Tecnologia meccanica pag. 63-76

PRINCIPALI LEGHE DA FONDERIA

Spesso le leghe da fonderia sono viste in contrapposizione con le leghe adatte a lavorazioni di tipo de formativo, in altre parole sono lavorazioni plastiche. Tuttavia esistono leghe che vanno bene in entrambi i casi: la tabella che vediamo ora mostra l'evoluzione delle leghe di fonderia.

Si nota che in generale c'è stata una diminuzione della produzione per tutti i materiali e si nota anche che le leghe principali sono le ghise sferoidali e le leghe di alluminio. Però è da tenere presente il fatto che anche le leghe per le deformazioni plastiche sono passate quasi tutte attraverso un processo di colata. Quelle che non sono passate per tale processo sono adatte a produrre le polveri metalliche e quelle per i rivestimenti, ma sono in percentuali bassissime.

Materiali ferrosi

Osservazione:

• Si parla di ghise quando la percentuale di carbonio è maggiore del 2%;
• Gli acciai invece hanno una percentuale di carbonio minore.

del 2%. Gli acciai non sono considerati leghe da fonderia perché hanno una temperatura di fusione abbastanza alta, per cui diventa difficoltoso produrre pezzi mediante queste tecniche. Si preferisce usare le ghise in fonderia perché sono più vicine alla composizione eutettica e la temperatura di fusione si abbassa di molto; perciò le ghise sono a tutti gli effetti leghe da fonderia. Un altro aspetto negativo degli acciai, in questo campo, è la distanza rilevante fra la curva del liquidus e quella del solidus che fa sì che le dendriti tendano ad essere molto estese, ostacolando così il movimento del metallo fuso nei condotti. Le ghise che prendiamo in considerazione sono quattro: - ghise bianche, - ghise malleabili, - ghise grigie; - ghise sferoidali. La percentuale di carbonio deve essere maggiore del 2%, ma più precisamente le ghise si distinguono fra loro in base al cosiddetto carbonio equivalente: %+ %(%). . = % + 3 Le ghise

Le ghise bianche sono caratterizzate da una quantità di carbonio equivalente minore del 3%, mentre le altre hanno una percentuale maggiore del 3%.

Si ottengono ghise bianche con un valore di carbonio equivalente (CE) abbastanza basso, minore del 3%, e un raffreddamento rapido che porta alla formazione di cementite primaria, composta da Fe C dura e fragile, che le rende poco lavorabili. Alcuni esempi di impieghi delle ghise bianche sono:

• macchine per la frantumazione di minerali
• strumenti agricoli

L'unico modo di lavorare queste ghise bianche è mediante la rettifica, cioè quel tipo di operazione in cui si usano le mole che servono a lavorare metalli duri e sono dischi ottenuti tramite un legante e particelle dure. Se sottoponiamo la ghisa bianca a una ricottura, la cementite si trasforma in grafite e la ghisa stessa risulta più lavorabile; tuttavia l'utilizzo di queste ghise resta comunque basso.

Le ghise grigie sono caratterizzate da un...

valore di CE alto e si ottengono mediante raffreddamento lento. Sonocaratterizzate dalla presenza di grafite che annulla la duttilità di questi materiali, quindi le ghise gri-gie sono leghe abbastanza fragili; hanno inoltre un basso modulo di Young e quindi bassa rigidezza.Vengono tuttavia utilizzate parecchio in fonderia, perché il loro uso semplifica il lavoro: infattiquando si realizza un prodotto con una ghisa grigia avviene una trasformazione allotropica della le-ga, ossia in fase solida cambia la struttura cristallina della lega. Ciò fa comodo alle fonderie perchéaumenta il volume specifico che permette di non prendere in considerazione la contrazione duranteil raffreddamento, perciò gli stampi si possono realizzare direttamente sulla geometria finale. Laghisa grigia è un materiale povero, poco costoso, e ha una buona capacità smorzante contro le vi-brazioni: si usano spesso nei basamenti delle macchine utensili e dei motori.Ghise

Sferoidali o globulari: sono le ghise più pregiate e sono state scoperte per caso. Aggiungendo certi elementi alla composizione della ghisa grigia, anziché presentarsi sotto forma lamellare si presentava sotto forma globulare. Le ghise sferoidali o globulari condividono molte proprietà degli acciai: sono lavorabili alle macchine utensili e possono subire trattamenti termici, per questo sono molto apprezzate.

Magnesio: il Magnesio, pur essendo leggero, ha discrete proprietà meccaniche e questa è la sua principale caratteristica. Per un certo periodo di tempo le leghe di Magnesio non furono molto utilizzate a causa della sua infiammabilità, tuttavia di recente sono state messe a punto delle leghe che riducono questo problema e di conseguenza oggi vengono usate in misura maggiore. Il Magnesio ha una discreta resistenza alla corrosione, fluisce bene e l'ossido non dà grossi problemi; la temperatura di fusione abbastanza bassa, 649°C, fa si.

che le leghe di magnesio possano essere prodotte con tutti i tipi di colata. Il suo principale aspetto negativo è il costo. Alluminio Insieme alla ghisa sferoidale e al magnesio è uno dei materiali con il maggior sviluppo nell'ambito della fonderia. Ha un'ottima resistenza alla corrosione in ambiente acido, in ambiente basico invece invecchia. Non ha ottime caratteristiche meccaniche, ma si possono migliorare in modo sostanziale mediante soluzioni solide e mediante l'indurimento per precipitazione, cioè con particelle di piccole dimensioni all'interno della matrice. Quando è ricavato dal minerale, costa molto ma in alternativa lo si può ricavare dal riciclaggio e in questo caso costa circa 10 volte meno. Una caratteristica fortemente negativa è il suo ossido, la allumina (Al₂O₃), molto resistente e denso, fa aumentare di molto la viscosità del flusso e la tensione superficiale. La capacità di colata dell'alluminio.

miglioraparecchio aggiungendo silicio che, con l'alluminio, realizza un eutettico che consente di abbassa-re abbastanza la temperatura di fusione portandola infatti da 660°C a 577°C e ciò è apprezzatodalle aziende perché riduce i costi. Tuttavia l'aggiunta del silicio rende le leghe di alluminio molto fragili. Le leghe di alluminio danno luogo a dendriti abbastanza sviluppate che ostacolano la colabi-lità, a questo si rimedia mediante tecniche di colata in cui si sfrutta la pressione per rompere le den-driti; i loro frammenti agiscono come nucleanti per dar luogo cristalli di piccole dimensioni. Perciò quando si colano leghe di alluminio a forte pressione, si riesce a dar luogo a grani cristallini di pic-cole dimensioni.

Rame

Il rame è caratterizzato da temperatura di fusione decisamente più alta rispetto al magnesio e l'allu-minio. Essa perciò comincia a dare problemi nei processi di fusione, infatti con il

Non possiamo più usare stampi in acciaio perché questo non è in grado di sopportare determinate temperature senza deformarsi e per questo motivo per gli stampi, in questi casi, si usano materiali più alti fondenti rispetto all'acciaio. Poche leghe di rame danno luogo ad eutettici, perciò se cerchiamo di abbassare la temperatura di fusione usando eutettici facciamo fatica. Le principali leghe a base di rame sono:

• bronzi, usati per le campane;
• ottoni, usati in grande quantità per maniglie, condotti idraulici eccetera. Hanno un limitato intervallo di solidificazione, che è un aspetto positivo, ossia la coesistenza fra la fase liquida e quella solida è limitata ad un piccolo intervallo di temperatura ed eventualmente si può aggiungere del piombo per migliorare la contabilità.

Berillio

Materiale poco conosciuto, ha caratteristiche interessanti: è leggero quasi come il magnesio ma ha caratteristiche

meccaniche maggiori. È caratterizzato da alta rigidezza ma l'utilizzo è limitato perché è un materiale molto costoso; il berillio principalmente si usa nel settore aerospaziale.

Leghe a base di nichel e di cobalto

La temperatura di fusione è molto alta, più di 1400°C, queste leghe sono speciali e molto pregiate, definite con il termine di superleghe perché mantengono una grande resistenza meccanica anche ad alte temperature.

Titanio

Il titanio ha diverse caratteristiche:

• peso limitato,
• resistenza alle alte temperature,
• resistenza alla corrosione,
• alta affinità con l'ossigeno, perciò si ossida velocemente;
• bassa colabilità, infatti per colarlo si usano tecniche particolari come la colata sottovuoto per ridurre il contatto con l'ossigeno.

Tabella riassuntiva

Osservazione

Al di fuori della tabella ci sono i materiali refrattari che fondono a temperature superiori ai 2400°C. Realizzare

Stampare per queste temperature è chiaramente molto difficile: si usano anche in questi casi tecniche di colata particolari come il sottovuoto o il fascio elettronico, ossia un fascio ad alta energia formato da elettroni che può essere orientato in modo molto preciso tramite magneti verso il materiale. Con il fascio elettronico possiamo concentrare una forte fonte di energia che causa anche la fusione dei materiali refrattari.

CLASSIFICAZIONE DELLE TECNICHE DI COLATA

Le tecniche di colata si suddividono in due categorie:

• Tecniche di colata con stampi a perdere: in ogni prodotto uso uno stampo diverso, cioè in uno stampo verso il metallo fuso, aspetto che solidifichi, rompo lo stampo ed estraggo il prodotto. La procedura appena descritta avviene per ogni singolo prodotto.
• Tecniche di colata con stampo permanente: quando versiamo il metallo fuso nello stampo, aspettiamo che acquisisca una certa consistenza, apriamo i due stampi e tiriamo fuori il prodotto, poi...

li richiudiamo e ripetiamo le stesse operazioni.

Un'altra possibilità di classificazione fa riferimento alle finalità della colata stessa:

1. Produrre un pezzo di forma semplice che subirà delle altre lavorazioni secondarie, perciò la prima finalità è quella di fare una lavorazione primaria del manufatto. In questo caso i prodotti sono chiamati lingotti, bramme, blumi, billette.
2. Produrre dei lingotti da rifusione, ossia lingotti che vengono fusi nuovamente in fonderia. Ciò viene fatto perché, per produrre oggetti complicati, spesso bisogna partire da materiali di composizione nota e complicata. Per questo ci sono delle fonderie che garantiscono la composizione dei materiali che vendono. Queste aziende producono i lingotti da rifusione. Dopo di che l'azienda che compra questi lingotti, li rifonderà per ottenere i nuovi getti. I lingotti da rifusione perciò costituiscono una fase intermedia fra la prima