ghisa (metallurgia)
Indice
Descrizione generale
sf. [sec. XIX; francese guise]. Lega costituita essenzialmente da ferro e carbonio nella quale il carbonio è contenuto in percentuale maggiore del suo limite di solubilità nel ferro γ (vedi il diagramma di stato Fe-C) e in valori di solito compresi fra il 2 e il 4%. Si ottiene in massima parte dalla riduzione dei minerali di ferro all'altoforno. La maggior parte della ghisa (circa il 90%) è destinata a essere trasformata in acciaio, mentre la parte rimanente viene prevalentemente rielaborata in speciali forni fusori (cubilotti, forni elettrici, forni a riverbero, forni rotativi, ecc.) e successivamente colata in apposite forme con le quali, dopo solidificazione e raffreddamento, si ottengono i getti. Ai fini delle caratteristiche di queste leghe assume importanza fondamentale la forma secondo la quale il carbonio è presente nella lega (carbonio grafitico o combinato sotto la forma di cementite Fe₃C). Diversi sono i fattori che possono determinare la prevalenza dell'una o dell'altra forma, e fra questi hanno influenza preminente: la presenza di elementi particolari nella composizione chimica (per esempio il silicio è un elemento grafitizzante, mentre il manganese esercita azione stabilizzante della cementite); la velocità di raffreddamento (legata al tipo di materiale utilizzato per le forme e alle dimensioni del getto); i particolari trattamenti termici ai quali possono essere sottoposti i getti.
Tipologie
Sulla base della forma assunta dal carbonio nella lega è possibile distinguere i seguenti principali tipi di ghisa: ghise grigie, ghise bianche, ghise malleabili, ghise sferoidali, ghise speciali o legate. Nelle ghise grigie, così denominate dall'aspetto grigio opaco di una generica sezione di frattura, il carbonio è prevalentemente grafitico e in forma lamellare; sono quelle maggiormente impiegate, perché oltre al loro basso punto di fusione e all'ottima colabilità (proprietà comuni a tutti i tipi di ghise) presentano buona lavorabilità alle macchine utensili (legata alla presenza del carbonio grafitico lamellare), attitudine all'assorbimento di vibrazioni, buona resistenza alla corrosione, all'usura, al calore, e soddisfacenti caratteristiche meccaniche. Inoltre hanno un basso costo. Nelle ghise bianche, dalle superfici di frattura bianche metalliche e brillanti, il carbonio è presente sotto forma di carburi; hanno pertanto valori di durezza molto elevati e quindi ottima resistenza all'usura. A partire da ghise bianche, in seguito ad approfondito trattamento di ricottura, si ottengono le ghise malleabili. Queste, in base alla composizione e alle modalità del trattamento termico al quale sono sottoposte, vengono distinte in ghise malleabili a cuore bianco e a cuore nero. Se la malleabilizzazione viene eseguita in ambiente ossidante (realizzato in genere da ossidi di ferro) il carbonio, interagendo con l'ossigeno, forma ossido di carbonio causando una decarburazione limitata a spessori superficiali di alcuni millimetri; ciò porta a ottenere, dopo raffreddamento, strutture superficiali completamente ferritiche, il che comporta buone caratteristiche di tenacità, di deformabilità, di lavorabilità, che mancano invece alle ghise bianche, molto fragili, dure e non lavorabili prima del trattamento. Eseguendo una ricottura per lunghi periodi di tempo, si ha la trasformazione (secondo la reazione Fe₃C —→ 3Fe+C) della cementite in grafite in forma di flocculi, distribuiti a gruppi in una matrice che può essere ferritica o perlitica. A tali strutture sono dovute le ottime proprietà di questi materiali. Le aggiunte in lega, all'atto della colata, di piccole quantità di particolari elementi, quali il magnesio e il cerio, che hanno la funzione di centri di nucleazione e di cristallizzazione della grafite durante la solidificazione della lega, determinano la separazione della grafite in forma di sferoidi o noduli in una matrice ferritica o ferritico-perlitica. Si hanno, così, le ghise sferoidali, le quali presentano, specie dopo opportuni trattamenti termici, come caratteristica principale la duttilità. Le loro proprietà meccaniche sono tali da fornire un comportamento in opera simile a quello degli acciai dolci; pertanto il loro impiego è molto diffuso. Nelle ghise speciali o legate, destinate a impieghi particolari e alle quali si richiedono elevate caratteristiche di resistenza all'abrasione, alla corrosione, o al calore, sono presenti in lega, anche in percentuali elevate, elementi speciali come nichel, cromo, rame, silicio (con tenori superiori al 3%), molibdeno. In particolare il nichel, in percentuali del 15-30%, rende stabile, anche a temperatura ambiente, la struttura austenitica e conferisce alle ghise buone caratteristiche di resistenza alla corrosione e alle alte temperature; il cromo e il silicio, con la formazione di strati di ossidi protettivi molto compatti e aderenti, rendono le ghise resistenti in molti ambienti corrosivi e all'ossidazione a caldo.