Le leghe ferrose

La ghisa è una lega a quattro elementi contenente ferro, carbonio (tra il 2 e il 4 per cento),
silicio e manganese. A volte vengono aggiunti ulteriori elementi all lega. Le proprietà fisiche di una colata di ferro sono fortemente influenzate dalla sua velocità di raffreddamento durante la solidificazione. Questa, a sua volta, dipende dalle dimensioni e dalla forma della colata e da altri dettagli della pratica di fonderia. Per questo motivo (e a differenza di altri materiali ingegneristici), la ghisa è solitamente specificata dalle sue proprietà meccaniche piuttosto che dalla sua analisi chimica.

Le proprietà distintive della ghisa derivano in gran parte dal suo contenuto di carbonio.

  1. L’elevato contenuto di carbonio rende il ferro fuso molto fluido, in modo che possa essere versato in forme anche molto intricate.
  2. La precipitazione del carbonio durante la solidificazione contrasta il normale restringimento, producendo sezioni precise.
  3. La presenza di grafite nel metallo fornisce eccellente lavorabilità (anche a livelli di durezza resistente all’usura), smorza le vibrazioni e aiuta la lubrificazione al contorno sulle superfici di usura.

Quando “refrigerato”, cioè quando il calore viene rimosso rapidamente dalla superficie durante la solidificazione, tutto il carbonio vicino alla superficie rimane combinato sotto forma di carburi di ferro, dando luogo a una superficie estremamente dura e resistente all’usura.

Il Ferro grigio. L’aspetto del ferro grigio deriva dal carbonio che viene precipitato sotto forma di fiocchi di grafite. Anche nelle gradazioni più morbide, ha una buona resistenza all’usura.

L’aumento della durezza (che offre una resistenza all’usura ancora migliore) è ottenibile utilizzando speciali tecniche di fonderia, un trattamento termico o ulteriori elementi nella lega.

Poiché i fiocchi di grafite indeboliscono marcatamente la ghisa in tensione, la la forza di compressione è da tre a cinque volte più alta. Spesso si approfitta di questo differenziale di forza, con l’incorporazione di nervature sul lato di compressione di un membro caricato in flessione.

Le applicazioni tipiche del ferro grigio comprendono i blocchi di motore a benzina e diesel,
le basi e i telai delle macchine, ingranaggi, volani e dischi freno e tamburo.

Il Ferro Duttile (Nodulare). Il ferro duttile è una lega con magnesio, che causa
la precipitazione del carbonio in eccesso sotto forma di piccole sfere o noduli. Questi noduli interrompono la struttura meno dei fiocchi di grafite del ferro grigio, dando così una sostanziale duttilità insieme a una migliore resistenza alla trazione, rigidità e resistenza agli urti.

Il ferro duttile è specificato da tre numeri, come 60-40-18, che denotano resistenza alla trazione (60 ksi), resistenza allo snervamento (40 ksi) e all’allungamento (18 per cento).

Le applicazioni tipiche includono l’albero motore, ingranaggi per impieghi gravosi e hardware come le cerniere delle porte dell’automobile.

Il Ferro bianco. Il ferro bianco (cosiddetto a causa dell’aspetto bianco delle superfici di frattura) è prodotto in porzioni esterne di colate di ferro grigio e duttile, refrigerando selezionate superfici dello stampo, impedendo così la precipitazione del carbonio. La struttura risultante è estremamente dura, resistente all’usura e fragile.

Applicazioni tipiche si trovano nei mulini a sfera, nelle betoniere, nei freni delle carrozze ferroviarie, nei laminatoi, frantoi e polverizzatori.

Ferro malleabile. Gli usi tipici sono per le parti pesanti con superfici portanti,
che sono necessari in camion, attrezzature ferroviarie, macchinari per l’edilizia e macchine agricole.

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