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FUSIONE
Obiettivo: dare al metallo una determinata forma partendo dallo stato liquido.
Colata
Operazione con la quale il metallo liquido viene versato nella forma della cavità relativa e si solidifica.
Al termine della solidificazione, esso viene estratto dalla forma (che può essere o meno a perdere, ovvero viene distrutta) fornendo così un getto (grezzo) avente la forma della cavità riempita con il metallo fuso.
I pezzi che possono essere prodotti attraverso tecniche di fonderie possono essere diversi: motori, manufatti di diverse dimensioni, componenti ad uso navale...
Fattori più importanti nei processi di fonderia
- Flusso del metallo fuso all'interno della cavità della forma.
- Solidificazione del metallo allo stato fuso con conseguente ritiro volumetrico (si generano dei difetti che bisogna evitare; alcuni elementi, se presenti, verranno rimossi).
- Lo scambio termico durante la solidificazione e raffreddamento del metallo nella forma: ciò influenza direttamente le proprietà meccaniche del pezzo.
- Il materiale della forma e la sua influenza sul processo di fonderia: i materiali determinano gli scambi termici e la tipologia di solidificazione.
Solidificazione dei Metalli
- Metalli Puri
I metalli puri presentano un punto di fusione e di solidificazione ben preciso.
All'inizio si ha un abbassamento di temperatura.
In una seconda fase, il metallo passa da liquido a solido secondo una trasformazione isoterma tra stato liquido e solido.
A fine solidificazione si avrà un abbassamento di temperatura che proseguirà fino a temperatura ambiente.
- Le Leghe
I metalli puri non sono molto utilizzati a causa delle basse caratteristiche meccaniche. Si fa uso di leghe che solidificano in un intervallo di temperatura.
Caso particolare di curva lega binaria.
Quando la temperatura dello stato liquido del metallo fuso scende al di sotto della temperatura di liquidus, inizia la solidificazione che termina nel momento in cui si giunge alla curva di solidus.
...la solidificazione non avviene lungo un fronte piano ma secondo un fronte in cui si vanno a sviluppare i dendriti. La distanza tra i rami secondari si può misurare e c'è un legame tra tale dimensione e le caratteristiche meccaniche del manufatto al termine della solidificazione.
Def. INTERVALLO DI SOLIDIFICAZIONE: TL - TS.
Se TL - TS < 50°C : INTERVALLO BREVE,
Se TL - TS > 100°C : INTERVALLO LUNGO, 110°C.
I fusi ferrosi sono generalmente caratterizzati da intervalli di solidificazione relativamente brevi, mentre le leghe di alluminio e di magnesio sono generalmente caratterizzate da intervalli di solidificazione lunghi.
Queste ultime possono essere colate attraverso un meccanismo di COLATA SEMI-SOLIDA.
EFFETTO DELLA VELOCITÀ DI RAFFREDDAMENTO SULLA SOLIDIFICAZIONE DEL GETTO STESSO.
Posso identificare alcuni intervalli. Le velocità di raffreddamento sono basse quando per ordini di 10 K/s ne conseguivano lunghi tempi di solidificazione le strutture dendritiche molto estese e prossolente.
Ciò influenza negativamente le caratteristiche meccaniche del getto. Migliorabili se viene fatto successivamente un trattamento termico.
Durante la fase di solidificazione del getto, si ha un'estensione della dendriti fino a toccarsi le une con le altre sino al termine della solidificazione.
LA SOLIDIFICAZIONE DEI GETTI
Per identificare la direzione lungo la quale avviene il raffreddamento o indirizzo questo lungo una determinata direzione si fanno dei calcoli di prima approssimazione.
Chvorinov dimostrò che esiste un rapporto tra il volume del getto e la superficie del getto, in particolare quella lungo cui avviene lo scambio termico.
Modo di raffreddamento:
Che implica rilento sul tempo di solidificazione.
Maggiore M -> Maggiore tempo di solidificazione del getto.
M può essere calcolato in modo approssimato per una piastra di grandi dimensioni, dimensioni della piastra >> della dimensione dello spessore.
Considendo un elemento infinitesimo in cui:
Le dimensioni del cubo sia pari a quello dello spessore della piastra,
Considero come superficie disperdente solo quella superiore e inferiore, trascurando gli effetti di bordo.
1
L'immersione i raffreddatori,
si determina opportunamente il
raffreddamento, velocizzando
l'estrazione del calore dalla zona centrale e ciò permette
di avere tale zona già solido ( la quale prima era
cristallo ) e poi progressivamente portando a solidificare i volumi
RAFFREDDATORI
- interni
- esterni
Nel caso di forme in sabbia purevolmente sono
utilizzati e aumentano lo scarico termico
in quella zona. Nel caso di forme metalliche sono
leggermente metallo e ma con minore capacità di
assorbire calore
Si otterranno la solidificazione verso
le
materiali!
Se volessi raggiungere un'area eccessivamente grande senza
l'utilizzo di raffreddatori, ad un certo punto si ha
in certe zone una solidificazione e la zona e
delle non potrà più ricevere metallo fuso dalla materiale
b Non si formerà il cono di ritiro nel mezze, ma
la zona tagliata fuori , raffreddandosi e
con le conseguenze, genererà delle poroosità,
Difetti
- Sono dei vuoti all'inverso del pieno e ciò è a
- discapito delle proprietà meccaniche del materiale.
Per favorire la rimozione delle materozze, queste solitamente vengono poste su superfici piane!
Esistono anche elementi che permettono la coibentazione del colatoio.
Il sistema di colata
Insieme di canalizzazioni che permettono di riempire la forma attraverso la lega.
Requisiti
- La forma deve essere riempita rapidamente prima che in qualche parte inizi la solidificazione;
- Bisogna evitare, all'interno del canale stesso, forti turbolenze e velocità della corrente fluida, che potrebbero provocare erosioni della forma e trascinamento d'aria all'interno;
- Occorre impiegare un filtro per evitare che impurità penetrino all'interno delle forme
- Filtro all'interno del canale.
- Bisogna evitare che le scorze penetrino all'interno del getto.
- Derivanti dal bacino di colata - Applico i filtri.
- O dal crogiolo di colata.
Posizione Dopo il Bacino di colata
dei filtri Al termine del canale di colata.
I filtri sono ceramici e servono per bloccare particelle di dimensioni diverse.
Tipologie di sistemi di colata
Le tecniche di fusione possono essere in:
- Forma transitoria
- Forma permanente
Transitorio: la forma, all'interno della quale viene fuso il pezzo, viene utilizzata una volta e poi distrutta a fine colata/solidificazione.
Permanente: la forma viene riutilizzata per colate successive.
- Della tipologia 1 posso avere:
- Fonderia in terra
- Fusione a cera persa
- Policast
- Della tipologia 2 posso avere:
- Colata in gravità
- Pressocolata
- Colata centrifuga
- Colata continua
Nella fonderia in terra, la terra deve essere rinfruzzolata, e quindi trattata nuovamente per usi successivi.
Tecnica di Fonderia in terra
Tale tecnica prevede come materiale di formatura la terra da fonderia ricavata da giacimenti reperibili in natura, costituita da silice granulare, da argilla che rappresenta l'elemento legante capace di dare coesione alla forma. Costituenti tipici della formatura transitoria sono anche gli additivi, che hanno la funzione di correggere alcune caratteristiche del materiale di formatura.
I materiali di formatura devono avere le seguenti caratteristiche:
- Refrattarietà: intesa come capacità di resistere alle elevate temperature della lega fusa, senza fondere.
- Coesione: intesa come resistenza alle forze esterne, in particolare alle sollecitazioni di compressione e di taglio. Dipende del tipo di grani della silice e dalla presenza del legante.
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