Nel precedente articolo (Le Armature: una panoramica degli acciai) ci siamo fatti un’idea di cosa influisca sulla “qualità” di un acciaio per armature, ovvero cosa lo faccia diventare più duro e cosa lo faccia diventare più resistente.
Se stai pensando che ti viene duro con questo, devo ricordarti che tu non sei un pezzo di acciaio e di conseguenza quella (bella) roba non tramuterà l’austenite in martensite indipendentemente da chi sia l’attrice coinvolta…
…NO: nemmeno se c’è Jenna Haze! ▼

Jenna Haze nel gradevole POV Centerfolds 6

Ora andiamo a dare un’occhiata più da vicino, ma sempre in breve, alle armature prima di passare ai test di penetrazione. Mi limiterò a presentarle, in modo che siano chiare in mente prima di vederle “in azione”, senza addentrarmi nei dettagli storici sul periodo di diffusione, sul nome o sul prezzo. Ci sarà tempo in futuro per parlare di queste cose meglio.

 
La maglia di ferro
Le armature di maglia sono formate da una serie di anelli di metallo uniti tra loro, di norma nella modalità 4-in-1 per cui ogni anello è collegato ad altri quattro. Gli anelli devono essere fabbricati e uniti uno per volta. Per ottenere gli anelli l’armaiolo deve partire dal ferro, tirarlo in un filo uniforme, avvolgerlo attorno a un cilindretto fino a formare una specie di solenoide e infine tagliare gli anelli usando un martello e uno scalpello con la punta larga abbastanza da tagliare agevolmente il filo.
Lavorando con le pinze bisogna poi aprire e chiudere i singoli anelli intrecciandoli tra loro, ma questo non è sufficiente: essendo già “rotti” sono facilmente suscettibili ad aprirsi di nuovo quando colpiti! L’armaiolo deve fabbricare dei piccoli chiodi (rivetti) con cui inchiodare tra loro le estremità degli anelli (appiattite a martellate per allargarle) in modo da tenerli chiusi.
Non è necessario che tutti gli anelli abbiano il loro chiodino: circa metà degli anelli in una maglia 4-in-1 possono essere saldati aumentando la robustezza della maglia ed evitando di dover fabbricare l’ennesimo rivetto minuscolo.
SI: è un lavoraccio indegno!

Dal poster di un seminario di Alan Williams: probabilmente è proprio la maglia del XV secolo che ha testato. Che emozione! Maglia, firmami un autografo!

 
La maglia di ferro andava indossata sopra una apposita imbottitura chiamata aketon/gambeson/jack, ovvero una protezione formata da strati di lino sovrapposti allo scopo di ammortizzare i colpi che la maglia di ferro incassava.

Illustrazione tratta da una Bibbia del XIII secolo

Ora ne sapete abbastanza per affrontare la lettura dei test di penetrazione senza problemi. Parleremo più a fondo delle maglie di ferro in futuro.

 
La cotta di piastre
La cotta di piastre è formata da una serie di piastre di metallo montate su una base di tela o cuoio. Veniva utilizzata come armatura da sola, non esistendo ancora le corazze in acciaio, o sopra una cotta di maglia come ulteriore rinforzo al prezzo di un peso complessivo molto alto: 30 kg o forse perfino di più che ricadevano pesantemente sulle spalle!
Di queste armature e di quelle lamellari sono piene le fosse comuni della battaglia di Wisby (1361), ma dato che la “cotta di piastre” verrà citata solo al termine dell’articolo sui test di penetrazione direi che non c’è altro da sapere di utile per ora.

Ricostruzione di una tipica cotta di piastre rinvenuta nelle fosse comuni della battaglia di Wisby, 1361

 
L’armatura a piastre
Questa armatura è formata da una serie di piastre unite tra loro tramite rivetti e cinturini in modo da proteggere il proprietario e assieme garantire la massima mobilità. Possono essere arrotondate per deviare i colpi, come nelle armature alla milanese (es: la AVANT) o spigolate, come nelle armature alla massimiliana, per offrire un pessimo angolo di impatto a gran parte dei colpi andati a segno.
I punti deboli, le giunture di ascelle e gomito ad esempio, possono essere protette da dischi mobili, da lamelle metalliche o da una veste imbottita sottostante dotata di inserzioni ad hoc in maglia di ferro.

Due cavalieri del XV-XVI secolo: armatura alla milanese (a sinistra) e alla massimiliana (a destra)

 
Alan Williams ha calcolato che un’armatura alla milanese offre un angolo di impatto tipico di 30° gradi e un’armatura spigolata di 45° gradi. Una cotta di piastre, una maglia di ferro o un’armatura lamellare invece non hanno un design studiato per deviare i colpi e questo in parole povere significa che le armature a piastre sono perfino più efficaci di quanto il loro spessore farebbe immaginare.
Il colpo viene deviato non permettendo uno scarico perpendicolare ottimale del vettore forza. Come certamente ricorderete dalle regole di scomposizione di un vettore, l’energia perpendicolare potrà essere ottenuta dividendo l’energia complessiva per il coseno dell’angolo di impatto.
In tal modo un’armatura arrotondata è il 20% più resistente e una spigolata il 40%.

Lo spessore delle piastre dipendeva dalla locazione e dal periodo storico, dato che l’introduzione di armi da fuoco sempre più potenti ha costretto ad adottare piastre sempre più resistenti. In particolare la corazza pettorale e la parte frontale dell’elmo erano i più spessi, dovendo proteggere aree vitali, mentre braccia e gambe erano più leggeri.
Le armature non pesavano molto: tutti i set non “a prova di proiettile” del XV-XVI secolo hanno dichiarato pesi tra i 15 e i 26 kg. La qual cosa è anche dimostrabile teoricamente applicando la formula Mosteller del calcolo della superficie corporea a un uomo di 75 kg circa: con uno spessore in acciaio di 2 mm uniforme su tutto il corpo (incluso retro delle cosce, piante dei piedi, palmi delle mani e altri posti dove di norma non vi è armatura) si ottengo al massimo 35 kg.
Facendo un esempio reale: l’armatura di Valerio Corvino Zacchei, una bella armatura milanese da cavalleria del 1560 con elmo completo e grandi spallacci, conservata nell’Armeria Reale di Torino, pesa esattamente 26 kg.
Il peso era ben distribuito su tutto il corpo grazie a un sistema di incastri e cinturini, per cui risultava meno faticosa da indossare per periodi prolungati dell’usbergo in maglia di ferro che invece gravava integralmente sulle spalle.

Alan Williams fornisce alcuni spessori medi di corazze pettorali: le corazze del 1450-1500 sono spesse 2 mm; quelle del 1500-1550 variano dagli 1,3 mm ai 4 mm con una concentrazione maggiore nella fascia 2-2,5 mm; il periodo 1550-1600 mostra corazze spesse tra gli 1,2 mm e i 6 mm (con un’equa distribuzione nella fascia 1,5-4 mm); infine il periodo 1600-1650 alza il tetto massimo di spessore arrivando al record di 8 mm (con tutte le altre corazze da cavaliere tra i 4-7 mm e quelle da fanteria tra i 2-3 mm).

 
Fine della presentazione
Ulteriori dettagli sulle armature, come detto nell’introduzione, verranno forniti in articoli futuri più approfonditi. Se avete letto sia questo articolo che il precedente dedicato agli acciai ora sarete perfettamente pronti per il prossimo dedicato ai test di penetrazione e alle conclusioni finali.

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Le armature metalliche di cui parlerò saranno tutte in ferro o in acciai al carbonio. Per comprendere meglio i test di penetrazione e la differenza che può passare tra armature di uguale spessore, ma costruite usando acciai differenti è meglio prima dotarsi di un bagaglio di nozioni utili minime. Una rapida panoramica senza troppe pretese per farsi un’idea degli acciai usati nel medioevo/rinascimento.

 
Qualche informazione di base sui metalli
Il ferro ha iniziato a diffondersi a partire dal 1900-1400 a.C. circa fino a diventare di uso comune attorno al 900 a.C., quando già veniva impiegato per fabbricare spade, pugnali, gambali e scaglie d’armatura. Circa 150 tonnellate di ferro sono state rinvenute nel palazzo di Sargon (710 a.C.) presso Dur Sharrukin (oggi Khorsabad, vicino a Mosul in Iraq) e parte del materiale rinvenuto era formato da “acciaio” anche se non vi sono prove che all’epoca si praticasse alcun genere di tempra (quenching in inglese) per ottenere acciai invece di ferro. Anche gli antichi Greci, sebbene utilizzassero regolarmente il ferro da secoli, continuarono a fabbricare corazze ed elmetti in bronzo fino al tempo delle Guerre Persiane (V secolo a.C.). Il ferro povero di carbonio e ricco di impurità, come si poteva produrre con i metodi di fusione precedenti l’invenzione dell’altoforno, era inferiore al bronzo per durezza e resistenza alla corrosione.
Prima degli altiforni si usavano infatti fosse scavate nel terreno, per trattenere al meglio il calore, coperte da una cupola di pietre o mattoni in cui il fuoco veniva ravvivato da un mantice (forni a cupola). Questi forni permettevano di liberare il ferro dalle rocce in cui si trovava, seppur lasciando al suo interno molte scorie, ma non favorivano affatto la sua combinazione con il carbonio per formare leghe d’acciaio. E in ogni caso l’acciaio non è detto sia sempre più duro del bronzo lavorato, come vedremo dopo.
Gli altiforni alimentati a carbone permettevano una migliore combinazione del carbonio con il ferro per la produzione di ghise e acciai. I più antichi risalgono al XII secolo e la diffusione capillare degli altiforni in Europa avverrà solo nella seconda metà del XV secolo, permettendo di produrre quegli acciai duri e resistenti necessari per le armature bianche sempre più diffuse e richieste.

 
Cos’è la Durezza?
La durezza di un metallo o di una lega è la proprietà di lasciarsi scalfire da un minerale e può essere determinata misurando quanto a fondo penetri una punta di diamante piramidale collegata a un carico noto (durezza Vickers). Un test simile che però sfrutta una sferetta è il test Brinell (HBS, durezza Brinell). Il test Vickers fornisce la misura della durezza Vickers (VPH, HV, Vickers Pyramid Hardness) sotto forma di “forza applicata / penetrazione”. L’unità di misura dei VPH sono i chilogrammiforza su millimetro quadrato (kgf/mm2). Entrambi i test sono chiamati prove di microdurezza.
Più il VPH è alto e più il metallo offre resistenza alla deformazione.

Il rame puro ha una durezza di circa 40 VPH e fonde a 1080°C. La lavorazione a freddo, tramite il martellamento o la riduzione in filo di rame, può alzare la durezza fino a 100 VPH ottenendo però una riduzione dello spessore e un corrispondente incremento della fragilità (ovvero è più facile che si fratturi quando sottoposto a una tensione).
Unire il rame con lo stagno porta progressivamente la durezza della lega di bronzo da 50 VPH (3% di stagno) a 110 VPH (10% di stagno) con la semplice unione a caldo e può essere ulterioramente incrementata con una lavorazione a freddo del bronzo fino a 270 VPH (10% di stagno).
Il ferro puro ha una durezza di 60 VPH, fonde a 1550°C e diventa più duro assorbendo carbonio, formando la lega chiamata acciaio. Se l’acciaio viene lasciato raffreddare ad aria, lentamente, la sua durezza sarà paragonabile a quella del bronzo (in base alla % di carbonio assorbito). Dopo il raffreddamento ad aria un acciaio con poco carbonio (0,2%) avrà una durezza di circa 110 VPH ed uno con un ottimo contenuto di carbonio (0,5-0,6%) arriverà a 170-180 VPH circa. Una durezza che lo pone nella fascia media del bronzo lavorato, con in più la difficoltà di ottenere un livello di carbonio alto senza disporre di un altoforno: le fornaci con la fossa producono perlopiù ferro, come già detto.
Se invece l’acciaio viene raffreddato rapidamente (quenching, tempra) si potrà ottenere una durezza tra 300 e 700 VPH in base al contenuto di carbonio.

 
La Tempra degli Acciai
Lasciamo da parte i dettagli su come il carbonio si leghi lentamente al ferro formando austenite, una soluzione interstiziale di ferro e carbonio che può esistere solo sopra i 723°C, e passiamo a vedere come l’acciaio ottenuto può essere indurito.
Infatti, seppure l’acciaio raffreddato ad aria sia già molto più duro del comune ferro, il vero vantaggio dell’acciaio si ottiene indurendolo ancora di più con pratiche di raffreddamento rapido (ad esempio: buttandolo subito in acqua, come si vede fare ai fabbri nei film).

Se l’austenite viene raffreddata ad aria il carbonio che si era dissolto nel ferro sopra i 900°C tornerà a riunirsi in “blocchi” formando un aggregato lamellare di ferrite (ferro poverissimo di carbonio) e cementite (un carburo di ferro, Fe3C) chiamato perlite.
La pura ferrite (in pratica purissimi cristalli di ferro) ha una durezza di 80 VPH. Naturalmente non è possibile ottenere pura ferrite con le tecnologie medievali e verrà fuori invece un metallo più o meno ricco di scorie (slag in inglese, un materiale fragile simile al vetro) e di tracce di altri elementi dissolti nella ferrite, la cui durezza varierà tra i 100 e i 180 VPH. La presenza di cementite (carburo di ferro) rende la perlite ancora più dura, in base al livello di carbonio, permettendo di ottenere durezze tra 180 VPH (0,2% C) e 260 VPH (0,6% C).

Se l’austenite viene raffreddata più rapidamente di quanto avvenga in aria (trattamento di tempra, di norma tempra di soluzione) si può evitare la condizione di equilibrio che porta il carbonio a riaddensarsi in cementite e si possono ottenere di conseguenza dei cristalli differenti.
Si può ottenere la perlite globurale, in cui cementite e ferrite si uniscono in strutture sferiche, oppure la bainite, ferrite circondata di cementite in forma aciculare che la rende più dura della perlite, o perfino la martensite, un acciaio durissimo di struttura tetraedrica ottenibile solo con un brusco raffreddamento che “congeli” l’acciaio in una forma molto simile a quella austenitica, ovvero con il carbonio mischiato uniformemente al ferro senza, usando un linguaggio terra-terra, “grumi”.
La dimensione dei cristalli che formano il metallo è importante dato che i piccoli cristalli si deformano con maggiore difficoltà e quindi una “granularità” più fine aumenta considerevolmente la durezza dell’acciaio.

La rapidità del raffreddamento, le dimensioni dell’oggetto e la quantità di carbonio presente nell’austenite determinano il tipo di cristalli che si otterranno. Immergere l’austenite nell’acqua solitamente porta a un raffreddamento così rapido (full quenching) da formare una struttura di sola martensite di durezza fino a 800 VPH (0,6% C) e oltre. Raffreddare il metallo in olio, nel piombo liquido (che lavoro salubre: facciamo tutti “ciao ciao” al saturnismo…) o in altre sostanze determina un raffreddamento meno brusco (slack quenching) e l’acciaio risultante sarà composto da una combinazione di perlite, bainite e martensite con una durezza tra i 300 e i 400 VPH in base alla composizione.
Lo slack quenching era frequentemente praticato nel Medio Evo (le sostanze usate nella soluzione di tempra facevano parte dei segreti degli armaioli) mentre ormai è evitato e si pratica solo il full quenching, che avviene di norma in semplice acqua per gli acciai al carbonio.

Microscopiche foto al microscopio

Il problema della martensite eccessivamente dura sono le tensioni interne che potrebbero rendere l’acciaio fragile causando delle microfratture. Per aumentare la resistenza all’impatto dell’acciaio è necessario sottoporlo a rinvenimento (tempering in inglese), ovvero scaldarlo di nuovo (al massimo fino a 700°C) e raffreddarlo di nuovo in modo da rimuovere gli stress interni. Il rinvenimento può portare al peggioramento dell’acciaio, in particolare negli acciai al carbonio che nella fase del riscaldamento a 250-400°C possono cadere vittime di una fragilità irreversibile (a meno di non rifondere d’accapo tutto). Anche nella fase dei 450-500°C gradi può avvenire un indebolimento dell’acciaio dovuto alla minore coesione intercristallina, la malattia di Krupp, ma è un problema reversibile. In caso di problemi si può sempre pensare alla ricottura: riportare il metallo allo stato di austenizzazione e mentenerlo il tempo necessario a riomogenizzare il macello fatto precedentemente per poi ripartire col lavoro.

Il rinvenimento può ridurre la durezza a 400-500 VPH, ma la resistenza agli impatti dell’acciaio aumenterà notevolmente: sarà duro ed elastico. Ma non bisogna eccedere: troppi rinvenimenti possono indebolire l’acciaio, formando blocchi di cementite e rendendo la martensite meno dura perfino della perlite non temperata (a pari percentuale di carbonio).

 
La Resistenza alla Frattura
Abbiamo visto cosa è la durezza e come ottenerla, ma la durezza non è tutto. Anche il vetro è duro (1500 VPH circa), ma se lo colpisci si spezza più facilmente dell’acciaio di pari spessore. Se contasse solo la durezza tutti indosserebbero corazze di vetro che di certo “non si piegano sotto i colpi”, ma sappiamo che in realtà una simile corazza andrebbe in frantumi al primo impatto violento (ma senza deformarsi prima: sai che consolazione…). Quindi la durezza per quanto importante non è l’unica proprietà, come abbiamo visto parlando del rinvenimento della martensite, ma deve essere accompagnata da una adeguata resistenza alla frattura.

La resistenza alla frattura (o “resistenza alla frattura all’impatto” o “resistenza all’impatto”, fracture toughness in inglese) misura la resistenza che un materiale contenente una imperfezione offre alla rottura. Dipende da vari fattori: microstruttura del metallo, durezza, dimensione dei cristalli e presenza di scorie. I test che misurano la resistenza alla frattura totale indagano sia la deformazione plastica che la frattura elastica (un test molto comune è quello di Cottrell-Mai).

Più scorie sono presenti nel metallo (ossido di ferro, silicato di ferro magari mischiato a calcio o alluminio o altre porcherie) e più il metallo è sensibile alla frattura a causa delle aree imperfette che rendono più debole la struttura complessiva. La resistenza alla frattura di un ferro puro, senza carbonio e senza scorie (es: il ferro ARMCO), è circa 200 KJ/m2. Una presenza di scorie al 1-2% (considerata come piuttosto bassa per gli standard medievali) può abbassare fino a 170 KJ/m2 la resistenza. Con un 4,7% di scorie siamo già a 150 KJ/m2 che scende a 120 KJ/m2 al 4,7% e arriva a 28 KJ/m2 al 7,5%.

Il carbonio influendo sulla durezza influisce anche sulla resistenza alla frattura. Un ferro privo di scorie e di carbonio (il ferro ARMCO già accennato) ha una resistenza di 200 KJ/m2. Un contenuto di carbonio allo 0,1% alza la resistenza a 235 KJ/m2 che sale a 320 KJ/m2 per una presenza di carbonio allo 0,55% e raggiunge quasi i 400 KJ/m2 con lo 0,85%.

 
E ora…
Ora che abbiamo un po’ di informazioni più di prima sugli acciai possiamo passare a vedere di cosa erano fatte le armature medievali e da che genere di impatti potevano offrire protezione.

Seconda parte: breve presentazione delle armature.
Terza parte: i test di penetrazione.

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Le armature sono vestiario specializzato.
Le armature sono abiti costruiti con sostanze resistenti (cuoio, metalli, ceramiche, fibre sintetiche) allo scopo di difendere dai colpi chi le indossa. Un’armatura che non difende dai colpi è un’armatura inutile e chi la indossa è un uomo morto. Parlando di armature si può parlare a lungo, descrivendone le tipologie, la loro diffusione e tante altre cose, ma quello che mi interessa trattare in questa serie di articoli non sono i loro dettagli storici, bensì quello che più conta ovvero la loro efficacia come forma di protezione.

Una spada poteva tranciare in due la corazza di un cavaliere? E cosa intendiamo con corazza? Quanto spessa, composta di quale tipo di acciaio, con design milanese o alla massimiliana?
Un cavaliere in armatura a piastre aveva di che temere dalle frecce degli archi lunghi? E dalle balestre? E uno in cotta di maglia? E i proiettili degli archibugi hanno fatto tramontare le armature o le hanno portate all’apice tecnologico?

Per rispondere a queste semplici domande entrano in gioco parecchi fattori come lo spessore, la qualità dell’acciaio, la forma dell’armatura e l’energia cinetica disponibile con le varie armi.

Per rispondere a queste domande ho preparato un percorso formato da tre articoli:
  I. una panoramica degli acciai;
 II. breve presentazione delle armature;
III. test di penetrazione e conclusioni;
IV. quattro.

Gli articoli sono brevi e sintetici, in modo da fornire tutte le nozioni interessanti senza dilungarsi inutilmente. Le conclusioni al termine del terzo articolo includono una breve suddivisione delle armature per secolo (dal basso medioevo alla prima età moderna) e dei pericoli che potevano affrontare: se i dettagli tecnici riguardo a come si sia arrivati a quelle conclusioni dovessero annoiare, basta saltare all’ultima parte.

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