PROGETTAZIONE DELLA FORMA

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1 PROGETTAZIONE DELLA FORMA realizzazione della cavità all interno della forma nella quale verrà colato il metallo liquido transitorio transitoria modello forma permanente permanente forme transitorie - possono essere distrutte dopo la colata materiale: terra di fonderia - devono permettere l estrazione del modello piano di separazione forme permanenti - devono essere resistenti e durature materiale metallico - devono permettere estrazione del pezzo angoli di sformo Fonderia 82

2 Ciclo di formatura in terra SOLIDIFICAZIONE E RAFFREDDAMENTO SPECIFICHE DEL COMPONENTE COSTRUZIONE DEL MODELLO PREPARAZIONE DELLA FORMA PREPARAZIONE MATERIALI DI FORMATURA FUSIONE APERTURA DELLA FORMA / DISTAFFATURA FINITURA / SBAVATURA / STERRATURA / SMATEROZZAMENTO CONTROLLI COLATA TRATTAMENTI TERMICI Fonderia 83

3 Forma e modello Fonderia 84

4 Scelta del piano di separazione modello dell oggetto da produrre modello all interno della staffa dal momento che il modello deve essere riutilizzato (modello permanente) come si fa ad estrarlo senza danneggiarlo? piano di separazione delle staffe Fonderia 85

5 Angoli di sformo per permettere estrazione del modello MODELLO IMPRONTA H ALTEZZA del MODELLO (mm) VALORI DELLO SFORMO s in mm e in % dell' ANGOLO di SFORMO β SFORMO Angolo di sformo β s (mm) (%) fino a '30'' ' '' '' '' '' '' '' '' >= <= '' I valori di questa tabella sono di preferenza da adottare per modelli METALLICI, lavorati a macchina, possibilmente fissati su placche e ben finiti. La sformatura dovra' essere fatta con vibratori e con guide o, meglio, su macchine a sformare. Il modello deve essere modificato per una necessità tecnologica Fonderia 86

6 Disposizione dell impronta nella forma L / D >> 1 L / D << 1 Fonderia 87

7 Eliminazione sottosquadri problema soluzioni Fonderia 88

8 Preparazione della forma 0: preparazione del modello 5. Realizzazione tirate d aria Fonderia 89

9 Fonderia 90

10 Esempi di forme allestite Pezzo forato Pezzo con una superficie piana Fonderia 91

11 Disposizione dell impronta nella forma L / D >> 1 L / D << 1 Fonderia 92

12 Macchine per formatura FORMATURA DALL' ALTO FORMATURA DAL BASSO TRAMOGGIA ENTRATA TERRA PALETTA ROTANTE 4 TESTA DI LANCIO SCOSSA COMPRESSIONE SFORMATURA FORMATURA A LANCIO CENTRIFUGO 1 PIATTO DI COMPRESSIONE 2 STAFFA 3 PLACCA MODELLO 4 TAVOLA 5 CANDELE PER LA SFORMATURA 6 PISTONE DI SCOSSA 7 PISTONE DI COMPRESSIONE Fonderia 93

13 Materiali per la formatura in terra Caratteristiche richieste 1 plasticita' (scorrevolezza) 2 coesione 3 refrattarieta' 4 permeabilita' 5 sgretolabilita' Sabbia silicea (SiO 2 ) grani tondeggianti diametro uniforme grani grossi e piccoli - porosità + resistenza grani spigolosi + legante + resistenza - refrattarietà argilla (soprattutto bentonite) acqua (ha il compito di conferire potere legante all argilla) R R % acqua % argilla Fonderia 94

14 ANALISI GRANULOMETRICA DI SABBIA Numero Maglia (mm) Fattore Trattenuto (g) (%) Prodotto sabbia indice AFS molto grossa < 18 grossa media fina finissima > forma del grano fondo Totale Argilloide distribuzione granulometrica Indice di finezza 4096 / finitura superficiale Fonderia 95

15 naturaleargilla o bentonite Legante forti 16% semigrasse 6-16% materiale di colata magre 5-8% peso del getto silicee <5% in funzione di spessore della parete numero di pezzi sinteticoinorganico silicato sodico cemento organico resine fenoliche furaniche.. tabella compattazione soffiaggio pressatura vibrazione Fonderia 96

16 aria indurimento T a CO 2 Na 2 O. x SiO 2 + CO 2 -> Na 2 CO 2 + SiO 2 forno campi alta frequenza a caldo aria calda utensili caldi radiazione infrarossa tempi breve (s) medio (min) lungo (ore) Fonderia 97

17 Lavorazione delle terre terra usata rottura zolle separazione parti metalliche setacciatura separazione delle polveri dosatura molazzatura disintegrazione sabbia nuova essiccazione acqua agglomerante nero minerale formatura Molazza Fonderia 98

18 Prove sulle terre 1. determinazione del tenore di argilla si effettua lavando la sabbia e valutando la differenza in peso (strumento : levigatore ) 2. indice di finezza setaccio in colonna in serie decrescente 3. contenuto di umidita strumento che impiega carburo di calcio CaC 2 che reagisce con l acqua provocando un aumento di pressione. 5. COESIONE A VERDE / SECCO Compressione statica e dinamica mediante coesimetri 4. Prove meccaniche Fonderia 99

19 Anime Realizzazione di fori ciechi o passanti per mezzo di occupazione di una parte del getto con materiale di formatura terra di formatura anima getto Staffa superiore anima getto portata d anima portata d anima Staffa inferiore requisiti delle anime - maggiore refrattarietà - elevata resistenza meccanica fino al termine della solidificazione - friabilità terra di formatura Fonderia 100

20 Realizzazione delle anime cassa d anima soffiaggio delle anime armatura armature semplici sostegni tirate d aria interne all anima Fonderia 101

21 Dimensionamento delle anime Le anime devono sopportare sollecitazioni termiche e sollecitazioni meccaniche Quindi non devono essere troppo snelle e non devono essere circondate da troppo liquido L Inflessione e conseguente eccessiva deformazione (tolleranze) o rottura L S D S Sovra-cottura e conseguente difficoltà di rimozione S D S D < 2 S L D D < 2 S L D/2 2S D 3S L 3D 2S D 3S L 2D 3S D L 5D 3S D L 3D Fonderia 102

22 FUSIONE E COLATA Fusione Forni A combustibile - solido - liquido - gassoso Elettrici - a resistenza - ad arco indiretto (radiante) diretto - ad induzione bassa frequenza alta frequenza Fonderia 103

23 Cubilotto Carica: strati alterni di - coke - fondente - metallo Fonderia 104

24 Impiegato per la rifusione di ghise comuni e speciali. Temperatura: T f della ghisa C + max 200 C di surriscaldamento. Rivestimento: - acido (mattoni siliciosi a base SiO 2, 90%) : il più usato, economico, ottima resistenza agli sbalzi termici ; - basico (dolomite calcinata: ossidi CaO e MgO): favorisce la desolforazione FeS + CaO -> FeO + CaS FeO + C -> Fe + CO basicità della scoria: (CaO%+MgO%)/SiO2% - neutro (a base di magnesite calcinata (MgO 85-90% + ) e cromite (FeO.Cr 2 O 3 ) - grafite : zona del rivestimento al disotto degli ugelli Carica del cubilotto (dote): - carbon coke: pezzatura d = 120 mm, buona resistenza meccanica, quantità: 10% della carica metallica - ghisa: pani e rottami (pani di I fusione: titolati, pani di II fusione: composizione più incerta) - fondente: % del peso del coke * calcare (CaCO 3 ), dolomite (CaCO 3.MgCO 3 ), magnesite (MgCO 3 ) * fuorite (CaF 2 ), cenere di soda (Na 2 CO 3 ) Fonderia 105

25 Portata d' aria (all incirca 1 tonn d' aria per la fusione di 1 tonn di ghisa), dipende anche dalla pezzatura del coke e dalla sua porosità. Rendimento: occorre limitare la temperatura dei gas in uscita ( C) η = 45-50% Temperatura Aumenta col preriscaldamento dell aria (alimentazione a vento caldo ). Presenta un massimo con la portata d' aria: una portata eccessiva determina ossidazione, > perdite di Mn e Si ed una riduzione della temperatura; una portata bassa determina una bassa velocità di fusione, aumento di carbonio ed erosione del refrattario. Inoculazione (per l affinamento della struttura della ghisa): impiego di ferro-leghe es. Fe-Si 85 % + Al. Fonderia 106

26 Colata gravità centrifuga sotto pressione sfrutta la pressione dovuta forma messa in pompe alternative al peso del metallo liquido rotazione, si genera forza centrifuga sul metallo grande versatilità pezzi relativamente semplici pezzi complicati tolleranze generalmente scadenti buone finiture / tolleranze ottime finiture forme transitorie conchiglie metalliche conchiglie metalliche permanenti permanenti, costose costi di impianto automazione Fonderia 107

27 Sistema di colata per fonderia in terra Sistema principale - bacino di colata - canale di colata - canale orizzontale - attacco di colata Altri elementi - filtri - pozzetti - sfiati - trappole Fonderia 108

28 Sistemi di colata diretta Danni alla forma Gocce fredde sul piano di separazione Facile realizzazione dimensionamento con tre staffe Forma in tre parti Colata in sorgente il dimensiomento del sistema si realizza a partire da quantità di materiale da colare tempo ammissibile (produttività, resistenza termica della forma) velocità del fluido (danneggiamenti per erosione) per ottenere le sezioni dei canali di colata Fonderia 109

29 Altri sistemi di colata Colata a stella bacino getto Colata a pioggia Getti larghi e bassi 1 2 Colata a pettine laterale Per riempire la materozza con liquido a temperatura più alta 1 2 Colata in due fasi Fonderia 110

30 Dimensionamento sistema di colata Circuito idraulico in cui circola un fluido perfetto in condizioni stazionarie A str = sezione di strozzatura = conversione energia potenziale in energia cinetica H As v str 2 g H = k [1 4] k Ar Ag Q = A v str str la portata non è un parametro libero ma va scelta in funzione di - volume del getto - tempo di riempimento Fonderia 111

31 Tempo di riempimento t r V g Tempo di irraggiamento t i V g + accessori forma del getto (??) se è piccolo --> portate eccessive e resa bassa se è grande --> difetti - prematura solidificazione - collasso della forma per irraggiamento ( t i ) maggiore di t r formatura a verde sintetica fine (AFS > 100) grossa (AFS < 100) t i formule empiriche (attenzione alle unità di misura) t r 1 = V tr = 6.4 s Pg tr Vg g = ( formula di Dietert per acciai) Fonderia 112

32 Nota la portata posso calcolare la sezione A str A str = g v 1 / str t r V V str Verificare che: t r t m s i Posizionamento A str sistemi pressurizzati A str = A g riduzione boccame velocità elevate portate uniformi sistemi non pressurizzati A str = A s velocità basse portate disuniformi consigliati se c è presenza di ossidi Fonderia 113

33 Sistemi pressurizzati Sistemi non pressurizzati A s : : : : A r : : : : A g A str A s A str 4 1 : : : A r H H 2 : : : A g H H 2 [H ] dm Attacchi di colata (sezione rettangolare) b 4 a L b b a altre sezioni L Fonderia 114

34 Meccanismi di danneggiamento della forma per irraggiamento T r T d T r T d V 2 Riempimento di getti di forma particolare T r T d T r' T d T r' = tempo di riempimento Vdi 2 Fonderia 115

35 Spinte metallostatiche pz = γ h 1 Per un liquido si ha: h 1 Peso specifico p = ρ g h = γ h H battente z y px = γ H x Fonderia 116

36 N z ξ z = f ( x, y) superficie di contenimento del liquido N x z y z αξ ˆn x Nz = γ zξ cosαξ ds r ξ N = γ z nˆ ξ ds ξ Nx = γ zξ sinαξ ds ξ Angolo rispetto alla normale alla superficie x Fonderia 117

37 Esempio 1: parete orizzontale affondata r N = zˆ N = zˆ γ z cosα ds = a b = zˆ γ h dxdy = zˆ γ h a b 0 0 z ξ ξ ξ h a N z b z y La spinta corrisponde al volume di terra sopra al getto per la densità del metallo N z x Fonderia 118

38 Esempio 2: parete verticale affiorante b r N = xˆ N = xˆ γ z sinα ds = x ξ ξ ξ h N x 2 h b h = xˆ γ z dydz xˆ γ b 0 = 0 2 z y Esempio 3: parete verticale non affiorante b r N = xˆ N = xˆ γ z sinα ds = x ξ 2 2 h b h h = ˆ = ˆ x γ z dydz x γ b h 1 0 ξ ξ h 1 h 2 N x x Fonderia 119

39 Esempio 4: parete inclinata affiorante b r l b N = γ z nˆ ds = γ nˆ z( l) dydl ξ ξ 0 0 h N z N y N dl N x α dz y dl dz sinα = 0 0 r l b N = γ nˆ z( l) dydl = 2 dz h b h b γ = nˆ z dy nˆ 0 γ = 0 sinα 2 sinα r N γ h b γ h b γ h b N ˆ ˆ y = n y = cosα = 2 sinα 2 sinα 2 tanα = γ h b γ h b γ h b N ˆ ˆ x = n x = sinα = 2 sinα 2 sinα 2 Fonderia 120

40 Esempio 5: parete cilindrica affiorante b r 0 b N = γ z nˆ ds = γ nˆ z dyrdθ = 0 π 2 ξ b 0 ξ π 2 ( cos ) = γ nˆ r θ dyrdθ 0 h N θ 0 π 2 b 0 ( cos ) N = γ sinθ r θ dyrdθ = x sin(2 θ ) d2 θ (cos 2 θ ) b γ r = = = b 2 0 π γ dyr b γ r π b 0 b cos(2 θ ) + 1 d2θ N y = γ cosθ ( r cosθ ) dyrdθ = γ dyr = 2 2 π π sin 2θ + 2θ 0 2 π = b γ r π = b γ r Fonderia 121

41 Esempio 6: parete cilindrica non affiorante r 0 b N = γ z nˆ ds = γ nˆ z dyrdθ = 0 π 2 ξ b 0 ξ π 2 0 ( cos ) = γ nˆ h r θ dyrdθ b ( 2 ) 2 = b r r h ( cos ) N = π γ sinθ h r θ dyrdθ = x 1 2 b γ h θ N 0 b π r N y = γ cosθ ( h r cosθ ) dyrdθ = b r h γ 0 4 π 2 Fonderia 122

42 Esempio 7: Caso reale di getto cilindrico r π b ˆ 2 N z n ds nˆ ξ π z dyrd 0 ξ 2 = γ = γ θ = π 2 π 2 b 0 ( cos ) = γ nˆ h r θ dyrdθ h θ N z π b 2 Nx ( h r ) dyrd 0 2 = γ sinθ cosθ θ = 0 π π b 2 N y cos ( h r cos ) dyrd 0 2 = π γ θ θ θ = π r = b r 2h γ 2 La spinta corrisponde al volume di terra sopra al getto per la densità del metallo 2 r 2 π r π r N y = γ b 2r h b = b r 2h γ 2 2 Fonderia 123

43 Spinte metallostatiche sulle anime r b H θ N z N z 2π b 0 0 ( ) N = γ sinθ h r cosθ dyrdθ = 0 x y ( cos ) 2π b 2 γ cosθ θ θ π γ 0 0 N = h r dyrd = b r Volume di liquido spostato dal corpo immerso spinta di Archimede Fonderia 124

44 Le anime sono circondate dal metallo liquido ovunque tranne le loro portate. La spinta di Archimede vale: F = γ metallo ( V anima - V portate ) Nel calcolo della resistenza allo scoperchiamento della staffa, a questo valore bisogna sottrarre il peso dell anima stessa P anima = γ anima V anima NB: le anime verticali non hanno liquido sulla loro superficie inferiore e quindi non sono soggette a spinte a meno che non abbiano sotto-squadri. Fonderia 125

45 Formatura in guscio Shell Molding o processo Crowning - sabbia di quarzo a grani tondi prerivestita - resina termoindurente (es. fenolica) Vantaggi - buone tolleranze - buona finitura - spessori sottili ( min mm) (Il guscio presenta > isolamento termico rispetto alla forma in terra) - impiegato anche per la fabbricazione delle anime - applicazioni in medie e grandi serie Limitazioni - getti di limitate dimensioni ( < 20 kg ) Fonderia 126

46 Formatura in cera persa o microfusione Modello transitorio Forma transitoria Precisione dimensionale molto buona Finitura superficiale molto buona Spessori minimi 1.5 mm Pezzi piccoli Produzione di piccola media serie I modelli possono essere comunque complessi, non essendoci problemi di estrazione. Ovviamente la conchiglia per fare i modelli diventa molto costosa. Fonderia 127

47 Investment casting Fonderia 128

48 Polycast Pezzo Preparazione modello stampaggio ad iniezione incollaggio delle diverse parti verniciatura con polvere di quarzo/allumina Colata in forma ottenuta con polistirene espanso Vantaggi: - forma in un unica staffa - assenza di bave - parti in sottosquadro - assenza di anime - assenza di angoli di spoglia - riciclo totale della sabbia Svantaggi: - possibile porosità -finitura superficiale modesta Fonderia 129

49 Altri sistemi di formatura Formatura in fossa Getti di grandi dimensioni, formatura manuale, impiego di sagome nel caso di pezzi assialsimmetrici. Formatura in sabbia cemento Adatta per getti di grosse dimensioni (gnrl di materiali ferrosi). L indurimento avviene per formazione di prodotti di idratazione cristallini (es. Ca(OH) 2 ). Generalmente si impiega cemento Portland (7%-12%) + acqua (3%-10%). Si ottiene un impasto fluido che ricopia perfettamente il modello senza richiedere compressione. La sabbia può essere parzialmente recuparata (70-80%) Vantaggi - non necessita di compattazione (modello anche in polistirolo) - resistenza meccanica elevata (getti da 1 tonn a 600 (Spurr), es. gabbie di laminatoi) - ridotta produzione di polveri Svantaggi - difficoltà di distaffatura - lungo tempo di presa ed indurimento del cemento (24-48 h) Fonderia 130

50 Formatura alla CO 2 Si utilizza come legante il silicato sodico (vetro solubile). Realizzata la forma fa passare nel suo interno una corrente di CO 2 che dà luogo alla reazione: Na 2 O.ySiO 3 + CO 2 -> Na 2 CO 3 + SiO 2 (gel) La silice gelatinosa forma ponti di collegamento tra i grani di sabbia. - adatto sia per anime che per forme - impiegare additivi per facilitare la disgregazione delle forme/anime dopo la colata - pezzi fino a 100 tonn - elevata produttività - parziale recupero (40% max (Giusti, 169) Processo hot-box Sabbia e resina termoindurente con catalizzatore. La polimerizzazione avviene a C. Costo dell energia, sostanze nocive. Processo cold-box Sabbia e resina termoindurente. Si impiega un catalizzatore gassoso che promuove la polimerizzazione a temperatura ambiente. Fonderia 131

51 Processi a solidificazione direzionale (Metals Handbook): - Processo DS (Directional Solidification) - Processo SC (Single Crystal) Il metallo viene colato in una forma a guscio, di materiale ceramico, posta in un forno a temperatura superiore a quella di fusione del metallo. La solidificazione avviene facendo traslare lentamente il guscio verso un ambiente a temperatura più bassa. Si possono ottenere strutture cristalline a grani allungati (lungo la direzione del flusso del calore), compositi metallici eutettici e componenti costituiti da un singolo cristallo. Es. palette di turbine a gas. Processi CLA, CLV,CV (Metals Handbook): impiegano una forma a guscio e un sistema di riempimento per aspirazione Counter-gravity Low-Pressure of Air-meleted alloy Counter-gravity Low-Pressure of low-vacuum-meleted alloy Check Valve casting Fonderia 132

52 Formatura magnetica (Mazzoleni 1, 146) Modello di polistirene. Il materiale di formatura, polvere di ferro [eventualmente miscelata con magnetite (Fe 3 O 4 )] viene addensato mediante vibrazione e tenuto insieme dalle forze generate da un campo magnetico Formatura in vuoto (applicabile a tutte le leghe, precisione, recupero sabbia) Fonderia 133

53 Colata in conchiglia permanente Conchiglie metalliche leghe leggere struttura fina dei grani finitura superficiale e tolleranze buone gas disciolti fluidità del metallo liquido estraibilità del getto colata veloce per evitare premature solidificazioni in parti sottili ( 4 mm) Anime metalliche Anima in sabbia Fonderia 134

54 DISEGNO DEL FINITO SCELTA DEL PIANO DI DIVISIONE ELIMINAZIONE DEI FORI (piccoli) SOVRAMMETALLI ANGOLI DI SPOGLIA (del grezzo) RAGGI DI RACCORDO ANALISI DEGLI SPESSORI DISEGNO DEL GREZZO COMPENSAZIONE DEL RITIRO TASSELLI DISEGNO DELLA CONCHIGLIA Fonderia 135

55 Colata sotto pressione Costi di impianto Costo delle conchiglie acciaio al W / Cr durate anche pezzi Anime metalliche Grandi serie Ottime finiture / tolleranze Pezzi piccoli Spessori 2.5 mm Forme semplici (anime metalliche ) Fonderia 136

56 Anche in forme parzialmente metalliche Conchiglia parziale: ruota per veicolo ferroviario Conchiglia parziale: cilindro di laminatoio Fonderia 137

57 1. Camera di pressione CALDA: INIETTOFUSIONE Materiali (leghe) Piombo / Stagno C Zinco C Magnesio C Compressione Gas in pressione 2-6 MPa Pistone tuffante 4-15 MPa 2. Camera di pressione FREDDA: PRESSOFUSIONE Materiali (leghe) Alluminio C Rame C Compressione: cilindro-stantuffo 150 Mpa Il metallo viene introdotto nella camera di pressione ad una temperatura compresa nell intervallo di fusione. Fonderia 138

58 Iniettofusione macchina a camera oscillante: riempimento compressione estrazione Fonderia 139

59 macchina a pistone tuffante Fonderia 140

60 Pressofusione Macchina a camera orizzontale Macchina a camera verticale Riempimento Compressione Estrazione Fonderia 141

61 Struttura delle macchine camera calda camera fredda Fonderia 142

62 Altre macchine camera calda camera fredda Fonderia 143

63 Apparato per pressofusione da 1500 ton (per gentile cortesia della Buhler Brothers Ltd) Fonderia 144

64 Colata centrifuga Getti semplici e complicati buone caratteristiche meccaniche buone finiture / tolleranze velocità di rotazione: ω = 2 π n / 60 a = ω 2 r r 1 n = 60 / 2 π SQR ( a / r ) a [ ] g difetto di forma in colata verticale relazione sperimentale: r 2 n = 42 SQR [ h ( r r2 2 ) ] Fonderia 145

65 CONCHIGLIA RAFFREDDATA ω Colata centrifuga orizzontale Colata centrifuga verticale Colata semicentrifuga con centrifugazione Fonderia 146

66 Finitura dei getti STERRATURA SABBIATURA SMATEROZZAMENTO elevata richiesta di manodopera SBAVATURA STERRATURA getti medio / grandi getti piccoli - griglie a scossa - contenitori rotanti - martelli pneumatici (buratti) - spazzole metalliche SMATEROZZAMENTO: - urto - con mole - taglio ad arco SBAVATURA: - mole - barilatura (pezzi piccoli) Fonderia 147

67 Difetti nei getti Classificazione in base all' origine 1. azioni che si verificano nella forma durante la colata 2. gas 3. contrazione di volume nel passaggio solido-liquido 4. ritiro dopo la solidificazione 5. segregazione Parametri fondamentali del processo che influenzano i difetti 1. temperatura di colata 2. velocità di colata PREVENZIONI / RIMEDI - modifiche del disegno - modifiche del processo - eliminazione errori accidentali durante la fabbricazione - riparazione del getto Fonderia 148

68 CLASSIFICAZIONE IN BASE AL TIPO DI DIFETTO CAUSE 1. incompleto riempimento - canali di colata troppo lontani dalla zona CAUSE RIMEDI + aggiungere altri attacchi/canali di colata + aumentare il carico idrostatico (battente) + aumentare la temp. di colata --> fluidità RIMEDI 2. ripresa di fusione (crosta ossidata) 3. incrinature (tensioni di trazione) - arresto temporaneo del riempimento - incontro di flussi provenienti da attacchi diversi - ispezione visiva DIAGNOSI - cause che determinano le tensioni di ritiro + aumentare la vel. di riempimento + aumentare la temperatura di colata RIMEDI + impiego di terre/leganti collassabili * acciaio : riparazione mediante saldatura * ghisa : sono più rari (< temperatura di colata, < ritiro ma possono causare scarti) 4. soffiature e porosità - esame radiagrafico - tenuta stagna: prova idraulica Fonderia 149

69 DIAGNOSI CAUSE 5. formazione di ghisa bianca (Fe3C) difetto grave se si prevedono lavorazioni alle MU - prova del cuneo + minore velocità di raffreddamento (forme essiccate) + maggiore temperatura di colata (effetto di preriscaldamento) CAUSE 6. inclusioni non metalliche: pressione dei gas azione erosiva (trappole) TIPOLOGIE 7. difetti superficiali - porosità (pin-holes) - escrescenze (<-penetrazione) - tacconi (<- rotture) + maggiore consistenza della terra (Fe2O3, graniglia acciaio) + sabbia più fine RIMEDI + minore temperatura di colata CAUSE 8. variazioni di spessore - spostamento delle anime Fonderia 150

70 Reazioni del metallo liquido con la forma - ossidazione - penetrazione 1. per infiltrazione 2. per scorificazione (es. il manganese nell' acciaio forma MnO con alto potere bagnante) * tensione superficiale (influenza della temperatura) * viscosità (influenza della temperatura) * pressione idrostatica * colpo di pressione generato dai gas che si sprigionano (dipende dal tipo di legante, acqua, segatura, ). Rimedio: riduzione della velocità di colata. * porosità della forma - contrazione/espansione della ghisa Fonderia 151

71 Gas disciolti L' assorbimento dei gas costituisce un importante problema in fonderia Origine: - dissoluzione nel metallo liquido - reazione tra il metallo e la forma Effetti: POROSITA' --> riduzione σ r duttilità Es.: la presenza di acqua nel materiale di formatura può dar luogo alle seguenti reazioni: 1) H 2 O + C --> H 2 + CO 2) presenza di alluminio nella ghisa 2 Al + 3 H 2 O --> Al 2 O 3 + H 2 Fonderia 152

72 La SOLUBILITA' dei gas dipende: - presenza di altri elementi (es. %C, %Si,...) - temperatura - pressione Dipendenza dalla temperatura m m ls l Durante la solidificazine si libera la quantità di gas: m L - m S m s T T f s (caso di un metallo puro) T f = temp. di fusione T s = temp. di surriscaldamento m = massa di gas che si discioglie nel metallo a saturazione Fonderia 153

73 Dipendenza dalla pressione La dissoluzione è preceduta da dissociazione: es. H 2 <--> H + H N 2 <--> N + N La reazione di dissociazione è regolata dalla legge di azione di massa. Ad es., per la prima delle precedenti: P H = cost P H P H2 P H P H Per la legge di Henry, la quantità di gas disciolto nel metallo: 0.5 m gas P H m P 0.5 gas H2 Fonderia 154

74 1. Non utilizzare materiali "inquinati" [es. da oli da taglio] METODI PER RIDURRE LA PRESENZA DEI GAS 2. Protezione mediante flussi (gnrl. miscele di sali alcalini: NaCl, CaCl2,...) 3. Limitare la temperatura di surriscaldamento ed il tempo di permanenza allo stato fuso 4. Degasaggio: - insufflazione di gas insolubili - con sali decomposizione gas insolubili - trattamento sotto vuoto 5. Fusione sotto vuoto (ottimo ma costoso) azione meccanica: es. Ar e/o " chimica: es. Cl RIDUZIONE EFFETTI NOCIVI DEI GAS: colata sotto pressione Fonderia 155

75 Inclusioni non metalliche Fasi non metalliche o composti intermetallici (specialmente nelle leghe non ferrose) Nelle leghe ferrose sono di solito: ossidi, solfuri, nitruri Effetti: - riduzione Rm - riduzione duttilità Metodi per l'eliminazione: FILTRI, TRAPPOLE natura forma quantità distribuzione orientazione C G SCORIE T F G Fonderia 156

76 Difetti di forma Incurvamento cricche schiacciamento staffa Fonderia 157

77 sollevamento staffa disallineamento forma disallineamento anima Fonderia 158

78 Rottura della forma, distacco di zolle Fonderia 159

79 Squeeze-Casting Sequenza delle operazioni nello squeeze casting, che combina i vantaggi della colata e della forgiatura Fonderia 160

80 Turbine Blade Casting Solidificazione con direzione preferenziale di crescita Metodo per produrre palette monoscristalline Esempio di paletta in monocristallo Fonderia 161

81 Crescita monocristallina Metodo Czochralski Metodo zona fusa flottante Monocristallo di silicio Questi metodi sono particolarmente usati nell industria dei semiconduttori Fonderia 162

82 Melt-Spinning Process L elevatissima velocità di raffreddamento ( C/s) produce materiali amorfi (vetri metallici) Fonderia 163