Scegliere il giusto fusione di ghisa duttile il voto si riduce a un compromesso centrale: duttilità rispetto alla resistenza . Se la tua parte deve assobire l'impatto, flettersi sotto carico o essere lavorata facilmente, scegli una qualità a bassa resistenza e ad alto allungamento come 60-40-18 . Se la tua parte deve resistere a carichi statici pesanti e all'usura con meno preoccupazioni per i carichi d'urto, scegli un grado di resistenza più elevato come 100-70-03 or 120-90-02 . Per la maggior parte delle applicazioni di ingegneria generale, quelle che tradizionalmente utilizzano acciaio dolce, 65-45-12 è il punto di partenza predefinito.
La selezione del grado secondo ASTM A536 è regolata da un sistema di denominazione a tre numeri: resistenza alla trazione (ksi), resistenza allo snervamento (ksi) e allungamento percentuale. Comprendere cosa significa ciascuno di questi numeri per la tua specifica applicazione è la chiave per evitare sia la sovraccarica (pagare per la forza che non ti serve) sia la sotto-ingegneria (specificando un grado che fallirà in servizio).
ASTM A536 è la specifica standard americana per i getti di ghisa duttile e definisce ciascun grado utilizzando un numero in tre parti: resistenza alla trazione minima (in migliaia di psi), resistenza allo snervamento minima (in migliaia di psi) e percentuale minima di allungamento. Ad esempio, il grado 65-45-12 indica una resistenza alla trazione di 65 ksi (448 MPa), una resistenza allo snervamento di 45 ksi (310 MPa) e un allungamento del 12%.
Ciò che fa sì che la ghisa duttile si comporti in modo così diverso dalla normale ghisa grigia è la sua microstruttura. La caratteristica distintiva della ghisa duttile secondo ASTM A536 è una microstruttura di grafite sferoidale, ottenuta aggiungendo magnesio o cerio durante la fusione. Questa forma rotonda e nodulare della grafite, piuttosto che la grafite a scaglie affilate che si trova nella ghisa grigia, riduce al minimo la concentrazione di stress e l'innesco di crepe, che è ciò che conferisce alla ghisa duttile la sua omonima duttilità e resistenza agli urti.
ASTM A536 definisce una famiglia di gradi standard, ciascuno dei quali bilancia resistenza e duttilità in modo diverso.
| Grado | Resistenza alla trazione (min) | Limite di snervamento (min) | Allungamento (min) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60.000 psi (414 MPa) | 40.000 psi (276 MPa) | 18% |
| 65-45-12 | 65.000 psi (448 MPa) | 45.000 psi (310 MPa) | 12% |
| 80-55-06 | 80.000 psi (552 MPa) | 55.000 psi (379 MPa) | 6,0% |
| 100-70-03 | 100.000 psi (689 MPa) | 70.000 psi (483 MPa) | 3,0% |
| 120-90-02 | 120.000 psi (827 MPa) | 90.000 psi (621 MPa) | 2,0% |
Esiste anche un gruppo secondario di qualità per applicazioni speciali – 60-42-10, 70-50-05 e 80-60-03 – che offrono equilibri resistenza-duttilità leggermente diversi per progetti con requisiti più specifici rispetto a quelli coperti dalle qualità standard.
Il grado 60-40-18 possiede la massima duttilità, eccellente lavorabilità e tenacità a bassa temperatura, grazie alla sua matrice completamente ferritica, che produce allungamento elevato e resilienza agli urti. Questo grado normalmente richiede una ricottura ferritizzante completa per ottenere le sue proprietà. È la scelta naturale per le parti soggette a carichi d'urto, servizio a bassa temperatura o dove la lavorabilità è una priorità rispetto alla resistenza grezza.
ASTM A536 Grado 65-45-12 è il cavallo di battaglia della famiglia della ghisa duttile e la lega che la maggior parte dei progettisti seleziona quando converte una fabbricazione di acciaio dolce in una fusione di ghisa duttile, poiché la sua resistenza alla trazione e allo snervamento sono molto vicine a quelle dell'acciaio dolce. Questo grado può in genere essere utilizzato tal quale, senza trattamento termico aggiuntivo, il che aiuta a controllare i costi di produzione.
Se un'applicazione richiede duttilità e resistenza agli urti moderate abbinate a una resistenza più elevata, il grado 80-55-06 è un ottimo candidato. Come il 65-45-12, può generalmente essere fornito tal quale, offrendo un'utile via di mezzo tra i gradi inferiori duttili e i gradi ad alta resistenza più duri e meno tolleranti.
I gradi ad alta resistenza come 100-70-03 si basano su una matrice prevalentemente perlitica per fornire robustezza e resistenza all'usura, al costo di un allungamento ridotto. Il grado 120-90-02 possiede una robustezza e una resistenza all'usura molto elevate, sebbene non così resistenti all'usura come i ferri bianchi al cromo specializzati. Questi gradi di livello superiore richiedono generalmente un trattamento termico di tempra e rinvenimento, normalizzazione e rinvenimento o isotermico per raggiungere le proprietà specificate e sono più adatti a componenti fortemente caricati in cui la duttilità è una preoccupazione secondaria.
I requisiti del trattamento termico variano in modo significativo all'interno della famiglia di qualità e influiscono direttamente sui tempi e sui costi di produzione.
| Grado | Trattamento termico richiesto |
|---|---|
| 60-40-18 | Ricottura ferritizzante completa |
| 65-45-12 | Come fuso (nessun trattamento richiesto) |
| 80-55-06 | Come fuso (nessun trattamento richiesto) |
| 100-70-03 | Disseta e tempera, normalizza e tempera o trattamento isotermico |
| 120-90-02 | Disseta e tempera, normalizza e tempera o trattamento isotermico |
La scelta di una qualità as-cast come 65-45-12 o 80-55-06 rispetto a una qualità trattata termicamente come 100-70-03 può ridurre significativamente sia i costi che i tempi di consegna: vale la pena tenerne conto se l'applicazione non richiede strettamente le prestazioni della qualità con resistenza più elevata.
Le proprietà di impatto della ghisa duttile dipendono dalla microstruttura e i gradi standard ASTM A536 non specificano i requisiti di impatto per impostazione predefinita: i test di impatto seguono lo standard ISO 1083 separato quando richiesto per la progettazione ingegneristica. Per applicazioni a bassa temperatura o ad alto impatto, vale la pena richiedere specificamente un grado completamente ferritico con allungamento maggiore, poiché un contenuto inferiore di perlite nella microstruttura (generalmente inferiore al 15%) è ciò che consente al materiale di soddisfare criteri di impatto rigorosi, come 12 Joule a -20°C.
Se la tua applicazione prevede climi freddi, carichi d'urto o resistenza agli urti critica per la sicurezza, segnala questo requisito esplicitamente alla tua fonderia anziché dare per scontato che una designazione di grado standard lo copra automaticamente.
Prima di finalizzare una qualità, è opportuno verificare in primo luogo che la ghisa sferoidale sia la famiglia di materiali giusta. La ghisa duttile offre un eccellente equilibrio tra resistenza, duttilità, costo e colabilità, rendendola particolarmente adatta ai componenti strutturali e dinamici. In confronto, la ghisa grigia è più economica ma fragile e non adatta ad applicazioni dinamiche o soggette a carichi d’urto, mentre l’acciaio al carbonio fornisce maggiore resistenza e saldabilità ma è più difficile da fondere e più costoso da lavorare.
La ghisa sferoidale presenta inoltre eccellenti caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni e dell'acustica grazie alla sua microstruttura in grafite, spesso surclassando l'acciaio nelle applicazioni dinamiche: una considerazione importante per componenti come scatole del cambio, volani e alloggiamenti di macchinari in cui il controllo delle vibrazioni è importante tanto quanto la resistenza grezza.
Applicazioni tipiche per macchinari per campate in ghisa sferoidale ASTM A536, valvole, camion, componenti ferroviari, riduttori e volani: un riflesso dell'ampiezza con cui questa famiglia di qualità si adatta a tutti i settori. Scegliere la qualità fin dall'inizio fa la differenza tra un componente che funziona in modo affidabile per tutta la sua durata di servizio e uno che si guasta prematuramente sotto carico o costa più del necessario per la produzione.
