Fusione di ghisa è un processo di produzione in cui una lega di ferro fuso, contenente il 2–4% di carbonio e l'1–3% di silicio, viene versata in una cavità dello stampo, tipicamente costituita da sabbia, e lasciata solidificare nella forma quasi finale del componente. Il metodo più comune utilizzato a livello mondiale è la fusione in sabbia, che rappresenta la maggior parte delle parti in ghisa prodotte a livello globale grazie al basso costo degli utensili e alla flessibilità sia per la produzione in piccoli lotti che per quella di massa. Il processo è preferito per la produzione di componenti con geometrie complesse, buona lavorabilità, elevata resistenza alla compressione ed eccellente smorzamento delle vibrazioni: proprietà che rendono la ghisa il materiale preferito per blocchi motore, raccordi per tubi, basi di macchine e alloggiamenti di pompe.
In breve: la fusione in ghisa combina un materiale a basso costo e facilmente modellabile con un processo di formatura versatile, rendendola uno dei percorsi più economici per produrre componenti metallici durevoli su larga scala.
La fusione in sabbia rimane la tecnica dominante per la produzione della ghisa perché può ospitare sia geometrie di pezzi semplici che altamente complesse a costi relativamente bassi. Il processo segue una sequenza coerente di fasi.
Un modello, solitamente in legno, metallo o resina, viene prodotto con la forma esatta della parte finale, ma leggermente sovradimensionato per tenere conto del restringimento durante il raffreddamento. La ghisa grigia si ritira tipicamente dell'1,0–1,2% durante la solidificazione e questa tolleranza deve essere incorporata nelle dimensioni del modello.
La sabbia mescolata con un legante (comunemente argilla o resina bentonitica) viene impaccata attorno al modello per formare la cavità dello stampo. Per le parti con cavità interne, come raccordi per tubi o blocchi motore, vengono realizzate anime di sabbia separate che vengono posizionate all'interno dello stampo prima della chiusura.
Il ferro viene fuso in un cubilotto o in un forno a induzione a temperature comprese tra 1.350°C e 1.450°C , quindi versato nello stampo attraverso un sistema di colata progettato per controllare la portata e ridurre al minimo la turbolenza, contribuendo a ridurre l'intrappolamento di gas e le inclusioni.
La fusione viene lasciata solidificare e raffreddare all'interno dello stampo: il tempo di raffreddamento dipende dallo spessore della parete, che varia da meno di un'ora per le sezioni sottili a diverse ore per le fusioni pesanti. Una volta raffreddato, lo stampo di sabbia viene staccato in un processo chiamato shakeout.
Cancelli, montanti e bava vengono rimossi e la superficie viene pulita tramite granigliatura. La lavorazione viene quindi applicata alle dimensioni critiche e alle superfici di accoppiamento per soddisfare le tolleranze finali.
La scelta della qualità giusta è una delle decisioni più importanti in un progetto di fusione, poiché le proprietà meccaniche variano in modo significativo tra i tipi di ghisa.
Il grado più utilizzato, caratterizzato da una struttura in grafite lamellare. La ghisa grigia offre una resistenza alla trazione compresa tra 150 e 400 MPa a seconda della classe, insieme all'eccellente lavorabilità e allo smorzamento delle vibrazioni, che lo rendono ideale per basi e alloggiamenti di macchine.
Contiene noduli di grafite sferoidale al posto delle scaglie, che gli conferiscono resistenza alla trazione e allungamento significativamente più elevati. Il ferro duttile di grado 65-45-12 offre una resistenza alla trazione minima di 65.000 psi (450MPa) con un allungamento del 12% , rendendolo adatto per tubi in pressione, alberi a gomiti e ingranaggi.
Prodotto attraverso un raffreddamento rapido che sopprime la formazione di grafite, risultando in una struttura di carburo dura e fragile. La sua estrema durezza (tipicamente 450–650 HB) lo rende adatto per applicazioni resistenti all'usura come sfere di macinazione e rivestimenti di pompe per liquami, sebbene sia difficile da lavorare.
| Grado | Resistenza alla trazione | Applicazione tipica |
|---|---|---|
| Ghisa Grigia Classe 30 | 210MPa | Basi macchina, staffe |
| Ferro duttile 65-45-12 | 450 MPa | Raccordi per tubi, alberi a gomiti |
| Ferro Bianco | 200–400MPa | Indossare rivestimenti, mezzi di macinazione |
La qualità costante nella fusione della ghisa dipende dal controllo sia del processo di fusione che del prodotto finito. Le fonderie rispettabili applicano una combinazione dei seguenti controlli.
Gli spettrometri vengono utilizzati per verificare il contenuto di carbonio, silicio, manganese e oligoelementi prima del versamento. Una deviazione di appena lo 0,2% nell’equivalente di carbonio può spostare le proprietà meccaniche abbastanza da non superare una specifica , quindi l'analisi della fusione in tempo reale è una pratica standard nelle fonderie focalizzate sulla qualità.
I metodi comuni includono:
I campioni campione fusi insieme alle parti di produzione vengono testati per verificarne la resistenza alla trazione, la durezza (in genere tramite test Brinell) e, per i componenti critici, la resistenza agli urti, garantendo che ogni lotto soddisfi i requisiti di qualità specificati.
Le macchine di misura a coordinate (CMM) o la scansione 3D verificano che le dimensioni critiche rientrino nella tolleranza, in genere entro Da ±0,5 mm a ±1,5 mm a seconda delle dimensioni della parte e del metodo di fusione, secondo standard come ISO 8062.
Comprendere i difetti tipici aiuta acquirenti e ingegneri a identificare tempestivamente i problemi di qualità e a collaborare con le fonderie per correggerne le cause alla radice.
Quando valutano una fonderia per la fusione di ghisa, gli acquirenti dovrebbero guardare oltre il prezzo e valutare la capacità e la certificazione del processo.
Le fonderie con un controllo di processo documentato in genere riportano tassi di scarto inferiori al 5% , rispetto al 10-15% o superiore presso strutture senza sistemi di qualità rigorosi: una differenza che influisce direttamente sia sui costi che sull'affidabilità della consegna.
La fusione della ghisa, in particolare mediante fusione in sabbia, rimane uno dei metodi più convenienti e versatili per produrre componenti metallici durevoli in tutti i settori. Il successo dipende dalla selezione del grado appropriato per l'applicazione, dal rispetto di un processo di fusione in sabbia controllato e dall'applicazione di un rigoroso controllo di qualità in ogni fase, dalla chimica della fusione all'ispezione dimensionale finale. Gli acquirenti che comprendono questi fondamenti sono meglio attrezzati per specificare correttamente le parti e selezionare partner di fonderia in grado di fornire fusioni coerenti e prive di difetti.
