LA GHISA - Produzione della ghisa, Tipi particolari di ghisa, Destinazione e impiego della ghisa

LA GHISA

La ghisa comune contiene una percentuale di carbonio che varia dal 2 al 4% ed è un materiale di elevata durezza e fragilità (quindi sono basse la resistenza a trazione, la resilienza e l'allungamento percentuale di rottura), di ottima colabilità, di buona resistenza a fatica, di elevata capacità di smorzamento delle vibrazioni, facilmente lavorabile alle macchine utensili.

Le proprietà precedenti si possono variare entro limiti piuttosto estesi mediante aggiunta di elementi leganti, oppure mediante determinati procedimenti di fabbricazione o semplicemente cambiando la velocità di raffreddamento del getto.

In una ghisa legata, l'ulteriore aggiunta di silicio o nichel, o cromo, o rame, oppure di percentuali di tutti o parte di questi, aumenta la resistenza alla corrosione; il nichel e il molibdeno favoriscono la grafitizzazione e l'omogeneizzazione della struttura. Le ghise al nichel-cromo e al molibdeno sono più malleabili e hanno una più elevata resistenza a trazione, un più alto numero di durezza brinell, maggior resilienza.

Produzione della ghisa:

la ghisa è prodotta con un processo termico in altiforni ad una temperatura di 1500°C; questo processo è un processo discontinuo che dura dalle sei alle otto ore.

L'altoforno, ha un'altezza che varia dagli 8 ai 10 metri ed è generalmente formato da tre parti: la bocca, il ventre e il crogiolo; l'esterno è in ferro mentre l'interno è rivestito con del materiale refrattario. Di materiale refrattario è anche il tappo che chiude il fondo dell'altoforno.

Per la produzione della ghisa, si introducono nell'altoforno, strati alternati di ferro, carbone e scorificante(CaCO₃), quest'ultimo utilizzato per l'eliminazione delle scorie.

Se la ghisa contiene una percentuale di silicio e fosforo maggiore dello 0,06% è una ghisa scadente; per questo motivo, a processo avviato, si fa passare dell'ossigeno in controcorrente, all'interno dell'altoforno in modo da eliminare le scorie. Per l'eliminazione del silicio avvengono le seguenti reazioni:

Si + O₂ SiO₂

CaCO₃ + SiO₂ CaSiO₃ + CO₂

Siccome il silicato di calcio ha un peso specifico minore rispetto a quello della ghisa, galleggia nella parte superiore dell'altoforno.

Per l'eliminazione del fosforo, le reazioni sono le seguenti:

2P + ⁵/₂O₂ P₂O₅

P₂O₅ + 4CaCO₃ Ca₃(PO₄)₂CaO + CO₂

Come per il silicato, anche la fosforite ha un peso specifico inferiore a quello della ghisa e quindi galleggia anch'esso nella parte superiore dell'altoforno.

L'ossigeno serve anche per regolare la quantità di carbonio che serve per la produzione della ghisa tramite la reazione C + O₂ CO₂.

L'anidride carbonica che si sviluppa nelle reazioni sopra citate, aiuta a mantenere in temperatura la ghisa.

Finito il processo di produzione la ghisa viene messa in grossi contenitori cilindrici dove viene ripulita dalle scorie.

Dopo il processo in altoforno, si possono ottenere quattro diversi tipi di ghise:

ghisa grigia, dove il carbonio non ha reagito completamente con il ferro e, se si spezzano i pani possiamo notare la presenza diffusa di strisce nere di grafite. Queste ghise hanno proprietà meccaniche medie, che sono in funzione della forma e della disposizione delle lamelle di grafite nella struttura; lavorabili alla macchina utensile, sono interessanti per la loro attitudine a essere colate in getti.

ghisa trotata, dove anche in questo caso il carbonio non ha reagito completamente con il ferro ma, spezzandone i pani, le strisce nere sono in quantità inferiori rispetto alla ghisa grigia.

ghisa bianca, dove il carbonio ha reagito completamente con il ferro e, spezzandone i pani si nota la tipica colorazione bianca di questa ghisa. Questa ghisa è dura e fragile, quindi non può essere lavorata ed è perciò destinata alla rifusione costituendo la maggior parte del materiale impiegato per la fabbricazione dell'acciaio per affinazione.

ghisa sferoidale, ottenuta dall'aggiunta di magnesio nell'altoforno; il carbonio e il ferro anche in questo caso hanno reagito completamente. Questa ghisa è dotata di buone caratteristiche meccaniche, in particolare di elevato carico di rottura a trazione e limite elastico, e può essere inoltre trattata termicamente.

Tipi particolari di ghisa:

pur facendo parte di uno dei tipi precedenti, sono ghise ulteriormente caratterizzate o dall'assenza delle tipiche impurità(zolfo e fosforo) o dalla presenza di detti componenti in tenori molto alti, o dalla presenza di elementi leganti oltre al silicio e al manganese.

Le ghise ematiti, ottenute partendo dall'ematite, minerale ad alto grdo di purezza, sono quasi prive di zolfo e fosforo.

Le ghise fosforose, viceversa, ottenute con partenza da minerali fosforosi, sono destinate alla conversione in acciaio attraverso i processi basici.

La ghisa manganesfera o speculare, contenente il 10-12% di manganese.

La ghisa malleabile è caratterizzata dalla singolare attitudine alla deformazione, dalla tenacia, resistenza agli urti, lavorabilità a freddo, superiori a quello della ghisa grigia comune.

Le ghise sintetiche, sono ottenute partendo da ritagli e trocioli di acciaio, che vengono fusi al forno elettrico e quindi ricarburati: hanno qualità pregiate.

La ghisa meehanite, è una ghisa acciaiosa, che si ottiene miscelando la ghisa bianca fusa con siliciuro di calcio, possiede elevato carico di rottura a trazione.

La ghisa smaltata o porcellanata, è ottenuta rivestendo la ghisa con una vetrina di smalto, simile alla porcellana.

Destinazione e impiego della ghisa:

la ghisa che esce dall'altoforno può essere colata in lingotti(pani di ghisa) entro solchi ricavati nel terreno(ghisa da getto, generalmente grigia) oppure tenuta allo stato liquido entro mescolatori(ghisa d'affinazione, generalmente bianca).

Le ghise sono generalmente impiegate nel modo seguente: le ghise bianche da affinazione, ottenute direttamente dall'altoforno, per la fabbricazione degli acciai; le ghise grige da getto, sono destinate a un nuovo trattamento metallurgico in altre officine o per essere formate in getti(per l'ottenimento di pezzi meccanici di grandi dimensioni e di configurazione complessa) o per essere trasformate in acciaio dopo una seconda fusione che viene effetuata al cubilotto; le ghise meccaniche(ghise grige o ghise malleabili), sono utilizzate mediante fusione per l'ottenimento di pezzi meccanici che, per la presenza di grafite, sono in grado di resistere all'attrito(cuscinetti, anelli, supporti massicci, ecc.); le ghise resistenti alla corrosione(ghise sferoidali) da parte di soluzioni acide o all'ossidazione a caldo, per usi chimici; le ghise legate al cromo, al nichel, al silicio, all'alluminio, interessanti per la loro resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, per realizzare particolari di forni e caldaie.