Ghise. LEGHE Fe-C ( %); Leghe da fonderia (contengono Si fino al 3%); Basso costo.

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1 Ghise LEGHE Fe-C ( %); Leghe da fonderia (contengono Si fino al 3%); Basso costo.

2 Diagramma stabile Fe-C Linea continua Diagramma metastabile Fe Cementite (FE 3 C) Linea tratteggiata

3 Le ghise possono essere distinte in: ghise grigie, in cui il C è contenuto nella forma stabile (grafite); ghise bianche, in cui il C è contenuto nella forma metastabile (cementite Fe 3 C) La struttura e le proprietà fisiche della ghisa dipendono dalla composizione chimica e dalle velocità della solidificazione e del successivo raffreddamento.

4 Ghisa grigia Durante il raffreddamento della ghisa, l ottenimento della grafite, forma stabile del C, è favorito dalla presenza di elementi grafitizzanti (Si,Al,Ni) e da basse velocità di raffreddamento. Per le ghise grigie occorre considerare il diagramma stabile.

5 Ghisa bianca L evoluzione delle trasformazioni secondo il diagramma metastabile, con la formazione della cementite, è favorito dal basso contenuto di elementi grafitizzanti (Si,Al,Ni), dalla presenza di elementi che favoriscono la formazione dei carburi (Cr,V,ecc.) e da più elevate velocità di raffreddamento. In tali casi occorre considerare il diagramma metastabile (a curve tratteggiate).

6 Austenite Ferrite Cementite Grafite Perlite (eutettoide) Ledeburite (eutettico austenite-cementite)

7 200x 500 x Microstruttura di una ghisa grigia ipo-eutettica (grafite+perlite) a diversi ingrandimenti Sviluppo lamellare o a foglie della grafite eutettica

8 a) b) Microstruttura di una ghisa grigia iper-eutettica (grafite+perlite): a) Campione non attaccato chimicamente- La grafite primaria o di schiuma a lamelle spesse è distinta dalla grafite eutettica a lamelle sottili (100x); b)campione attaccato chimicamente- La perlite è in buona parte risolta (500x);

9 Ghisa bianca Microstruttura di una ghisa bianca ipoeutettica (ledeburite+perlite) Eutettico (ledeburite)+perlite (austenite pro-eutettica trasformata) con sviluppo ramificato o dendritico 500x; c) 1000x: a più elevato ingrandimento appare il tipico aspetto a pelle di leopardo della ledeburite; la perlite è in gran parte risolta.

10 Microstruttura di una ghisa bianca iper-eutettica (cementite+ledeburite) a) 20x, b) 100x: Cementite primaria (lunghi aghi diritti)+eutettico (ledeburite) A più elevato ingrandimento (500x) appare la struttura a bastoncini del costituente austenitico nella ledeburite.

11 Caratteristiche delle ghise Basso costo; Resistenza all usura; Elevata rigidità; Resistenza alla compressione; T fusione bassa; Buona fluidità-getti complessi

12 Composizione La ghisa comune contiene sempre almeno cinque elementi di lega sempre presenti : C, Si, S, Mn e P il complemento è Fe. Alle ghise speciali si aggiungono in quantità variabili Ni, Cr, Mo, V, Cu. carbonio grafitico e carbonio combinato con il Fe per formare la cementite (Fe3C) La cementite è un composto duro, fragile, di aspetto e lucentezza metallica. Le ghise che lo contengono mostrano una superficie di frattura lucente e presentano una bassa resistenza all'urto, ma un'elevata resistenza all'usura. La ghisa di questo tipo è chiamata ghisa bianca. La grafite non ha aspetto metallico e la superficie di frattura della ghisa che la contiene appare grigia e piuttosto opaca.

13 Silicio Il Si è il principale elemento grafitizzante nel sistema Fe-C. Esso si scioglie nella ferrite- e favorisce la decomposizione di Fe3C in Fe e grafite producendo ghisa grigia. Le ghise grigie contengono una quantità 2% di Si. Quanto maggiore è il contenuto di Si, tanto piú completa sarà la decomposizione della cementite e di maggiori dimensioni i fiocchi di grafite. Il Si, data la sua solubilità nel reticolo del Fe-, aumenta la resistenza meccanica della ferrite, ma essendo un elemento grafitizzante diminuisce la durezza della ghisa, poiché la cementite è sostituita progressivamente dalla grafite. Il Si aumenta anche la fluidità della ghisa liquida: per ottenere getti di qualità. Grazie all'effetto lubrificante della grafite, la ghisa grigia possiede un'ottima lavorabilità alle macchine utensili. Inoltre, poiché la grafite occupa un maggior volume nel solido di quello occupato dal carbonio in soluzione, la ghisa grigia solidifica con aumento di volume eliminando cosí i problemi presentati dal ritiro nei getti di acciaio.

14 Zolfo L'effetto dello zolfo è esattamente opposto a quello del silicio. Lo zolfo stabilizza la cementite e inibisce la grafitizzazione, favorendo la formazione di ghisa bianca. Tuttavia l'effetto piú importante dello zolfo è quello (nocivo) di aumentare la fragilità a caldo quando è presente come FeS.

15 Manganese L'effetto fragilizzante dello zolfo può essere in parte controllato con aggiunte di Mn poiché MnS è meno dannoso di FeS. Come effetto indiretto, il Mn favorisce la grafitizzazione sottraendo S all'equilibrio. Tuttavia il Mn in eccesso rispetto allo zolfo stabilizza i carburi e quindi favorisce la formazione di ghise bianche.

16 Fosforo Il fosforo è presente nelle ghise come Fe 3 P. Esso forma un eutettico con la ferrite nelle ghise grigie e con la ferrite e la cementite nelle ghise bianche (eutettico fosforoso) Questi eutettici fondono intorno a 950 C e conferiscono alle ghise fosforose un'elevata fluidità. Tuttavia il P aumenta la fragilità e deve essere tenuto basso nei getti nei quali è importante avere una buona resistenza all'urto.

17 Ghise speciali: ferritiche

18 Ghise speciali: ferritiche raffreddamento lento di un getto di ghisa grigia con un contenuto di Si molto alto (~ 5%) una piccola distanza fra le lamelle di grafite favorisce la formazione dell eutettoide stabile (grafite+ferrite). La struttura ottenuta costituita solo da ferrite e grafite, e presenta limitata durezza, ridotta resistenza meccanica e buona lavorabilità.

19 Ghise sferoidali Le ghise sferoidali, dette anche nodulari o duttili, hanno composizione analoga a quella delle ghise grigie perlitiche usuali, ma contengono piccole quantità di magnesio (Mg) o cerio (Ce) (agenti sferoidizzanti) aggiunti alla ghisa liquida immediatamente prima della colata in piccole quantità (totale <0.1%), provocando la formazione dei noduli sferici di grafite. Tipiche caratteristiche della ghisa sferoidale perlitica: Rm= MPa, allungamento a rottura 1 3%, durezza HB

20 E possibile sottoporre le ghise sferoidali a trattamento termico finale di ricottura a circa C per 2-3 ore, con lento raffreddamento fino a 600 C, in modo da provocare la decomposizione in grafite di tutta la cementite perlitica presente. La duttilità della struttura così ottenuta (ghisa sferoidale ferritica) è la massima possibile in una ghisa. Tipiche caratteristiche della ghisa sferoidale ferritica: Rm= MPa, allungamento a rottura 15 30%, durezza HB

21 Ghise malleabili Anche le ghise bianche possono essere trattate termicamente per migliorarne le caratteristiche provocando in generale la decomposizione della cementite e la formazione di noduli di grafite. Il trattamento tipico prevede il riscaldamento e la permanenza (40-90 ore) a temperatura intorno a 950 C. La struttura ottenuta dopo il raffreddamento a temperatura ambiente è ferritica oppure perlitica in dipendenza dalla velocità di raffreddamento stessa.

22 La ghisa malleabile a cuore nero si ottiene quando l atmosfera che circonda la ghisa è neutra (procedimento americano). Al punto eutettoide la trasformazione può evolvere secondo diverse modalità. Se il raffreddamento è relativamente veloce, la struttura risulta costituita da una matrice perlitica con fiocchi di grafite di forma irregolare; la perlite assume forma sferoidale. Tipiche caratteristiche della ghisa malleabile a cuore nero perlitica: Rm= MPa, allungamento a rottura 6 12%, durezza HB Invece se il raffreddamento è lento si ottiene la formazione di ferrite e la ghisa mostra una struttura costituita da una matrice completamente ferritica con fiocchi di grafite. Tipiche caratteristiche della ghisa malleabile a cuore nero ferritica: Rm= MPa, allungamento a rottura 12 18%, durezza HB

23 La ghisa malleabile a cuore bianco si ottiene quando l atmosfera che circonda la ghisa è decarburante (procedimento europeo). La ghisa è posta a contatto con un prodotto ossidante granulare a base di ossido ferrico (Fe2O3), in grado di produrre la decarburazione superficiale della ghisa stessa fino alla profondità voluta. Per spessori sottili, fino a circa 6 mm, in genere si ottiene una struttura completamente ferritica, duttile e decarburata, mentre per spessori più elevati si può avere al centro ferrite+perlite oppure perlite +cementite. Tipiche caratteristiche della ghisa malleabile a cuore bianco: Rm= MPa, allungamento a rottura 5 7%, durezza in superficie HB 120, al cuore fino a circa HB 200.

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