Lavorare la ghisa

Colata di ghisa

Le ghise sono materiali duri, poco resistenti a trazione e a flessione, con una buona resistenza a compressione e a corrosione, oltre che all’usura; hanno un’ottima colabilità che permette la realizzazione di pezzi morfologicamente anche molto complessi. La lavorabilità all’utensile è buona, grazie alla presenza della grafite che funge da lubrificante, anche se possono presentarsi seri problemi di usura abrasiva sull’utensile. E’ spesso consigliata una lavorazione a secco, senza fluido da taglio, in modo da ridurre al minimo i problemi legati alla microfessurazione termica.

 La produzione e i parametri di influenza
Generalmente prodotta in altoforno per riduzione dei minerali di ferro (ghisa di prima fusione), la ghisa è destinata, per circa il 90%, a subire successivi trattamenti di affinazione per  la produzione di diversi tipi di  acciaio; la restante parte, subisce una seconda fusione (ghisa di seconda fusione) nei cubilotti, particolari forni impiegati esclusivamente per la fusione della ghisa. Qui vengono caricati essenzialmente pani di ghisa di prima fusione e  rottami di ghisa e acciaio, a cui si aggiungono gli elementi desiderati in lega, in modo da ottenere il tipo di ghisa desiderato. A pari tenore di Carbonio, la struttura di una ghisa varia al variare degli elementi in lega e della velocità di raffreddamento, con una ricaduta su microstruttura, lavorabilità e caratteristiche meccaniche. Molto diffuso è il Diagramma di Maurer che permette di stabilire, in via approssimata, la struttura e le conseguenti caratteristiche meccaniche, in funzione degli elementi in lega e delle velocità di raffreddamento.  Vengono denominate Ghise grigie  quelle ghise perlitiche e ferritiche che, dopo frattura, presentano una superficie grigia, a causa della presenza di grafite; sono dette Ghise bianche quelle dove il Carbonio, presente sottoforma di cementite, lascia bianca la superficie dopo frattura.

La lavorabilità
La lavorabilità delle ghise è fortemente legata ai costituenti base. La matrice Ferritica  è facile da lavorare, ha bassa resistenza ed una durezza inferiore a 150HB; se lavorata con velocità di taglio basse, si può verificare la tendenza all’incollamento con creazione di taglienti di riporto. La matrice Ferritico-perlirica presenta resistenza e durezza variabili secondo un range considerevole (da basse a alte), mentre la Perlitica ha resistenza e durezza che dipendono dalla qualità delle lamelle di grafite: più le lamelle sono fini, più la ghisa è dura e resistente. Grazie alle proprietà del truciolo, la maggior parte delle ghise è facilmente lavorabile. Il truciolo è corto proprio per la presenza di grafite che, oltre a renderne più facile la rottura, migliora la lubrificazione. Tipica della lavorazione delle ghise è l’usura abrasiva sull’utensile, specie lavorando ghise con inclusioni di sabbia e ad elevata velocità, per cui, per incrementare la vita dell’utensile, si ricorre facilmente ai rivestimenti. Spesso le ghise vengono lavorate con inserti negativi, che hanno taglienti tenaci e garantiscono condizioni applicative sicure. La maggior parte delle applicazioni consente la lavorazione a secco e MQL; la scelta di lavorazioni con lubrorefrigerante è spesso adottata per ridurre al minimo la contaminazione delle polveri, dovuta al Carbonio e al Ferro. In questo caso si pone il problema del filtraggio. Infatti le polveri tendono ad ostruire velocemente i filtri per cui vanno previsti frequenti fermi macchina per pulizia della vasca e sostituzione del fluido.  Attualmente c’è una forte attenzione verso sistemi di filtraggio più sofisticati dei tradizionali, che, a seconda della filosofia adottata, garantiscono gradi di pulizia diversi.

CURIOSITÀ
Quanto influisce la durezza?

Che si tratti di ghisa o di altro materiale, l’influenza della durezza sulla lavorabilità non cambia. Ciò che realmente è importante è che le ghise presentano valori di durezza anche molto differenti e, di conseguenza, richiedono attenzioni diverse. La ghisa Nodulare austemperata  e la ghisa a Grafite Compatta possono avere durezze massime di 300÷400 HB, mentre le ghise malleabili o le ghise grigie presentano valori medi di 200÷250 HB. La ghisa bianca può avere durezze anche superiori a 500 HB con tempi di raffreddamento rapidi e Carbonio presente sottoforma di Cementite.

Qual é il problema del lavorare la ghisa?
Nella lavorazione della ghisa il vero problema non è il truciolo, ma le polveri che si generano e le microscaglie di vernice. Le polveri sono polveri di grafite che vanno a intasare i filtri ed a depositarsi in vasca in strati con spessori anche significativi.  Il problema che si pone è la pulizia di vasca e filtri, cercando di allungare il più possibile gli intervalli di pulizia, senza naturalmente arrivare al decadimento del fluido, situazione che comprometterebbe la riuscita della lavorazione . Infatti, al di là del costo del filtro e del fluido nuovo, i veri costi sono il fermo macchina, il personale addetto alla pulizia e la gestione degli esausti, che vanno adeguatamente compattati e smaltiti in accordo con le norme ISO14000.

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