GHISA

GHISA (XVI, p. 921; App. I, p. 667)

La formazione di grafite è facilitata notevolmente da elementi cosidetti grafitizzanti fra i quali il più importante, com'è noto, è il silicio. Nella tabella è indicato il potere grafitizzante e l'influenza dei varî elementi sulla profondità di tempra della ghisa prendendo come unità di potere grafitizzante l'azione del silicio.

Il diagramma di Maurer col quale si possono prevedere struttura e caratteristiche meccaniche della ghisa conoscendo il tenore in carbonio e silicio è superato in relazione all'attuale necessità della tecnica poiché esso si applica solamente ad un unico spessore del pezzo e ad un determinato andamento del raffreddamento. Altri autori hanno perciò cercato di aggiornare questo diagramma; fra questi, H. Laplanche ha costruito il diagramma (vedi fig.1), che meglio si adatta alle condizioni della pratica odierna di fonderia.

In questo diagramma tutti i tipi di ghisa sono determinati secondo due coefficienti: K e Sc (o grado di saturazione, considerando sature le ghise eutettiche, che dallo stato fuso solidificherebbero improvvisamente al punto C′). Sc è determinato dalla posizione desiderata della lega che si vuol fondere in rapporto all'eutettico E′ = 4,30 − 0,3. Si % (cioè ghisa ipoeutettica o ipereutettica). Il coefficiente K è determinato dalla struttura desiderata (bianca, trotata, interamente perlitica, perlitico-ferritica o interamente ferritica). L'intersezione fra le linee Sc e la curva K indica i tenori di carbonio e di silicio che debbono essere adottati per ottenere la struttura desiderata.

La struttura della ghisa viene influenzata dalla temperatura di colata, dalla velocità di raffreddamento e dalla presenza di elementi speciali i quali agiscono modificando sia la dimensione e la forma delle lamelle di grafite, sia la struttura della matrice di fondo esercitando su di essa un'azione analoga a quella che gli stessi elementi esercitano sulla struttura dell'acciaio nel caso degli acciai speciali. L'affinazione della grafite si può ottenere surriscaldando la ghisa in forni elettrici ad arco o ad induzione. In questi ultimi anni si è dato particolare importanza, per ottenere l'affinazione della struttura della ghisa, all'aggiunta di leghe grafitizzanti del gruppo Si-Ca-Ti, oppure Si-Ni, o carburo di silicio, le quali provocano la formazione di numerosi nuclei di grafite nel metallo fuso; questi vengono a costituire altrettanti punti di origine di lamelle di grafite di estensione assai limitata distribuite uniformemente. L'aggiunta di queste leghe diminuisce la tendenza alla formazione di ghisa bianca anche nelle zone soggette a rapido raffreddamento favorendo una più completa uniformità della struttura.

Mediante aggiunta di elementi speciali si agisce invece più profondamente sull'affinazione e sull'ottenimento di una maggiore compattezza della matrice di fondo, influendo quindi maggiormente sulla modificazione delle caratteristiche meccaniche della ghisa.

I diagrammi della pag. seg. rappresentano il modo in cui variano le caratteristiche meccaniche della ghisa (durezza H_d, resistenza alla trazione R_tn, resistenza alla flessione R_f, resistenza al taglio R, usura U_s, urto ripetuto U_z, resilienza K) mediante aggiunta di elementi speciali quali molibdeno (fig. 2), nichelio (fig. 3), rame (fig. 4), e cromo (fig. 5). Dai diagrammi appare particolarmente rilevante l'azione del rame come elemento di lega soprattutto per il grande aumento di resistenza agli urti ripetuti, cioè alla fatica, che la sua presenza in adatte percentuali porta nella ghisa. Di ghisa al rame, fusa, è stato possibile costruire pezzi particolari, come ad esempio gli alberi a manovella per motori a scoppio, che prima venivano fabbricati in acciaio forgiato.

Ghisa malleabile. - La fabbricazione della ghisa malleabile ha avuto un notevole sviluppo sotto la spinta delle necessità di guerra; il miglioramento nella fusione della ghisa bianca destinata a getti di ghisa malleabile è stato raggiunto con l'adozione del processo Duplex, cioè con la fusione al cubilotto della ghisa, seguita da un surriscaldamento in forno a riverbero od in forni elettrici ad arco o ad induzione, ottenendo in tal modo un'affinazione della struttura con accrescimento dell'uniformità dei getti.

Si è inoltre orientata la fabbricazione verso tipi di ghisa a tenore di carbonio più basso ottenendo con ciò un miglioramento nelle proprietà meccaniche della malleabile e di conseguenza la possibilità di impiego dei getti in un più vasto campo di applicazioni, ciò che ha consentito di usare le fusioni in ghisa malleabile non solo per piccoli pezzi, come per il passato, ma anche per grossi getti fino al peso di circa 200 kg., con spessore superiore anche ai 100 mm.

L'orientamento attuale nella preparazione di ghisa malleabile è per composizioni a più basso tenore di carbonio ed a più alto tenore di silicio di quanto si usava in passato, ciò che consente di diminuire notevolmente il tempo di ricottura per la malleabilizzazione. Una analisi tipica si aggira all'incirca sul 2,4% di carbonio ed 1,4% di silicio, diminuendo con ciò il tempo di ricottura a 25-30 ore.

È stata inoltre studiata l'influenza dell'aggiunta di particolari elementi per migliorare la struttura della ghisa malleabile, ad esempio del tellurio e di varî altri agenti stabilizzatori dei carburi nelle fusioni di grandi dimensioni; in una ghisa per questo genere di lavoro, avente 2,25% di carbonio ed1,15% di silicio, è prescritta l'aggiunta di 1 gr. di tellurio ogni 500 kg. circa.

È stata consigliata anche l'aggiunta di boro alla ghisa malleabile per la sua azione contraria agli elementi formanti carburo, come ad esempio il cromo, ed è stato determinato che circa il 0,001% di boro neutralizza, approssimativamente, il 0,10% di cromo.

L'influenza dell'idrogeno sulla grafitizzazione della ghisa malleabile consiste nell'accrescere il numero degli agenti di segregazione del carbonio che così si separa in fiocchetti molto più numerosi, più uniformemente distribuiti e più fini.

Altri miglioramenti nell'industria della ghisa malleabile derivano dall'adozione di forni di ricottura ad atmosfera controllata, riscaldati mediante elettrodi radianti, con i quali è possibile accorciare notevolmente il tempo di ricottura eliminando il vecchio sistema della ricottura in casse ed ottenendo un'uniformità molto maggiore.

Uno speciale tipo di ghisa attualmente sviluppato è la ghisa malleabile perlitica; in molti casi si richiede però al getto di ghisa malleabile la massima resistenza all'usura e la massima indeformabilità, ciò che si può ottenere con un materiale a struttura mista perlitico-ferritica, fabbricato partendo da una ghisa che prima della ricottura è ancora a frattura bianca ma al limite di passaggio al grigio.

I getti vengono riscaldati rapidamente ad una temperatura superiore al punto critico Ac₁ (8000 circa) e mantenuti poi a 900° per un periodo di 16 a 25 ore; successivamente i getti vengono lasciati raffreddare nel forno stesso fino a 550° con velocità di raffreddamento massima di 6° per ora, estraendoli poi e lasciandoli raffreddare all'aria.

Questa ghisa a seconda del tempo di ricottura e del sistema di raffreddamento può raggiungere una resistenza alla trazione di 65-85 kg./mmq. con un allungamento del 2 ÷ 3% o di 45 ÷ 55 kg./mmq. con un allungamento notevolmente maggiore. Generalmente per questi pezzi si parte da una ghisa con C = 2,20 ÷ 2,50%; Si = o,8 ÷ 1%.

Si può fare rientrare nella categoria della ghisa malleabile un tipo di acciaio per fusioni ad alto tenore di carbonio ed alto tenore di silicio largamente prodotto dalla Ford: esso, dopo un opportuno trattamento, assume una struttura a fini globuletti di perlite coalezzata annegati in una matrice costituita da ferrite e da piccoli fiocchi di carbonio di ricottura; questa nuova lega ha trovato un larghissimo campo di applicazione a seguito delle sue eccellenti proprietà fisiche.

Bibl.: H. Laplanche, in Metal Progress, LII, 1947.