Materiali: la classificazione della GHISA

Micrografie della ghisa con grafite lamellare (sopra) e grafite sferoidale (sotto)

Con il termine ghisa si fa riferimento ad una famiglia di leghe ferrose composte principalmente da Ferro, Carbonio  (2.11 ÷ 4.5%) e Silicio (fino a 3.5%).  Il tenore di Carbonio presente corrisponde alla massima solubilità del Carbonio nella fase austenitica.  La presenza in lega di altri elementi  quali il Cromo, il Molibdeno e il Vanadio, portano alla formazione di carburi che, pur aumentando la resistenza e la durezza, riducono la lavorabilità. La prima classificazione delle ghise aveva individuato 2 tipi diversi: la ghisa grigia e la ghisa bianca. Oggi i criteri di classificazione delle ghise sono molteplici, dall’aspetto della fratture, ai costituenti microstrutturali, a proprietà particolari, sebbene in genere sia preferibile una suddivisione in base alla morfologia di solidificazione e alla microstruttura. La classificazione  pressoché universalmente adottata prevede 5 macrofamiglie di riferimento.

Ghise grigie in cui la grafite si presenta sottoforma di flocculi. Quando si rompono, la frattura avviene lungo i flocculi e la superficie si presenta di colore grigio scuro. Hanno bassa resistenza agli urti, buona conducibilità termica e contenuto sviluppo del calore durante le operazioni di taglio. Hanno buone proprietà antismorzamento, assorbendo bene le vibrazioni. Essendo poco resistente agli urti, si generano basse forze di taglio e quindi la lavorabilità è molto buona. Per migliorare le caratteristiche meccaniche, il Cromo viene spesso aggiunto come elemento di lega. La conseguenza della migliorata resistenza è la minor lavorabilità.

Ghise bianche, molto dure, resistenti all’usura e fragili perché, anziché grafite, contengono considerevoli quantità di carburi.  Sono dette anche “ferro bianco” perché l’assenza di grafite dà alla superficie di frattura un aspetto bianco. Sono abrasive e difficili da lavorare.

Ghise malleabili ottenute per ricottura della ghisa bianca, che porta alla formazione di agglomerati di grafite morfologicamente irregolari. La struttura delle ghise malleabili garantisce duttilità, resistenza meccanica, resistenza agli urti, da cui deriva il nome malleabile.  Questo materiale, messo a punto nel tempo dai metallurgisti, abbina tutte le proprietà tecnicamente più interessanti della Ghisa (fluidità, colabilità e lavorabilità all’utensile) con elevate caratteristiche meccaniche. La lavorabilità è eccellente; le strutture perlitiche sono maggiormente soggette ad usura per abrasione mentre le strutture ferritiche sono soggette ad usura per adesione.

Ghise Sferoidali con grafite che si presenta sotto forma nodulare, a seguito di aggiunte di Magnesio e/o Cerio al metallo fuso, prima che sia colato. Sono nate dopo la Seconda Guerra Mondiale, e, a seconda della perfezione dei noduli, possono essere denominate Ghise nodulari o Ghise sferoidali. È ritenuto un materiale estremamente interessante, in quanto le sue caratteristiche offrono vaste possibilità di impiego. Tipica di queste ghise è la duttilità, proprietà quasi sconosciuta alle ghise normali. La punto di vista della lavorabilità, si ha una forte tendenza a formare tagliente di riporto, tendenza più evidente nelle ghise meno dure, con tenore di ferrite elevato. Lavorazione di manufatti con tenore di ferrite elevato ed a taglio interrotto spesso si verifica usura per adesione, con conseguenti eventuali problemi di sfaldamento del rivestimento. Il problema della adesione è meno sentito nelle ghise perlitiche, dove prevale l’abrasione e/o la deformazione plastica.

Le Ghise Legate sono prodotte per soddisfare esigenze particolari, quali la resistenza alla corrosione, all’attacco chimico e al calore.

Ghise particolari….
Particolarmente interessanti sono le Ghise a grafite compatta (CGI) e le Ghise Nodulari Austemperate (ADI).

In particolare, la ghisa a grafite compatta ha flocculi di grafite corti, spessi, con bordi arrotondati e connessi tra loro; coniuga resistenza, riduzione di peso e buona lavorabilità all’utensile, presentando una  resistenza a fatica  doppia rispetto quella della ghisa grigia. Applicazione tipica della CGI  sono i blocchi motore e tutti quei componenti  che richiedono materiali resistenti e leggeri, che lavorano ad alte temperature e richiedono resistenza a fatica termica. Per quanto riguarda la lavorabilità, la ghisa a grafite compatta ha caratteristiche intermedie fra la ghisa grigia e quella nodulare. Rispetto alla ghisa grigia, avendo resistenza trazione più che doppia e minor conducibilità termica, la CGI genera forze di taglio più alte e sviluppo di maggior calore nell’area di taglio. L’aumento del tenore di Titanio in lega porta alla diminuzione della durata del tagliente. La ghisa duttile austemperata è l’ultima nata fra le ghise duttili ed è prodotta a seguito del trattamento termico di austempering (tempra bainitica)delle ghise duttili convenzionali. Ha eccellenti caratteristiche di resistenza, tenacità e resistenza a fatica. L’ADI ha una maggiore resistenza per unità di peso rispetto all’Al, con una resistenza all0usura paragonabile a quella dell’acciaio, Resistenza a trazione e snervamento sono doppi rispetto ala ghisa duttile convenzionale, mentre la resistenza a fatica è maggiore del 50%. È utilizzata con successo nel settore automotive e nell’industria della produzione di energia. Per quanto riguarda la lavorabilità, la durata del tagliente può decadere del 40-50% rispetto alla ghisa modulare. Gli elevati carichi termici e meccanici, dovuti all’elevata resistenza determinano una concentrazione dell’usura in prossimità del tagliente, a causa della formazione di trucioli segmentati, e usura sull’angolo di spoglia superiore. La temperatura raggiunta dal tagliente ne influenza fortemente l’usura. Le forze di taglio dinamiche sono elevate a causa dell’incrudimento che si verifica durante la formazione del truciolo.

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