di leghe, metodi di produzione e trattamenti termici.

I 10 metalli più forti del mondo

Forza e durezza non sono identiche, ma quasi. Tuttavia, i metalli più forti sono in gran parte quelli più duri. Ecco l'elenco dei 10 metalli più forti:

1. Tungsteno (resistenza alla trazione: ~1510 MPa, durezza Mohs: ~9)

Il tungsteno possiede la più alta resistenza alla trazione tra i metalli puri e possiede una durezza estrema. Non perde la sua forza nemmeno a temperature molto elevate, motivo per cui è di vitale importanza per i componenti aerospaziali, gli utensili da taglio e le applicazioni militari.

2. Inconel (resistenza alla trazione: >1000 MPa, durezza Mohs: 6,5-7)

L'Inconel è una famiglia di superleghe di nichel-cromo resistenti alle alte temperature e alla durezza. È utilizzato nei motori a reazione, nelle turbine a gas e negli impianti chimici grazie alla sua resistenza alla corrosione e all'ossidazione.

3. Titanio (resistenza alla trazione: ~1000 MPa, durezza Mohs: ~6)

Il titanio possiede una resistenza alla trazione, una bassa densità e una durezza moderata. Il suo rapporto forza-peso e la resistenza alla corrosione lo rendono il migliore da utilizzare nel settore aerospaziale, nei dispositivi di impianto e negli ambienti marini.

4. Acciaio per utensili (acciaio temprato) (resistenza alla trazione: 700-1000 MPa, durezza Mohs: ~7)

Acciai come A2, D2 e H13 sono trattati termicamente per ottenere un'elevata resistenza superficiale e durezza. Sono ampiamente utilizzati per utensili, pressofusioni e parti soggette a usura.

5. Vanadio (resistenza alla trazione: ~800 MPa, durezza Mohs: ~6,7)

Il vanadio possiede un'elevata resistenza alla trazione e viene rafforzato e indurito se legato all'acciaio. Trova largo impiego nei componenti aerospaziali, nelle armature e negli utensili ad alta velocità.

6. Cromo (resistenza alla trazione: ~418 MPa, durezza Mohs: 8,5-9)

Sebbene la resistenza alla trazione del cromo sia media, è il metallo naturale più duro della scala Mohs. È un elemento essenziale nella produzione di acciaio inossidabile e fornisce un'eccellente protezione dall'usura e dalla corrosione nelle applicazioni di placcatura.

7. Osmio (resistenza alla trazione: ~600 MPa, durezza Mohs: ~7)

L'osmio è uno dei materiali più densi e duri. Nonostante la fragilità, è altamente resistente all'usura e viene utilizzato in settori specializzati come i pennini delle penne stilografiche e i contatti elettrici.

8. Iridio (resistenza alla trazione: ~540 MPa, durezza Mohs: ~6,5)

L'iridio è un metallo estremamente duro e resistente alla corrosione anche ad alte temperature. È molto utilizzato nelle candele di accensione, nei crogioli e nelle apparecchiature di comunicazione in mare aperto, sebbene sia molto fragile.

9. Niobio (resistenza alla trazione: ~275 MPa, durezza Mohs: ~6)

Il niobio trova applicazione soprattutto come lega per aumentare la resistenza degli acciai strutturali e per la produzione di superconduttori. Sebbene non sia il metallo più forte nella sua forma elementare, rafforza in modo significativo altri materiali.

10. Tantalio (resistenza alla trazione: ~200 MPa, durezza Mohs: ~6,5)

Il tantalio è forse meno resistente alla trazione, ma è estremamente resistente alla corrosione e ha una buona durezza. È molto utilizzato nell'elettronica (soprattutto nei condensatori), negli impianti medici e nei componenti aerospaziali, dove la stabilità chimica è fondamentale.

Nota: questa sequenza dimostra che, mentre la resistenza alla trazione è uno degli indicatori chiave delle prestazioni dei metalli, la durezza, la resistenza alla corrosione e la stabilità termica sono altrettanto importanti nel determinare il materiale più adatto per un determinato requisito industriale o ingegneristico.

Conclusione

La durezza dei metalli è un parametro importante per valutare l'idoneità di un materiale a essere utilizzato per determinate applicazioni industriali o strutturali. Capire cosa sia la durezza, misurarla e migliorarla consente agli ingegneri di prendere decisioni più informate e di ottimizzare i metalli per utensili, strutture, macchine e dispositivi sofisticati. I leader della durezza sono il tungsteno, il cromo e l'acciaio temprato, ma la scelta del metallo dipende sempre da un insieme specifico di proprietà per svolgere il lavoro. Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).