1-Ghise2013

05/03/2013

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Tecnologia Meccanica II Prof. Luigi Tricarico5, 7/03/2013

Le Ghise

Tecnologia Meccanica II

Le ghise possono essere spesso utilizzate in sostituzione degli acciai con un considerevole

risparmio di costi. Il progetto e la produzione di getti in ghisa includono i seguenti vantaggi

� Bassi costi di attrezzaggio e di produzione

� Buona lavorabilità alle macchine utensili per asportazione di truciolo con

trascurabile formazione di bava sulle superfici lavorate

� Possibilità di realizzare getti di forma complessa

� Eccellente resistenza all’usura ed alta durezza (particolarmente nelle ghise

bianche)

� Elevate capacità di smorzamento delle vibrazioni

Le proprietà dei getti in ghisa sono influenzate dai seguenti fattori:

� Composizione chimica della ghisa

� Velocità di raffreddamento della ghisa nella forma (che dipende dalla sezione del

getto)

� La tipologia dell’eventuale grafite che si viene a formare


Ghise: Generalità

� Leghe Fe-C contenenti C e Si, in cui il

Carbonio ed il Silicio sono tali da rendere

satura l’austenite alla temperatura eutettica

� Teoricamente la %C è compresa tra il 2.06%

ed il 6.67%; praticamente è compresa tra il

2.5% ed il 4.5%

� Fabbricazione

� I° fusione (tubi, piastre per forni)

� II° Fusione (rifusione di ghisa e acciaio) %CE (Carbonio equivalente)

� Quelle interessanti per la fonderia sono le ghise di seconda fusione; si distinguono da

quelle di prima fusione prodotte in altoforno e prevalentemente destinate alla produzione

di acciaio e delle stesse ghise

� Costano poco, fondono con facilità, possono essere colate in forma complessa

� Le proprietà delle ghise possono essere variate oltre che con le modalità di produzione,

anche con trattamenti termici

� Non possono essere lavorate per deformazione plastica né a caldo né a freddo, mentre

possono essere lavorate alle macchine utensili

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Ghise: Classificazione� In funzione della struttura metallografica. Essa è determinata da:

1. Forma in cui si presenta il carbonio (libero come grafite; come cementite, in

entrambe le forme)

2. Morfologia e distribuzione della grafite

� I due fattori dipendono da:

� Composizione chimica ed eventuali presenze di impurezze

� Velocità di raffreddamento

� Trattamenti termici subiti

� Si possono avere le seguenti strutture:

� Ghise Bianche: Carbonio completamente come cementite; la lega segue il

diagramma Fe-Fe3C; Alla frattura hanno un aspetto bianco

� Ghise Grigie: La maggior parte o tutto il carbonio precipita durante la solidificazione,

come grafite. Alla frattura hanno un aspetto grigio

� Ghise Conchigliate o Temprate o Trotate: Sono presenti entrambe le strutture a

causa di una colata condotta in una forma metallica. Lo strato in superficie è quello

della ghisa bianca, mentre quello interno è della ghisa grigia. Lo strato intermedio

presenta il carbonio in parte sotto forma di cementite ed in parte come grafite

(trotato)


Ghise: Classificazione� Ghise Malleabili: tutto o la maggior parte del carbonio non è combinato con il ferro e

si trova in particelle rotonde irregolari. Si ottiene per ricottura delle ghise bianche

� Ghise nodulari o sferoidali o duttili: Il carbonio è nella forma di grafite in sferoidi

regolari e compatti. Si ottiene aggiungendo nel momento della colata della ghisa

grigia, alcuni elementi come Magnesio e Cerio

� Ghise legate in cui le proprietà delle ghise precedenti sono modificate dalla presenza

di elementi di lega

Composizione chimica (%)

Tipo di ghisa Carbone Silicio Manganese Zolfo Fosforo

Grigia 2.5-4.0 1.0-3.0 0.2-1.0 0.02-0.25 0.02-1.0

Sferoidale 3.0-4.0 1.8-2.8 0.1-1.0 0.01-0.03 0.01-0.1

Malleabile 2. -2.9 0.9-1.9 0.15-1.2 0.02-0.2 0.02-0.2

Bianca 1.8-3.6 0.5-1.9 0.25-0.8 0.06-0.2 0.06-0.2

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Ghise: elementi Grafitizzanti ed Antigrafitizzanti

Le Ghise solidificano secondo il diagramma stabile Fe-C, all’aumentare del

carbonio e degli elementi grafitizzanti.

Carbonio: aumenta la colabilità, abbassa il punto di fusione, riduce

l’intervallo di solidificazione, aumenta la grafitizzazione; in genere

il tenore di carbonio è compreso dal 1.7% al 4%

Silicio: nelle ghise comuni è compreso tra lo 0.3% ed il 3%. Può

raggiungere il 18% in quelle resistenti agli acidi. Sposta i punti

critici e si comporta come un energico grafitizzante

Manganese: compreso tra lo 0.3 ed 1.2%. Quando è in tenore superiore allo

0.5%, stabilizza i carburi e si comporta come antigrafitizzante

Zolfo: tenori massimi di 0.3%. E’ un antigrafitizzante, ma con il

Manganese, forma il solfuro di manganese e quindi in questo

caso favorisce la grafitizzazione

Fosforo: E’ in tenori compresi tra 0.1% e 0.6%. Azione analoga al silicio;

aumenta la colabilità


Sono considerati elementi di lega nelle ghise:

Cromo: Energico antigrafitizzante. Forma carburi; affina la perlite

Nichel: E’ un modesto grafitizzante; sino al 3% affina la perlite. Tra il 3%

ed il 6% permette di ottenere strutture martensitiche (Lega Ni-

Hard: 4%Ni, 1.5%Cr, 3.5%C: nella matrice austenitico

martensitica sono dispersi carburi di Cr, durezze sino a 750HB).

Oltre il 6% stabilizza l’austenite.

Rame Grafitizzante meno energico del Ni. Tenori compresi tra il 2% ed il

3.5%. Aumenta la resistenza all’usura per sfregamento (tamburi

dei freni, cilindri dei motori a scoppio) o è utilizzato per

migliorare la resistenza alla corrosione in ambienti atmosferici o

riducenti e leggermente acidi

Molibdeno: Stabilizzatore di carburi meno energico del cromo. E’ usato

insieme al Ni in tenori compresi tra lo 0.8% e 1.25%. Rende più

dure e resistenti le ghise grigie

Ghise: elementi considerati di lega

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Ghise: Impiego

Ghise grigie

Ghise malleabili


Ghise: Impiego

Ghise sferoidali

Impiego Ghise in fonderia e confronto con gli altri materiali utilizzati in fonderia

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Ghisa: Designazione e Costi

EN – [G: Getti] – [J: Ghisa] – [ ] – [ ] – [ ]L: Lamellare

S: Sferoidale

M: Malleabile

W: cuore bianco

B: cuore nero

R: carico di

rottura in

MPa

Eventuale

allungamento a

rottura, %

EN – GJL – 100

…………………

EN – GJL - 350

Ghisa Grigia

EN – GJMW – 350 - 4

EN – GJMW – 360 -12

…………………….

EN – GJMW – 550 - 4

Ghisa Malleabile a

cuore bianco

EN – GJMB – 300 - 6

EN – GJMB – 350 -10

…………………….

EN – GJMB – 800 - 1

Ghisa Malleabile a

cuore nero

EN – GJS – 350 - 22

EN – GJS – 400 - 18

…………………….

EN – GJS – 900 - 2

Ghisa

sferoidale

Ghisa da affinazione: 215€/ton

Ghisa da fonderia: 330€/ton

Ghisa sferoidale: 345€/ton


Ghise Bianche: Struttura/Applicazioni

� Poche applicazioni come materiali ingegneristici, ma utilizzate per ottenere le ghise

malleabili. Il carbonio è completamente in forma di cementite (Bianche al cuore)

� Dura e fragile, per la notevole quantità di cementite (palle di mulini per la

frantumazione delle pietre)

� Resistente all’usura (matrici per estrusione e trafilatura)

� Difficile da lavorare alle macchine utensili

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Composizione

Carbonio:

1.7% - 4% (leghe ipoeutettiche) con basso silicio. Aumento della percentuale di

perlite e di ledeburite.

Silicio:

Basse percentuali possono non essere sufficienti per la grafitizzazione, ma

possono favorire la malleabilizzazione nella ricottura delle ghise bianche

Manganese

Aumenta la profondità dello strato duro (il manganese è un antigrafitizzante)

Cromo, Molibdeno

Favoriscono la formazione di carburi

Proprietà meccaniche

E = 170 - 200GPa

Resistenza meccanica legata al contenuto di carbonio

2.5%C: 370HB, Rmax=140MPa (trazione); Rmax=1400MPa (compressione)

3.5%C: 600HB, Rmax=490MPa (trazione); Rmax=1750MPa (compressione)

Ghise Bianche: Composizione/proprietà meccaniche


Ghise Conchigliate o Temprate o Trotate

Si ottengono colando ghise grigie

legate in forme metalliche per

aumentare la velocità di

raffreddamento dello strato

superficiale. Si ottiene:

� Cuore nero (grafite)

� Zona intermedia trotata

� Strato esterno bianco

(cementite).

Presentano caratteristiche

meccaniche come tenacità

e resistenza a fatica, che

non sono delle ghise

bianche anche se in una

parte del getto la struttura

è bianca (carbonio in forma

di cementite)

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Ghise Conchigliate o temprate: Caratteristiche

Lo spessore di tale strato dipende da:

� Elementi di lega

� Carbonio: riduce lo spessore ma ne

aumenta la durezza

� Silicio ed il Nichel: Riducono lo

spessore

� Manganese Molibdeno e Cromo:

Aumentano lo spessore (questi ultimi

come stabilizzatori di carburi). Il Cromo

migliora la resistenza all’usura in tenori

compresi tra 1% e 4%. In tenori

compresi tra 12% e 35%, permette una

elevata resistenza meccanica a caldo e

all’ossidazione. Il Molibdeno affina la

struttura e la rende più resistente alla

rigatura e all’urto termico

� Capacità della conchiglia di asportare calore


� Cilindri laminatoi

� Superficie dura

per resistere

all’abrasione ed

all’ossidazione

� Cuore ed appoggi

tenaci

� Ruote dei treni

� Cilindri per industria

cartaria e per il

trattamento dei

minerali

Ghise Conchigliate o temprate:

Applicazioni

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Ghise grigie

� Leghe eterogenee costituite

da una matrice acciaiosa

(ferrite e perlite in

proporzioni variabili)

interrotta dalla grafite la cui:

Proporzione, Dimensione e

Distribuzione, Influenza il

colore della frattura

� La presenza di carbonio in

forma grafitica è la

distribuzione della grafite è

legata ad almeno due fattori

� Composizione chimica

� Velocità di

solidificazione e

raffreddamento della

ghisa nel getto


Ghise grigie: Influenza della composizione chimica

Carbonio (2.5% - 4.5%)

� Il carbonio totale (%Ct) è presente nella forma di carbonio Combinato (%Cc) e di

carbonio nella grafite (%Cg)

%Ct = %Cc + %Cg > 2.2% (nella grafitizzazione completa %Cc = 0)

� La microstruttura della matrice dipende dalla percentuale di carbonio combinato

%Cc=0.8: Eutettoidico (P)

%Cc>0.8: IperEutettoidico (CP)

%Cc<0.8: IpoEutettoidico (FP)

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Ghise grigie: Influenza della composizione chimicaSilicio (1.0% - 3.5%): I punti critici (eutettico, saturazione austenite, eutettoidico) del

diagramma Fe-C sono modificati dalla presenza del Si. Il contributo del Si alla definizione

del Carbonio Equivalente è definito dalla seguente equazione:

� %CE = %C + (%Si)/3

o %CE = 4.3%: Ghisa Eutettica

o %CE > 4.3%: Ghisa IperEutettica

o %CE < 4.3%: Ghisa IpoEutettica

� Il Si entra in soluzione solida nella ferrite, rendendola più dura e resistente

� Il diagramma di Maurer permette di correlare il contenuto di carbonio e di Si alla

struttura della ghisa.

Fosforo (0.1% - 0.9%): Grafitizzante; contribuisce al calcolo di %CE

� %CE = %C + (%Si +%P)/3

� Abbassa la temperatura di solidificazione, migliora la fluidità e di conseguenza il

riempimento dei getti. Per tenori > 0.3% riduce la duttilità del getto

Zolfo (0.06% - 0.12%). Antigrafitizzante. Responsabile di ridotta resistenza a caldo

Manganese: Antigrafitizzante; se presente S si forma MnS che annulla l’effetto

o %Mn < 1.7%S + 0.15: è favorita la matrice ferritica

o %Mn > 3%S + 0.35: è favorita la matrice perlitica


Ghise grigie: Influenza della composizione

chimica -Diagramma di Maurer� Le strutture di una ghisa dipendono dalla posizione che essa assume nel diagramma Fe-C,

ma anche dalla presenza di altri elementi, a parità di velocità di raffreddamento. Il

Diagramma di Maurer individua le strutture della ghisa in funzione dei tenori di carbonio e

silicio, per velocità di raffreddamento normali e getti con spessore di 30mm – 40mm.

� I Ghise Bianche

� II Ghise Perlitiche

� III Ghise Ferritiche

� IIa Ghise Trotate

� IIb Ghise Perlitico –

Ferritiche

Le ghise perlitiche e ferritiche nel

loro complesso (campi II, IIb, III)

sono denominate ghise grigie

Il diagramma non tiene conto dello

spessore del getto e quindi della

velocità di raffreddamento

1.7

4.3

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Ghise grigie: Influenza della velocità di

raffreddamento

� Forma, distribuzione e dimensioni delle lamelle di grafite sono legate a

meccanismi che coinvolgono la nucleazione e l’accrescimento

�Velocità di raffreddamento:

o Basse: comportano una bassa velocità di nucleazione ed un elevato

accrescimento delle lamelle per diffusione. Come risultato si hanno

lamelle di grafite grosse e distribuite casualmente

o Maggiori, che determinano un sensibile sottoraffreddamento:

lamelle di dimensioni più numerose ma più piccole

o Elevate: si ostacola o al limite si sopprime la nucleazione della grafite

al punto da ottenere una ghisa temprata o bianca (sezioni sottili del

getto)

� Forma, distribuzione e dimensione della grafite sono classificate dalla

normativa. Gli elementi di grafite sono classificati in base a (UNI3775-73):


� Forma

� I) Lamelle sottili con

punte aguzze

� II) Noduli con

accentuate

ramificazioni di

lamelle

� III) Lamelle spesse

con punte

arrotondate

� IV) Flocculi

frastagliati

� V) Flocculi compatti

� VI) Noduli a

contorno circolare,

quasi regolare

(sferoidi)

Ghise grigie: Forma della grafite

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Ghise grigie: Distribuzione/dimensione grafite

Distribuzione: è legata a tre fattori:

� Velocità di raffreddamento

� Presenza di elementi che ostacolano la crescita dell’austenite, come lo zolfo e

l’ossigeno

� Presenza di elementi che favoriscono la nucleazione della grafite

Dimensione delle lamelle o dei noduli

� 8 dimensioni. Dalla n. 1 (> 1mm) alla n. 8 (< 0.015mm)

A: Uniforme B: rosette non

orientate

C: Lamelle non

orientate

D: Lamelle in zone

interdendritiche

E: Lamelle

interdendritiche

Ottimale Ipereutettica Velocità di

raffreddamento

elevate


Ghise grigie: Inoculazione

� Per spessori del getto minori di 10mm, difficoltà nell’ottenere grafite di

tipo A

� Si utilizzano inoculanti all’atto della colata. Gli inoculanti sono leghe Fe-Si

con aggiunta di piccole quantità di Ca, Al, Ba. Gli inoculanti privilegiano la

formazione della fase grafitica

� Si ipotizza che l’effetto dell’inoculante sia legato allo sviluppo di gas (CO),

la cui superficie servirebbe come superficie di nucleazione della grafite. Se

le bolle collassano durante la crescita iniziale è favorita la formazione di

lamelle; in caso contrario di sferoidi

� L’inoculazione è eseguita durante il riempimento della siviera di colata, in

percentuali variabili tra lo 0.2% e lo 0.3% e con granulometria tale da

garantire una buona dissoluzione. Le ghise devono poi essere colate nella

forma entro un tempo minore di 10min dall’aggiunta dell’inoculante

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Ghise grigie: prova di trazione (UNI 5007)

� Provino per prova di trazione e sua

posizione nel saggio colato a parte.

� I saggi devono essere colati

contemporaneamente ai getti a cui si

riferiscono, con la ghisa della stessa

colata

� La forma è ottenuta in sabbia quarzosa

agglomerata e cotta

FormaProvino

saggio


� La prova

permette di

determinare

resistenza a

rottura R,

deformazione

a rottura e

modulo di

elasticità E

� Le curve σ - ε

non seguono

la legge di

Hooke

� Il modulo di elasticità E è determinato arbitrariamente con delle formule

empiriche oppure come la pendenza della retta fra l’origine ed un punto

corrispondente ad una sollecitazione pari ad 1/4 R

Ghise grigie: prova di trazione (UNI 5007)

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� Il diagramma di

Colloud permette

di ottenere il

carico di rottura R

di un getto di

ghisa grigia

conoscendo la

durezza della

provetta, la

durezza del getto

ed il carico di

rottura della

provetta

Ghise grigie: Diagramma di Colloud

� Le caratteristiche meccaniche delle ghise grigie dipendono, oltre che dalla

composizione chimica della lega, anche dallo spessore medio dei getti.


DenominazioneCaratteristiche meccaniche

Spessore medi del getto in mm

3.5-7.5 7.5-15.0 15-30 30-50

EN-GJL-150

Resistenza a trazione (N/mm2)

210 150 130 -

Durezza (HB) 225 185 165 -

EN-GJL-200


260 200 150 120

Durezza (HB) 235 205 175 155

EN-GJL-250


310 250 210 160

Durezza (HB) 250 220 195 180

EN-GJL-300


- 300 270 210

Durezza (HB) - 235 215 205

EN-GJL-350


- 350 320 270

Durezza (HB) - 255 235 220

Ghise grigie: Designazione

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� Vantaggi della ghisa grigia:

� Buona lavorabilità alle macchine utensili. La grafite favorisce la rottura del

truciolo e si comporta da lubrificante sull’interfaccia con l’utensile

� Elevate capacità di smorzamento delle vibrazioni

� Buona resistenza all’usura e qualità portanti a secco dovute alla presenza

della grafite

� Dopo la formazione di uno strato superficiale protettivo, resiste alla

corrosione in molti ambienti corrosivi

� Svantaggi:

� Fragile (bassa resistenza all’urto) che ne limita severamente l’uso nelle

applicazioni critiche

� Dal punto di vista resistenziale, la grafite riduce la resistenza perché le

lamelle, oltre ad essere equivalenti a delle cavità nella matrice acciaiosa,

intensificano le sollecitazioni all’apice della lamella. E’ raccomandato

mantenere la sollecitazione ad 1/4R ed in caso di carichi dinamici, ad 1/3 del

limite di fatica

� Variazione di sezione del getto generano variazione della microstruttura e

quindi variazione della lavorabilità alle macchine utensili

� Ghise grigia ad alta resistenza sono più costose

Ghise grigie: Vantaggi/Svantaggi


� Le ghise malleabili sono ghise da trattamento

termico che solidificano come ghise bianche

� Si ottengono mediante malleabilizzazione del

getto che consiste in un trattamento di

ricottura a temperature superiori a 700°C

(prima fase a circa 1000°C e seconda fase

caratterizzata da un lento raffreddamento

intono a 700°C) per promuovere la

grafitizzazione della cementite

� Controllando il trattamento termico del getto

ed il suo raffreddamento è possibile ottenere

strutture:

� Ferritiche

� Perlitiche

� Martensitiche

Ghise malleabili

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� la grafite precipita in rosette (popcorns)

� L’assenza della grafite in lamelle permette una certa

plasticità a freddo

� La composizione chimica è:

Elemento Composizione %

Carbonio 2.16-2.90

Silicio 0.90-1.90

Manganese 0.15-1.25

Zolfo 0.02-0.20

Fosforo 0.02-0.15

� Sono qualche volta presenti piccole quantità di cromo (0.01% - 0.03%), boro (0.0020%),

rame (≤ 1.0%), nickel (0.5 - 0.8%) e molibdeno (0.35 - 0.5%).

� In funzione della composizione chimica, temperatura e ciclo di trattamento, atmosfera

dell’ambiente dove è realizzata la ricottura, si possono avere due processi di

malleabilizzazione e quindi due classi di ghise malleabili:

� Malleabili a cuore bianco. Sviluppate in Europa nel XVIII secolo

� Malleabili a cuore nero. Sviluppate in America nel XIX secolo

Ghise malleabili


Ghise malleabili a cuore bianco� Sono ottenute con il seguente ciclo:

1. Riscaldamento a 900°C – 1000°C in ambiente decarburante (Fe2O3)

2. Permanenza per un tempo sufficiente (120h – 150h)

3. Raffreddamento rapido sino a 760°C e molto lento sino a circa 700°C (8°C/h); quindi

un raffreddamento rapido sino da a temperatura ambiente

� Durante la fase di riscaldamento e di permanenza ad alta temperatura si ha:

� Decomposizione cementite nell’austenite e precipitazione del C come grafite

� Diffusione del Carbonio

� Decarburazione superficiale

� La microstruttura dipende dalla sezione del getto. Per sezioni piccole si ha perlite e grafite

in una matrice ferritica; nelle grosse sezioni si distinguono tre zone:

� quella superficiale caratterizzata solo da ferrite e grafite

� quella intermedia che ha ferrite, perlite e grafite

� il cuore che non contiene grafite

DesignazioneDiametro del getto d, mm

R, MPa Rs (0,2%),

MPa A%

(L0 = 3d)Durezza

HB

EN-GJMW-350-04 9 - 15 340 - 360 - 5 - 3 230

EN-GJMW-380-12 9 - 15 320 - 380 170 - 210 15 - 8 200

EN-GJMW-400-05 9 - 15 360 - 420 200 - 230 8 - 4 220

EN-GJMW-450-07 9 - 15 400 - 480 230 - 280 10 - 4 220

Proprietà meccaniche delle ghise malleabili a cuore bianco

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� E’ ottenuta con il seguente ciclo:

1. Riscaldamento a 900°C – 1000°C in ambiente neutro

2. Permanenza per un tempo sufficiente

3. Raffreddamento a temperatura ambiente, come per quelle a cuore bianco

� Durante la fase di riscaldamento e di permanenza ad alta temperatura si hanno i

fenomeni di nucleazione e diffusione della grafite, descritti per le malleabili a cuore

bianco. In entrambi i casi i fenomeni di decomposizione e nucleazione della grafite

sono legati alla diminuzione della solubilità del C nell’austenite, dovuta alla

stabilizzazione del diagramma Fe-C rispetto a quello Fe-Fe3C stabile prima della

ricottura. Questo permette di ottenere del “carbonio di ricottura” (circa 0.1%)

Ghise malleabili a cuore nero


Ghise malleabili a cuore nero

DesignazioneDiametro del getto d, mm

R, MPa Rs (0,2%),

MPa A%

(L0 = 3d)Durezza

HB

EN-GJMB 300-06 12 - 15 300 - 6 150 max

EN-GJMB 320-12 12 - 15 320 190 12 150 max

EN-GJMB 350-10 12 - 15 350 200 10 150 max

EN-GJMB 450-06 12 - 15 450 270 6 150-200

EN-GJMB 500-05 12 - 15 500 300 5 160-220

EN-GJMB 550-04 12 - 15 550 340 4 180-230

EN-GJMB 600-03 12 - 15 600 390 3 200-250

EN-GJMB 650-02 12 - 15 650 430 2 210-260

EN-GJMB 700-02 12 - 15 700 530 2 240-290

EN-GJMB 800-01 12 - 15 800 600 1 270-310

� La microstruttura è prevalentemente ferritica con grafite solo in forma di rosette.

In funzione della velocità di raffreddamento si può avere una struttura perlitica o

con altre strutture di trasformazione dell’austenite

Proprietà meccaniche delle ghise malleabili a cuore nero

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Ghise malleabili: Proprietà meccaniche

� Rispetto alla ghisa grigia, è dotata di considerevole duttilità e tenacità per la

combinazione di grafite in forma di rosette e per la matrice con basso contenuto di

carbonio.

� Per come è ottenuta la grafite, questa comunque non è in forma perfettamente

sferica e compatta

� E’ utilizzata in molte applicazioni dove sono importanti duttilità e tenacità. La scelta

tra una ghisa malleabile ed una sferoidale è basata su criteri di economicità e

disponibilità piuttosto che su altre proprietà. In alcune applicazioni la ghisa

malleabile ha dei vantaggi.

� E’ infatti preferita nella realizzazione di getti con spessori sottili che:

� devono essere sottoposti a deformazioni plastiche a freddo

� richiedono notevoli lavorazioni alle macchine utensili

� devono avere resistenza all’urto a bassa temperatura

� devono avere resistenza all’usura (solo con matrice martensitica)

� Al contrario non sono indicate in getti di grandi dimensioni. In genere sono utilizzate

in getti con spessore variabile tra 1.5mm e 100mm e peso variabile tra 0.03kg e

180kg


Ghise malleabili: realizzazione getti

� Il materiale di partenza (ritorni di fonderia, rottami di acciaio, ferroleghe ed

eventualmente carbonio), è selezionato con attenzione e l’operazione di fusione è

controllata in modo da avere la desiderata composizione e proprietà

� Le forme sono prodotte in sabbia a verde, sabbia con legante in vetro solubile o

sabbia pre-rivestita con resina fenolica (formatura a guscio). L’attrezzatura varia da

quella altamente automatizzata a quella basata su metodi manuali, in funzione della

dimensione del lotto

� In genere la tecnologia per la formatura e la fusione della ghisa malleabile è simile a

quella usata per la ghisa grigia.

� Dopo la solidificazione ed il raffreddamento, il metallo è nello stato di ghisa bianca.

Per questo attacchi, distributori, canale di colata e materozze possono facilmente

essere rimossi per frattura. L’operazione è generalmente condotta manualmente

con martelli, perché la diversità dei getti prodotti in fonderia rende difficile la

meccanizzazione. Dopo questa fase, sistema di colata e di alimentazione tornano

alla fusione, mentre i getti sono destinati al trattamento termico

� Il trattamento termico successivo dei getti è realizzato in forni continui ad atmosfera

controllata o in forni non continui, in funzione della numerosità dei lotti

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Ghise sferoidali (Europa) – Ghise duttili o nodulari

(USA)

� Realizzate nel 1948

� Durante la solidificazione

della ghisa grigia, la grafite è

portata a solidificare in

forma di sferoidi (invece che

in lamelle), grazie ad alcuni

elementi come Mg, e Ce, che

alterano il meccanismo della

solidificazione

� Dal punto di vista delle

proprietà meccaniche, la

ghisa sferoidale può essere

confrontata ad un acciaio

comune

� Nella fabbricazione dei getti,

rimane comunque

confrontabile (in termini di

colabilità e ritiro) ad una

ghisa grigia


� L’elemento più efficace ed economico è il Mg, che deve essere aggiunto in tenori

sufficienti a bilanciare lo S e lasciare un residuo di 0.004%-0.006%. Per ridurre le

perdite è introdotto in lega con altri elementi (T ~ 1500°C).

� A differenza delle ghise grigie che sono leghe ipoeutettiche, le ghise sferoidali sono

leghe ipereutettiche (%C = 3.4 - 4, %Si = 2 - 3%, Mn = 0.1 - 0.8, %P < 0.01, %S <

0.02) in quanto CE > 4.3%

� Durante la solidificazione proeutettica, si ha la formazione degli sferoidi di grafite

che hanno un movimento ascensionale; per CE>4.6% gli sferoidi galleggiano e

tendono a depositarsi sulla superficie superiore della forma

� Nella solidificazione eutettica, si avrà ulteriore precipitazione di noduli di grafite

che saranno ricoperti da un guscio di austenite

� Nel successivo raffreddamento si avrà la segregazione del carbonio dell’austenite

sugli sferoidi esistenti.

� In funzione della sezione del getto, raggiunta la temperatura eutettoidica,

l’austenite si trasformerà in ferrite (favorita da Si e da lenti raffreddamenti), oppure

in ferrite/perlite o perlite, per maggiori velocità di raffreddamento

Inoculazione Solidificazione e raffreddamento

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� Resistenza all’usura

� Tenacità e duttilità, che permette

anche lavorabilità a caldo per

deformazione plastica

� più costosa della ghisa grigia

� la forma sferoidale della grafite non

interrompere la continuità della

matrice della ghisa ed eliminare così la

prima causa di fragilità

� Trattabile termicamente

� Stabilizzazione (540 - 600°C): per

eliminare tensioni interne

� Ricottura (850 - 920°C): per

ottenere una struttura ferritica, e

quindi la massima deformabilità

plastica

Ghisa Sferoidale: Proprietà

� Normalizzazione (900°C): struttura perlitica; seguita da stabilizzazione

� Bonifica; si preferisce una matrice iniziale di tipo perlitica

� Tempra superficiale (alla fiamma o ad induzione)


� Buona lavorabilità alle macchine utensili, superiore a parità di durezza all’acciaio

ed alla ghisa comune.

� La colabilità di questa ghisa è superiore nettamente a quella della ghisa malleabile

e dell’acciaio e permette di colare getti molto complicati.

� La resistenza alla corrosione atmosferica è pari a 5 volte quella dell’acciaio al

carbonio.

� La resistenza all’ossidazione e notevolmente migliore rispetto alla ghisa a grafite

lamellare

Ghisa sferoidaleApplicazioni tipiche

EN-GJS-400-18

Getti a tenuta, corpi compressore, valvole, cilindri, corpi pompa, bielle, applicazioni ad elevata temperatura con massima tenacità, applicazioni richiedenti elevata resistenza agli urti termici...

EN-GJS-500-10Applicazioni in cui si richieda una struttura perlitica ed un elevata resistenza a trazione...

EN-GJS-600-6Ingranaggi, camme, cuscinetti, pistoni, alberi a gomito, pulegge...

Ghisa Sferoidale: Proprietà e campi di applicazione

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DenominazioneCaratteristiche

meccaniche

Spessore medi del getto in mm

S<30 30 < S < 60 60 < S < 200

EN-GJS-350-22R, MPa 350 330 320

Durezza, HB <160

EN-GJS-400-18R, MPa 400 390 370

Durezza, HB 140-200

EN-GJS-450-14R, MPa 450 430 400

Durezza, HB 160-210

EN-GJS-500-10R, MPa 500 450 420

Durezza, HB 170-230

EN-GJS-600-6R, MPa 600 600 550

Durezza, HB 190-250

EN-GJS-700-4R, MPa 700 700 660

Durezza, HB 240-310

Ghise Sferoidali: Caratteristiche meccaniche


� %Si > 3 promuove la formazione di una pellicola superficiale protettiva negli ambienti

ossidanti

� %Cr < 35 favorisce la formazione di un ossido protettivo agli ambienti ossidanti

� %Ni < 32 migliora la resistenza agli ambienti riducenti e all’abrasione (Ni-hard)

� %Cu < 6 migliora la resistenza all’acido solforico e aumenta la resistenza all’usura per

sfregamento (tamburi freno, cilindri motori a scoppio)

� Rm = 90 - 130MPa

Ghise legate: resistenti alla corrosione

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� Non deve avere una eccessiva dilatazione per grafitizzazione

� La penetrazione dell’ossigeno deve essere limitata

� Deve avere una buona resistenza alla formazioni di cricche per urto termico

� Si, Cr promuovono la formazione di uno strato protettivo

� Ni, Mo aumentano la tenacità ed Rm ad elevata Temperatura

� Mn, P, Cr, Mo, V riducono dilatazione della ghisa, in quanto stabilizzano i carburi

Ghise legate: resistenti al calore

Date post:	28-Oct-2015
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1-Ghise2013

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