LA MICRODUREZZA DEL CORINDONE

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1 AI/i Sc. Tsc. Sci. at., Mem., Serie A, 93 (1986) pagg , tabb. 8 M. FRAZII (*), M. TROYSI (*), A. CECCHII (*) LA MICRODUREZZA DEL CORIDOE Riassunt - Vengn riprtati i valri di micrdurezza Vickers e Knp ttenuti su 6 campini di crindne prvenienti da lcalità diverse. I risultati ttenuti evidenzian, per quest minerale, ntevli variazini di micrdurezza da punt a punt e fra campine e campine. n è pssibile frnire un valre medi di micrdurezza per tutte le frme esaminate né definire una relazine tra micrdurezza e chimism. Si scnsiglia di cnseguenza l'us del crindne cme termine di riferiment per la micrdurezza alla penetrazine. Summary - Crundum micrhardness. Vickers and Knp micrhardness values f 6 crundum crystals frm different ccurrences are reprted. Analysis f data shws a remarkable variatin f the prperty frm pint t pint and frm sample t sample. Then n reliable average micrhardness value fr this minerai can be derived frm values fr individuai frms nr evident relatinship between chemistry and micrhardness can be drawn. Therefre use f cru.dum as a reference term in a micrhardness indentatin scale is discuraged. Key wrds - Indentatin micrhardness, crundum. 1_ PREMESSA Prseguend le ricerche sulla micrdurezza dei minerali, si riprtan i valri Vickers e K.np misurati su 6 campini di crindne. Tali campini prvengn tutti dal Muse di Mineralgia e Petrgrafia del Dipartiment di Scienze della Terra dell'università di Pisa e le lr caratteristiche sn elencate in tabella 1. (*) Dipartiment di Scienze della Terra. Università degli Studi di Pisa.

2 88 FRAZII M. - TROYSI M. - CECCHII A. TABELLA Campine. cllezine Lcalità Caratteristiche macrscpiche CIA ATSIRABÈ (MADAGASCAR) FRAKLI. CAROLIE (U.S.A.) Cristall di clre vila, abit prismatic, lung circa 1.8 cm. Frme studiate: [1120J, [OOOIJ. Cristall di clre brun, abit bipiramidale, lung circa 5 cm. Frma studiata: [2243J. Cristall di clre vila, abit prismatic, lung circa 0.5 cm. Frme studiate: [1120]. [OOOIJ ADERSO S. CAROLIE (U.S.A.) Cristall di clre verde, abit prismatic, lung circa 1 cm. Frme studiate: [1120]. [OOOIJ CAADA MACO. CAROLIE (U.S.A.) Cristall di clre vila, abit bipiramidale, lung circa 3.5 cm. Frma studiata: [2243J. Cristall di clre vila, abit tabulare, di dimensine massima circa 2.5 cm. Frma studiata: [OOOIJ. TABELLA 2 Frma ORIETAZIOE a b c [2243J [3032] 45 da [3032] [1100] [1120] [0001] 45 da [0001] [1100] [OOOIJ [1100] 45 da [0110] [1000] 2. DATI SPERIMETALI 2.1. Misure di micrdurezza Le misure sn state eseguite cn un micrdurimetr «Leitz» seguend le metdlgie illustrate in M. FRAZII, M. TROYSI e A. CECCHII (1981). Le imprnte sn state effettuate sulle frme di bi-

3 LA MICRODUREZZA DEL CORIDOE 89 piramide, di prisma e di pinacide secnd le rientazini riprtate in tabella 2, dve viene indicata la direzine della diagnale dell'imprnta (per Knp ci si riferisce alla diagnale maggire) rispett ad una direzine cristallgrafica. La bipiramide è stata identificata cme (2243) sulla base di un angl misurat di circa 61 0 fra pinacide basale e facce della bipiramide stessa Dati racclti Le imprnte Vickers ttenute nei vari campini risultan perfettamente quadrate anche se gli elementi di simmetria peranti sulle facce esaminate nn l impngn; di cnseguenza per gnuna viene pres in cnsiderazine il valre medi delle due diagnali. I dati di micrdurezza Vickers e Knp riprtati rappresentan la media di almen quattr misure di imprnte mlt nitide; sl raramente - per pesi superiri a 200 g - cmpain delle fratture che nn impediscn, però, una crretta misurazine dell'imprnta stessa. elle tabelle 3 e 4 sn elencati, per ciascuna rientazine, la media (d) delle diagnali delle quattr imprnte (per la Knp quella delle diagnali maggiri) insieme al relativ valre di micrdurezza HV e HK. elle tabelle 5 e 6 vengn riprtati i valri della micrdurezza estraplata HVE (HKE), del ritir elastic crhve (crhke) e della deviazine standard d.s. HvE (d.s. HKE ) ttenuti applicand ai dati sperimentali il mdell prpst da M. FRAZII e M. TROYSI (1978). 3. DISCUSSIOE DEI DATI 3.l. Attendibilità delle misure Le imprnte Vickers eseguite sulle frme studiate e nelle due pssibili rientazini sn sempre risultate perfettamente quadrate (diagnali uguali e lati rettilinei) indicand, in assenza di elementi di simmetria che giustifichin questa situazine, una sstanziale istrpia della prprietà micrdurezza alla penetrazine nelle diverse direzini giacenti su una stessa faccia del cristall. In queste cndizini le misure di micrdurezza ad un stess pes ed in diversa rientazine su di una stessa faccia dvrebber essere uguali.

4 TABELLA 3 - Micrdurezza Vickers per carichi cmpresi tra 15 e 500 g. \O Campine Frma Orientazine " a d HV z (0001) b d HV HV , rn (") (1120) a d HV b d HV (2243) a d : HV !!l b d (") 3 P IlO) (0001) a d ,. HV b d HV a d HV b d HV (") :J:

5 \O... Segue: TABELLA 3 Campine Frma Orientazine [0001) [1120) a d HV b r > d HV a d HV c c:: b d > trl HV c a d r (") HV z 5 [2243) c b d z trl HV ;;:: ;:; :: 6 [0001) a d HV b d HV

6 TABELLA 4. Micrdurezza Knp per carichi cmpresi tra 15 e 500 g. Campine Frma Orientazine c d HK \O (1120) a d HK b d HK "'1 c d z HK (0001) a d >-l HK < b d HK (2243) a d HK b d HK c d HK

7 c d z HK z l'l \O VJ Segue: TABELLA 4 Campine Frma Orientazine [1120J a d HK b d HK c d ;: HK r; a d c HK b d l'l [OOOIJ r HK r > l'l > (") 4 (OOOIJ a d HK b d HK c d HK

8 Campine Frma Orientazine ?> Segue: TABELLA 4 \O -"" 4 (1120J a cl HK b cl HK " c cl z Z 5 (2243J HK ?= a cl , b HK cl ;<l -: HK c cl m () () HK ?= () 6 (OOOlJ a cl HK b cl HK c cl HK

9 LA MICRODUREZZA DEL CORIDOE 95 TABELLA 5 Campine Frma Or. HVE GHVE d.s.hve (1120J [OOOlJ a b a b [2243J [1120J [OOOlJ a b a b a b [OOOlJ [1120J a b a b [2243J a b [OOOlJ a b Trascurand le differenze di durezza sservate fra i vari campini, tutte le misure racclte pssn essere pensate cme un insieme mgene e pertant dalle differenze sservate fra tutte le cppie di misure eseguite su una stessa faccia, all stess pes ed in differenti rientazini, si può valutare l'errre statistic di misura (t) dat da: dve Es è l'errre strumentale e te è l'errre di campinament dvuti a dismgeneità del valre di micrdurezza da punt a punt della faccia sttpsta a misura. Per i valri di micrdurezza Knp (Tabella n. 4) si hann 189 cppie di valri misurati all stess pes, su una stessa faccia, in (1)

10 96 FRAZII M. - TROYSI M. - CECCHII A. rientazini diverse. Detta t1 la differenza fra i valri di micrdurezza di queste cppie, si può calclare: E = (-JCit12)/189) / -J2 = flm L stess calcl eseguit separatamente per gruppi di 27 cppie misurate tutte all stess pes frnisce i risultati dati nella prima riga della seguente tabella: pes g E E calc Assumend che i valri di micrdurezza abbian una distribuzine nrmale cn un valre medi HK e deviazine standard ± t1 HK, allra E può essere espress cme: dve p è il pes di misura e K è la cstante (14116 nel cas specific). Pst a = frma: 1 4 K HK-3(t1 HK)2 la (1) può essere scritta nella (2) Cn dati della tabella si calcla: E 2 = X P Il prim termine, risultat negativ, è priv di sens fisic e indica che l'errre strumentale è piccl rispett a quell di campinament. el seguit assumerem E s = ± 0.1 flm dat che gni valre della tabella 4 è la media di 4 misure. Dal valre di a, pst HK = 1473 (media dei valri di HKE in tabella 6), si ricava che t1 HK = ± 114. Per i dati Vickers l stess tip di analisi prta a calclare un valre E = fl su tutte le misure. Piché per i valri Vickers si hann sltant 63 cppie, queste sn state divise in due gruppi: per le 34 imprnte cn d lo flm, E = flm per le 29 imprnte cn d > lo flid, E = flm

11 LA MICRODUREZZA DEL CORIDOE 97 TABELLA 6 Campine Frma Or. HKE <1HKE d.s.hke a (1120) b C a (0001) b c a (2243) b c a (1120) b C a (0001) b c a (0001) b c a (1120) b c a (2243) b c a (0001) b c Questi valri sn cerenti cn un E. s = ± 0.15 flm e un E. c causat da una variazine di HV di ± 100 unità. Stt un cert numer di iptesi semplificative l'insieme dei dati racclti è interpretabile cme generat da campini cn una dispersine di valri di micrdurezza da punt a punt (deviazine standard della media) di circa ± 100 unità e cn un errre strumentale sulle single misure di ± 0.1 flm.

12 98 FRAZII M. - TROYSI M. - CECCHII A. 3.2 I valri di durezza estraplati. Dall'analisi delle tabelle 5 e 6 si sserva innanzi tutt che i valri di cr sia per la Vickers che per la Knp sn cmplessivamente variabili in un intervall ristrett, intervall che si restringe ancra quand si cnfrntin le diverse rientazini su di una stessa faccia. Si ha quindi una ulterire cnferma dell'assenza di anistrpia della micrdurezza nel crindne. Piché i valri di HVE (HKE) nelle rientazini a e b (rientazini a, b e c) per gni frma di ciascun campine risultan in bun accrd sn state calclate le medie che vengn riprtate in tabella 7. Da tale tabella si nta che i valri Vickers sn più alti di circa il 20% di quelli Knp rispettand una situazine verificata in numersi altri minerali (FRAZII M., TROYSI M., CECCHII A. (1982). La crrispndenza fra i valri medi di HVE per gni campine ed i crrispndenti HKE rimessi in scala cn gli HVE è buna (differenza media uguale a 6.5%). Le variazini di durezza fra le diverse frme di un stess campine nn sn mlt accentuate (ad esclusine nel campine 4 dei valri di HKE e nel campine 1 sia degli HVE che degli HKE) e nn hann cmunque andamenti sistematici. Le differenze massime fra i valri misurati di micrdurezza sn invece sensibili: HKE varia fra 923 e 1723 e HVE fra 1336 e Queste differenze nn trvan crrispndenze precise cn la presenza di elementi in quantità minre segnalati dall'analisi chimica eseguita in flurescenza a raggi X i cui risultati sn elencati in tabella 8. TABELLA 7 Campine Frma HVE HKE 1 (1120J [0001J [2243J

13 Fe Y203 ass ass ass ass ass 0.19 t"" > ;:: Ci :<l c :<l tt1 > tn t"" (") :<l Z Z tn \O \O TABELLA 8 Campine a20 MgO Ah03 Si02 P20S K20 CaO Ti02 MnO

14 100 FRAZII M. - TROYSI M. - CECCHII A. 4. COCLUSIOI Le misure racclte mettn In evidenza che: la micrdurezza nn presenta effetti di anistrpia secnd direzini diverse su di una stessa faccia cristallina. Sn scarsi assenti effetti di anistrpia fra facce diverse di un stess cristall i cristalli di crindne pssn avere variazini di micrdurezza da punt a punt. Per l'intera serie di campini misurati, ammettend una distribuzine gaussiana dei valri di micrdurezza intrn ad un valre medi, si calcla una deviazine standard di circa 100 unità Vickers e Knp sui valri medi ttenuti da quattr misure e quindi di circa 200 unità sulle single misure. Per gni campine questa dispersine può essere più grande (ad esempi campine 2 e 5) più piccla (ad esempi campine 3) la micrdurezza del crindne è variabile in un intervall abbastanza ampi da 1336 a 2223 per HVE e da 923 a 1723 per HKE. Il crindne nn può essere utilizzat cme standard di riferiment per la micrdurezza alla penetrazine sia per la dispersine dei valri da punt a punt (circa 200 unità per misure single) sia per la dispersine dei valri tra diversi campini (circa unità). RIGRAZIAMETI Gli autri ringrazian il sig. Menichini Massim per l'esecuzine delle analisi in flurescenza a raggi X. BIBLIOGRAFIA FRAZII M., TROYSI M. (1978) - Macrhardness derivatin frm micrhardness measurements. Rend. Acc. a z. Lincei, Ser. 8, 65, FRAZII M., TROYSI M., CECCHII A. (1981) - La micrdurezza della flurite. Rend. Acc. az. Lincei, Ser. 8, 71, FRAZII M., TROYSI M., CECCHII A. (1982) - Una serie di minerali cme termini di riferiment per la micrdurezza alla penetrazine. Atti Sc. Tsc. Sc at., Mem., Ser. A, 84, (ms. pres il 19 settembre 1986; ult. bzze il 30 marz 1987)