Tipi di getti di ferro

Tipi di getti di ferro

In questo capitolo verranno discussi i vari tipi di getti in ghisa.

Fusione di ghisa grigia

La caratteristica della ghisa grigia è la microstruttura grafica, che è in grado di provocare fratture al materiale ed assumere un aspetto grigio. Questo è il tipo di ghisa più comunemente usato e anche il materiale fuso comunemente usato in base al peso. La maggior parte delle ghise grigie ha una decomposizione chimica dal 2,5% al ​​4% di carbonio, dall'1% al 3% di silicone e il resto è una composizione di ferro.

Questo tipo di ghisa ha una minore resistenza alla trazione e una minore resistenza agli urti rispetto all'acciaio. La sua resistenza alla compressione è paragonabile all'acciaio a basso e medio tenore di carbonio.

Tutte queste proprietà meccaniche sono controllate dalla forma e dalle dimensioni delle scaglie di grafite, presenti nella microstruttura della ghisa grigia.

Fusione di ferro bianco

Questo tipo di ferro presenta superfici fratturate di colore bianco per la presenza di un precipitato di carburo di ferro denominato cementite. Il carbonio contenuto nella ghisa bianca precipita dalla fusione come cementite in fase stabile anziché come grafite. Ciò si ottiene con un contenuto di silicio inferiore come agente grafitizzante e una velocità di raffreddamento fornita più rapida. Dopo questa precipitazione, la cementite si forma in particelle di grandi dimensioni.

Durante la precipitazione del carburo di ferro, il precipitato sottrae carbonio alla massa fusa originaria, spostando così la miscela verso una miscela più vicina a quella eutettica. La fase rimanente è l'abbassamento del ferro ad austenite di carbonio, che si trasforma in martensite una volta raffreddata.

Questi carburi eutettici contenuti sono troppo grandi per fornire il vantaggio dell'indurimento per precipitazione. In alcuni acciai potrebbero essere presenti precipitati di cementite molto più piccoli che potrebbero portare alla deformazione della plastica impedendo il movimento delle dislocazioni attraverso la matrice di ferrite di ferro puro. Hanno il vantaggio di aumentare la durezza apparente della ghisa semplicemente a causa della loro durezza e frazione di volume. Ciò fa sì che la durezza apparente possa essere approssimata mediante una regola di miscele.

In ogni caso questa durezza viene offerta a scapito della tenacità. La ghisa bianca può essere generalmente classificata come cemento, poiché il carburo costituisce una frazione maggiore del materiale. Il ferro bianco è troppo fragile per essere utilizzato nei componenti strutturali, ma grazie alla sua buona durezza, resistenza all'abrasione e basso costo, può essere utilizzato come superficie antiusura delle pompe per liquami.

È difficile raffreddare i getti spessi a una velocità più rapida, che è sufficiente per solidificare la massa fusa come ghisa bianca, tuttavia è possibile utilizzare un raffreddamento rapido per solidificare un'enorme quantità di ghisa bianca e successivamente un resto di essa sarà raffreddarsi più lentamente formando così un nucleo di ghisa grigia. Il getto risultante è chiamato getto freddo e presenta i vantaggi di avere una superficie dura ma con un interno più resistente.

Le leghe di ferro bianco ad alto contenuto di cromo avevano la capacità di consentire la fusione in sabbia di una girante massiccia di circa 10 tonnellate. Ciò è dovuto al fatto che il cromo riduce la velocità di raffreddamento necessaria per produrre carburi attraverso maggiori spessori di materiale. Carburi con un'eccellente resistenza all'abrasione sono prodotti anche da elementi di cromo.

Fusione di ghisa malleabile

La ghisa malleabile nasce come fusione di ghisa bianca, viene poi trattata termicamente a temperature di circa 950°C per due o un solo giorno, e poi viene raffreddata per lo stesso periodo di tempo.

Il carbonio nel carburo di ferro si trasforma quindi in grafite e ferrite più carbonio a causa di questo processo di riscaldamento e raffreddamento. Questo è un processo basso, ma consente alla tensione superficiale di trasformare la grafite in particelle sferoidali anziché in scaglie.

Gli sferoidi sono relativamente corti e più distanti tra loro a causa del loro basso rapporto d'aspetto. Contengono anche una sezione trasversale inferiore, una fessura che si propaga e un fotone. A differenza delle lamelle, contengono bordi smussati che contribuiscono ad alleviare i problemi di concentrazione delle sollecitazioni che si riscontrano nella ghisa grigia. Tutto sommato, le proprietà della ghisa malleabile sono più simili a quelle dell'acciaio che è di natura dolce.

Fusione di ferro duttile

A volte definita ghisa nodulare, questa ghisa ha la sua grafite sotto forma di noduli molto piccoli, con la grafite che ha la forma di strati concentrici e che formano così i noduli. A causa di ciò, le proprietà dighisa duttilesono quelli di un acciaio spugnoso che non presenta effetti di concentrazione degli sforzi prodotti dalle scaglie di grafite.

La concentrazione di carbonio contenuta è compresa tra il 3% e il 4% circa, quella di silicio è compresa tra l'1,8% e il 2,8% circa. Piccole quantità dallo 0,02% allo 0,1% di magnesio e solo dallo 0,02% allo 0,04% di cerio quando aggiunte a queste leghe rallentano la velocità con cui la precipitazione della grafite cresce attraverso il legame ai bordi delle piste di grafite.

Il carbonio può avere la possibilità di separarsi come particelle sferoidali man mano che il materiale si solidifica, a causa dell'attento controllo degli altri elementi e della corretta tempistica durante il processo. Le particelle risultanti sono simili alla ghisa malleabile, ma le parti possono essere fuse con sezioni più grandi.

Elementi di lega

Le proprietà della ghisa vengono modificate e aggiunte in vari elementi di lega o leganti nella ghisa. In linea con il carbonio è l'elemento silicio perché ha la capacità di forzare il carbonio fuori dalla soluzione. Una percentuale minore di silicio non può essere in grado di raggiungere completamente questo obiettivo poiché consente al carbonio di rimanere nella soluzione, formando così carburo di ferro e producendo anche ghisa bianca.

Una percentuale o concentrazione maggiore di silicio è in grado di forzare il carbonio fuori dalla soluzione e quindi formare grafite e produrre anche ghisa grigia. Altri agenti di lega non menzionati includono manganese, cromo, titanio e poi vanadio. Questi contrastano il silicio, inoltre favoriscono la ritenzione del carbonio e quindi anche la formazione di carburi. Il nichel e l'elemento rame hanno il vantaggio di aumentare la resistenza e la lavorabilità, ma non sono in grado di modificare la quantità di carbonio formato.

Il carbonio che si trova sotto forma di grafite dà come risultato un ferro più morbido, riducendo così l'effetto del ritiro, abbassando la resistenza e diminuendo la densità contenuta. Lo zolfo è per lo più un contaminante quando contenuto e forma solfuro di ferro che impedisce la formazione di grafite e aumenta anche la durezza.

Lo svantaggio imposto dallo zolfo è che rende viscosa la ghisa fusa, causando difetti. Per provvedere ed eliminare gli effetti dello zolfo, alla soluzione viene aggiunto manganese. Questo viene fatto perché quando i due si combinano formano solfuro di manganese invece di solfuro di ferro. Il solfuro di manganese risultante è più leggero della massa fusa e tende a galleggiare fuori dalla massa fusa e ad entrare nelle scorie.

La quantità approssimativa di manganese necessaria per annullare gli effetti dello zolfo è di 1,7 unità di contenuto di zolfo più un ulteriore 0,3% aggiunto in aggiunta. L'aggiunta di una quantità di manganese superiore a questa determina la formazione di carburo di manganese e questo aumenta la durezza e il raffreddamento, tranne che nella ghisa grigia dove fino all'1% di manganese può aumentare la resistenza e la densità contenuta. Il nichel è uno degli elementi di lega più generali perché ha la tendenza ad affinare la perlite e la struttura della grafite, migliorandone così la tenacità, ed uniformando la differenza di durezza tra gli spessori delle sezioni.

Il cromo viene aggiunto in piccole quantità per ridurre la grafite libera e produrre un raffreddamento. Questo perché il cromo è un potente stabilizzante del carburo e in alcuni casi può funzionare insieme al nichel. Anche per il cromo è possibile aggiungere una piccola quantità sostitutiva di stagno. Il rame viene aggiunto nella siviera o nella fornace nell'ordine dallo 0,5% al ​​2,5% per ottenere una riduzione del freddo, la raffinazione della grafite e l'aumento della fluidità. Si può anche aggiungere molibdeno nell'ordine dallo 0,3% all'1% in modo da aumentare anche il freddo, affinare la grafite e affinare la struttura della perlite.

Di solito viene aggiunto lavorando in linea con nichel, rame e cromo per produrre ferri ad alta resistenza. L'elemento titanio viene aggiunto per funzionare come degasatore e disossidante e aumentare la fluidità. Alla ghisa vengono aggiunte proporzioni dallo 0,15% allo 0,5% dell'elemento vanadio che aiutano a stabilizzare la cementite, per aumentare la durezza e resistere all'usura e agli effetti del calore.

Lo zirconio aiuta a formare la grafite e viene aggiunto in proporzioni dallo 0,1% allo 0,3% circa. Questo elemento aiuta anche a disossidare e ad aumentare la fluidità. Nella ghisa malleabile fusa, per aumentare la quantità di silicio che può essere aggiunta, il bismuto viene versato in una scala compresa tra lo 0,002% e lo 0,01%. Nel ferro bianco viene aggiunto l'elemento boro, che aiuta la produzione di ferro che è malleabile e riduce l'effetto grossolano dell'elemento bismuto.